Источники излучения и передающие оптоэлектронные модули волоконно-оптических систем связи

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО “Уральский Федеральный Университет имени первого президента России БМ Ельцина”

Источники излучения  и передающие оптоэлектронные модули волоконно-оптических систем связи

Реферат по теме № 37

По ОПТСС

Преподаватель Удинцев В. Н.

Студент Чемоданов Е. В.

Дата 30.06.2011

 

Екатеринбург

2011

 

Введение

 

Современные источники  света, или передатчики, состоят  из интегральных схем и лазерных диодов (ЛД) или светоизлучающих диодов (СИД). Их излучение модулируется с  помощью отдельных интегральных схем, которые в настоящее время в большинстве своем заменили используемые раньше оптические передатчики, собранные из дискретных электрических компонентов и электрооптических устройств. Сегодня на сцену вышли СБИС, чтобы удовлетворить еще более высоким скоростям и повысить надежность. На рис. 1 приведена упрощенная блок-схема волоконно-оптического передатчика.

Рис. 1. Упрощенная блок-схема волоконно-оптического передатчика.

 

 

 

Существуют два основных типа источников света, применяемых в ВОСП: СИД и ЛД. В этой главе мы рассмотрим их как отдельные элементы, понимая, однако, что они, фактически, формируют узлы описанных выше интегральных схем. Мы также обсудим новый тип источника — VCSEL — лазер с вертикальной резонаторной полостью и излучающей поверхностью.

 

Передающие оптоэлектронные модули (ПОМ)

Предназначены для преобразования электрических сигналов в оптические. Последние должны быть введены в  волокно с минимальными потерями. Производятся весьма разнообразные  ПОМ, отличающиеся по конструкции, а так же по типу источника излучения.

Главным элементом ПОМ  является источник излучения. Он должен удовлетворять основным требованиям:

• Излучение должно вестись на длине волны одного из окон прозрачности волокна.
• Источник излучения должен выдерживать необходимую частоту модуляции для обеспечения передачи информации на требуемой скорости;
• Источник излучения должен быть эффективным, в том смысле, что большая часть его излучения должна попадать в волокно с минимальными потерями;
• Источник излучения должен иметь достаточно большую мощность, чтобы сигнал можно было передавать на большие расстояния, но и не настолько, чтобы излучение не приводило к нелинейным эффектам или могло повредить волокно или оптический приемник;
• Температурные вариации не должны сказываться на функционировании источника излучения;
• Стоимость производства источников излучения должна быть относительно невысокой.

Перечисленным требованиям  удовлетворяют два типа источников излучения: светодиоды (LED) и полупроводниковые  лазерные диоды (LD). Они отличаются между собой шириной спектра излучения.

Рис. 1. Спектры излучения светодиодов и лазерных диодов

Принцип работы светодиода основан на излучательной рекомбинации носителей заряда в активной области гетерогенной структуры при пропускании через нее тока. Носители заряда – электроны и дырки – проникают в активный слой из прилегающих пассивных слоев (р- и n-слоя) вследствие подачи напряжения на р-n структуру и затем испытывают спонтанную рекомбинацию, сопровождающуюся излучением света. Длина волны излучения l (мкм) связана с шириной запрещенной зоны активного слоя Е^g (эВ) законом сохранения энергии l=1,24/ Е^g(рис 2 )

Таблица 1

Композиционные материалы, используемые для создания источников излучения различных длин волн

Активный материал	Подложка	Диапазон возможных  значений Еg, эВ	Диапазон излучаемых длин волнl, нм
Ga(1-x)AlxAs	GaAs	2. 02….1.42	610…870
In(1-x)GaxAsyP(1-x)	InP	0.95	1100…1700
In0.37Ga0.27As0.58P0.42	InP	0.95	1310
In0.57Ga0.42As0.9P0.1	InP	0.8	1550

 

 

Светоизлучающие диоды

 

Светоизлучающие диоды — СИДы, используемые в связи, излучают свет в близкой ИК области. Они недороги, по сравнению с большинством лазеров. Первоначально СИДы использовались с многомодовым волокном, учитывая, что они излучали свет в широком конусе, который мог быть захвачен эффективно только многомодовым волокном, имеющим большую числовую апертуру.

СИД в самом простейшем случае является диодом с р-п гомопереходом, смещенным в прямом направлении. Рекомбинация пар электрон-дырка в обедненной зоне генерирует свет. Часть его выходит из диода и может быть собрана и направлена в оптоволокно. Излучаемый свет некогерентен, имеет достаточно широкий спектр (30-60 нм) и излучается в конусе под относительно большим углом.

