trờng Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 2A-2008
51
ảnh hởng của điều biến các đặc trng của xung
tín hiệu RZ trong hoạt động của laser DFB hai ngăn

Nguyễn Văn Phú
(a)
, Đinh Văn Hoàng
(b)Tóm tắt. Trong bài báo này chúng tôi trình bày ảnh hởng của điều biến các đặc
trng xung tín hiệu RZ (Return to Zero) lên các xung phát của một laser bán dẫn
DFB hai ngăn. Dới ảnh hởng này, các đặc trng của xung laser phát nh cờng độ,
tần số lặp, độ mở rộng vạch phổ, đã bị thay đổi.

I. Mở đầu
Các mạng thông tin quang hiện đại cần các nguồn laser với khả năng phát
các xung ngắn, dễ điều biến, tần số lặp lại cao và đơn sắc. Các laser phản hồi phân
bố (Distributed FeedBack - DFB laser), sử dụng các vật liệu khác nhau làm môi
trờng hoạt có thể đáp ứng đợc những yêu cầu đó và đã thu hút đợc nhiều nhà
khoa học trên thế giới cả về mặt lý thuyết cũng nh thực nghiệm [1-10].
Với một mẫu laser bán dẫn DFB đợc đa ra nh trên hình 1, trong hoạt
động không dừng [7, 10], chúng tôi đã thu đợc các xung laser phát ổn định, tần số
lặp cao, có khả năng điều biến và dòng ngỡng thấp. Trong [10] chúng tôi cũng đã
N. V. Phú, Đ. V. Hoàng ảnh hởng của laser DFB hai ngăn, Tr. 51-57
52
ngăn sử dụng chất bán dẫn InGaAsP nh đợc mô tả trên hình 1. Các dòng điện
bơm I
1
, I
2
qua các điện cực sẽ đợc phun vào các ngăn tơng ứng, thông thờng dòng
I
1
đợc bơm ở trên ngỡng và dòng I
2
đợc bơm dới ngỡng. Do ngăn thứ nhất
(ngăn A) đợc bơm trên ngỡng nên sẽ đóng vai trò là ngăn phát xạ photon và hoạt
động nh là một ngăn khuếch đại. Dòng điện bơm vào ngăn thứ hai (ngăn B) I
2
có
thể điều khiển đợc sự thay đổi chiết suất hiệu dụng trong ngăn này dẫn tới việc có
thể tạo ra hiệu ứng chuyển đổi bớc sóng. Nh vậy ngăn thứ hai sẽ đóng vai trò nh
một ngăn hấp thụ.
Hệ phơng trình động học mô tả hoạt động không dừng và phát xung của
mẫu laser này đợc viết dạng [2, 4]:
,)(
110
0


=
(2)
,)1()()(
0
0
2211 jjjj
eff
j
nPnng
n
c
dt
dn


+++=
(3)
ở đây
dt
dN
1
,
dt
dN
2
và
dt
dn
j

+ b
i
(i =1, 2), với

i
là hệ số khuếch đại
riêng, b
i
là hằng số thờng đợc chọn bằng 0 với các laser bán dẫn (chẳng hạn laser
sử dụng vật liệu InGaAsP [5, 6]);

1
,

2
là các hệ số tích thoát các phần tử tải trong
các ngăn A và B;

1
,

2
gọi là các hệ số giam hay hệ số Peterman trong các ngăn A, B
tơng ứng;

hệ số mô tả sự mất mát photon trong các ngăn A, B và trên các mặt
phản xạ; Hàm g(

0
-

0
-

j
) là độ lệch tần;

0
,

j
là tần số trung tâm và
tần số của mode thứ j. Trong phơng trình (3) thừa số (n
j
+ 1) biểu diễn sự phát xạ tự
trờng Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 2A-2008
53
phát trong hoạt động của laser, số hạng cuối


Pn
j
mô tả sự tơng tác giữa tín
hiệu bơm với laser.
Để tìm đợc đáp ứng thời gian của mẫu laser DFB hai ngăn nói trên, chúng