Имеются две основные конструкции СИД: с поверхностным и торцевым излучением. Основой первой является двухслойный полупроводник, содержащий р-п-переход. При прямом напряжении смещения спонтанная излучательная рекомбинация происходит непосредственно в области р-п-перехода, а свет распространяется по всем направлениям. Поэтому излучение на выходе СИД является некогерентным и слабонаправленным. В СИД с торцевым излучением используется двойная гетероструктура, представляющая собой в упрощенном виде трехслойный полупроводник

Рисунок 3.1 Конструкция поверхностного светодиода

В поверхностном светодиоде волоконный световод присоединяется к поверхности излучения через специальную выемку в полупроводниковой подложке. Такой способ стыковки СИД и стекловолокна обусловлен необходимостью ввода максимальной мощности спонтанного излучения в световод.

 

Рисунок 3.2 Конструкция торцевого  светодиода

В конструкции торцевого светодиода предусмотрен вывод оптической мощности излучения через один из торцов. При этом другой торец выполнен в виде зеркала, которое отражает фотоны в активный слой. В приборе применяются дополнительные слои полупроводникового материала GaAlAs, который отличается от активного слоя показателем преломления и шириной запрещенной зоны. Это создает в активном слое оптический волновод, способствующий концентрации фотонов и усилению бегущей волны в инверсной насыщенной зарядами среде. Светоизлучающий торец СИД согласуется с волоконным световодом линзовой системой.

Работа  светодиодов основана на случайной рекомбинационной люминесценции избыточных носителей заряда, инжектируемых в активную область светодиода. В результате инжекции не основных носителей заряда и дрейфа основных в активном слое происходит накопление и рекомбинация этих зарядов с выделением квантов энергии, которые примерно соответствуют ширине запрещенной зоны активного слоя:

                                        (3.2)

При этом фотоны (кванты энергии), случайно образовавшиеся, могут двигаться  в любом случайном направлении, отражаться от границ различных слоев  полупроводников, поглощаться кристаллами  и излучаться с поверхности (рисунок 3.1) или из торца (рисунок 3.2). Величина излучаемой мощности СИД примерно линейно зависит от величины тока инжекции. Благодаря некоторым вышеперечисленным особенностям конструкции торцевого СИД в нем может происходить образование небольшого числа стимулированных, вынужденных и, естественно, когерентных фотонов. Это способствует увеличению общей мощности излучаемой энергии с концентрацией в пространстве. По этой причине торцевые СИД называются слабокогерентными источниками света или суперлюминесцентными диодами (СЛД).

Основные характеристики светодиодов  

Ваттамперная характеристика светодиодов  показывает зависимость излучаемой мощности от тока, протекающего через  прибор (рисунок 3.3).

 

Рисунок 3.3 Ваттамперные характеристики светодиодов

Характеристики имеют линейный и нелинейные участки. Нелинейность обусловлена предельными возможностями  по спонтанной рекомбинации электронов и дырок и их ограниченным числом, зависящим от насыщенности примесными компонентами и общего объема активного слоя. 
Ваттамперная характеристика зависит от температуры кристалла. С ее повышением мощность излучения может значительно снижаться [8]. 
Спектральная характеристика светодиодов показывает зависимость излучаемой мощности от длины волны излучения (рисунок 3.4)

 

Рисунок 3.4 Спектральные характеристики светодиодов

По спектральной характеристике можно определить ширину спектра излучения на уровне половинной от максимальной мощности излучения. Ширина спектра СЛД (около 10 - 30 нм), для поверхностного СИД  (около 30 - 60 нм). 
Более узкий спектр излучения СЛД объясняется волноводным эффектом и некоторой согласованностью (когерентностью) излучательных рекомбинаций. При этом характер излучения остается спонтанным и ширина спектра определяется разбросом энергетических состояний рекомбинирующих электронов и дырок. 

Лазерные диоды

 

Если системные требования не так строги, то в качестве источника  света обычно выбирается СИД. Лазерные диоды обычно используются для линий связи большой длины или при большой скорости передачи (выше 155 Мбит/с). Существует несколько типов ЛД (все моды, рассмотренные ниже, продольные — LM):

- многомодовые (MLM) или с резонаторами Фабри—Перо;

- одномодовые (SLM);

- одномодовые с распределенной обратной связью (DFB), часто называемые DFB-лазерами;

- DFB-лазеры с внешним модулятором;

- лазеры с вертикальной резонаторной полостью и излучающей поверхностью (VCSEL).

Типы лазеров приведены  в порядке их разработки, в этом же порядке они будут рассмотрены  ниже.