3
,

1
=

2
= 4ì10
-16
cm
2
,

1
= 0.5,

2
= 0.2,

= 1.71ì10
12
s
-1
, I
1
= 15mA, I
2
= 2ì10
-5
A. Các giá

-1
, chu kỳ xung
T=1ns và thay đổi độ rộng xung theo tỷ lệ 2 : 1, 1 : 1 và 1 : 2. Các tỷ lệ độ rộng đợc
thiết lập dựa trên tỷ số giữa bờ trên của xung tín hiệu với bờ dới của xung đó.
Chẳng hạn trong trờng hợp tỷ lệ độ rộng là 2 : 1 độ rộng bờ trên của xung bằng 2
lần độ rộng bờ dới. Các trờng hợp tỷ lệ khác đợc giải thích tơng tự. Nh vậy sự
thay đổi độ rộng xung tơng ứng với việc kéo dài hay rút ngắn thời gian tơng tác
giữa photon xung tín hiệu RZ với các photon laser phát trong một chu kỳ. Điều này
dẫn tới sự thay đổi các đặc trng của xung laser phát.
Kết quả mô phỏng cho ta hình ảnh các xung laser phát nh trên hình 3. ở
các tỷ lệ độ rộng 2:1 và 1:1 (hình 3a, 3b), thời gian bơm kéo dài trong một chu kỳ đã
làm xuất hiện các xung phụ, chính là các dao động phục hồi sau một chu kỳ bơm,
xen giữa các xung chính (các xung laser phát có biên độ lớn nhất). Trong cả hai tỷ lệ
này của độ rộng xung tín hiệu RZ, biên độ các xung chính là bằng nhau, nhng trong
trờng hợp độ rộng W
0
lớn hơn (tỷ lệ 2:1 so với 1:1), số lợng các xung phụ nhiều
hơn. ở tỷ lệ độ rộng 1:2 (hình 3c), độ rộng W
0
giảm xuống, thời gian cung cấp năng
lợng cho laser là ngắn hơn so với thời gian ngắt, năng lợng xung kích trong một
chu kỳ chỉ đủ làm một xung laser phát ra. Vì vậy trong dãy xung laser phát không
xuất hiện các xung phụ kèm theo nh trong các trờng hợp kể trên. Bên cạnh đó sự
thay đổi độ rộng xung tín hiệu RZ đợc xem nh các nhiễu đầu vào làm cho một vài
xung laser phát ra ở giai đoạn đầu có biên độ không ổn định.
N. V. Phú, Đ. V. Hoàng ảnh hởng của laser DFB hai ngăn, Tr. 51-57


)

Thời gian phát (giây)

(hình 3
b
)

(hình 3
c
)

Thời gian phát (giây)

trờng Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 2A-2008
55
3.2.
ả
nh hởng của chu kỳ xung tín hiệu RZ lên đặc trng xung laser
phát

Để khảo sát ảnh hởng của sự thay đổi tần số xung tín hiệu RZ, chúng tôi
chọn các thông số của xung tín hiệu RZ nh sau: mức bơm H = 10
-1


Thời gian phát (giây)

Mật độ photon phát (photon
.cm
-
3
)

N. V. Phú, Đ. V. Hoàng ảnh hởng của laser DFB hai ngăn, Tr. 51-57
56 Hình 4. Dãy xung phát của laser DFB hai ngăn khi chu kỳ xung tín hiệu RZ thay
đổi.
IV. kết luận
Chúng tôi đã mô phỏng quá trình phát xung và ảnh hởng của việc điều biến
các đặc trng xung tín hiệu RZ lên xung phát trong hoạt động không dừng của một
laser DFB hai ngăn. Các kết quả trình bày ở trên cho thấy khi xung bơm vào laser có
dạng là hàm RZ, việc điều biến các đặc trng của xung RZ nh cờng độ, độ rộng,
chu kỳ xung cũng đã làm thay đổi một số đặc trng của xung laser phát. Điều này có


trờng Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXVII, số 2A-2008
57
Tài liệu tham khảo

[1] M. Ohstu, Frequency Control of Semiconductor Lasers, Wiley, NewYork, 1996.
[2] H. Kawaguchi et al., Electronics Letters, 131, 1995, 890.
[3] G. S. He, S. H. Liu, Physics of nonlinear optics, World Scientific Publishing Co.
Pte. Ltd, Singapore, 1999, Chapter 12.
[4] Dinh Van Hoang et al., Modern problems in Optics and Spectroscopy, II, 2000,
406.
[5] J. Kinoshita, IEEE Journal of Quantum Electronics, 30, 1990, 928.
[6] Yong-Zhen Huang, IEEE Photonics Technology Letters, 7, 1995, 977.
[7] Nguyen Van Phu, Dinh Van Hoang, Communication in Physics, III, 2005, 171.
[8] M. Fischer et al., Spectrochimica Acta Part A, 60, 2004, 3240.
[9] T. Chang et al., Optics Communication, 148, 1998, 180.
[10] Nguyen Van Phu, Dinh Van Hoang, ảnh hởng của các tham số động học và
điều biến cờng độ xung tín hiệu RZ lên xung phát của một laser DFB hai ngăn,
Tạp chí khoa học, Trờng ĐH Vinh, Tập XXXV, Số 2A, 2006.

Summary
THE INFLUENCE OF characteristics MODULATION OF RZ signal
PULSE ON GENERATED PULSES OF A DFB LASER WITH TWO SECTIONS
In this paper we present the influence of characteristics modulation of RZ
signal pulse on generated pulses of a DFB laser with two sections. Under these
influence some characteristics of laser pulses such as the starting time, frequency
repetition rate, intensity of pulses are transformed.