 

 

Многомодовые (MLM) лазеры, или лазеры с резонаторами Фабри—Перо

Многомодовые лазеры, или лазеры с резонатором Фабри-Перо, излучают несколько мод, спектр которых приведен на рис. 5. Картина спектра демонстрирует наличие доминантной моды желаемой длины волны и боковые моды меньшей амплитуды, отделенные промежутками шириной примерно в 1 нм. При модуляции излучения лазера модулируется не только основная мода, но и, точно также, боковые моды. Полная ширина спектра оптического излучения такого лазерного источника на уровне половины от максимума (FWHM) при наличии модуляции равна 4-5 нм.

Рис. 5. Спектр многомодовых лазеров, или лазеров с резонатором Фабри-Перо

 

Более тщательное изучение спектра лазера показывает, что несмотря на относительную стабильность полной выходной мощности, мощность каждой отдельной  моды может значительно изменяться. Это явление, известное как распределение мощности по модам, имеет важное практическое значение. Когда лазерный сигнал передается по волокну, то, с учетом групповой задержки (хроматической дисперсии), зависящей от длины волны, распределение мощности по модам приводит к возрастанию уровня шума в выходном сигнале. В результате в характеристике системы появляется не зависящий от мощности нижний уровень ошибок, который нельзя снизить путем выделения дополнительной мощности в бюджете системы. Для систем, работающих со скоростями передачи данных большими, чем несколько сотен Мбит/с, на волокне с малыми потерями, это явление может стать основным фактором, ограничивающим длину пролета секции. Более того, даже небольшие отражения (обратно в сторону лазера) от внешних поверхностей оптического разъема, могут вызвать значительные изменения в «поведении» при распределении мощности по модам, а значит и в характеристиках самой системы.

Замечено, что имеется  конечная вероятность того, что уровень  четных мод, составляющих, в среднем, несколько процентов от общей мощности, может достичь больше половины общей мощности. В этом смысле было бы правильным определить эффективную ширину спектра лазера, как спектральный диапазон, в пределах которого моды, в среднем, могут переносить 1 или больше процентов общей мощности .

 

Одномодовые (SLM) лазеры

SLM-лазеры сконструированы так, что потери в резонаторе различны для его различных продольных мод, в противоположность тому, что имеет место для MLM, потери которых независимы от мод. В MLM-лазере продольная мода с минимальными резонаторными потерями достигает порога первой и становится доминантной модой. Другие соседние моды при этом дискриминируются, благодаря их более высоким потерям, которые удерживают нарастание мощности от спонтанного излучения. В этом случае мощность, переносимая этими «вторичными» модами, обычно низкого уровня, меньше 1% полной излучаемой мощности. Если SLM-лазер настроен правильно, то можно ожидать, что первая боковая мода по крайней мере на 30 дБ ниже, чем доминантная мода.

 

 

 

Полупроводниковый лазер с распределенной обратной связью (DFB)

Структура DFB-лазера имеет встроенные возможности выбора длины волны благодаря механизму обратной связи. Обратная связь не локализована в одном месте, а распределена по длине резонаторной полости. Этот тип лазера содержит периодические дифракционные решетки между двумя слоями лазерной структуры (обычно между интерфейсной п-InP подложкой и n-InGaAsP слоями) для создания обратной связи на фиксированной длине волны, которая определяется шагом дифракционной решетки. Это соответствует периодическому изменению показателя преломления моды.

DFB-лазер очень чувствителен к оптической обратной связи, в особенности от оптических разъемов, которые служат интерфейсами между лазером и волокном основной линии связи. Даже относительно небольшая обратная связь (уровнем меньше, чем 0,1%, например) может дестабилизировать лазер и повлиять на характеристики системы. Так, например, если ширина линии увеличивается, то может произойти скачкообразное изменение моды и увеличение шума относительной интенсивности (RIN) - шума, генерируемого DFB-лазером). Можно предпринять ряд шагов, чтобы уменьшить интенсивность обратной связи или ослабить эффект от ее влияния. Один из таких шагов - использовать антиотражающие покрытия. Обратную связь можно также уменьшить путем скалывания кончика волокна под небольшим углом, так чтобы отраженный свет не попал на активную область такого лазера. Еще один, более радикальный, шаг состоит в том, чтобы установить изолятор между лазером и интерфейсом оптического разъема.

Важным параметром DFB-лазера является коэффициент подавления моды (MSR). При проектировании таких типов полупроводниковых лазеров основная цель состоит в ослаблении побочных продольных мод и получении максимально возможной мощности доминантной моды . Можно ожидать значение MSR на уровне > 30 дБ для DFB-лазера непрерывного излучения. Наш интерес здесь в том, чтобы передать световой сигнал лазером с одиночной и узкой спектральной линией (т.е. с доминантной модой). При идеальных условиях от таких лазеров можно ожидать ширины полосы на уровне половинной мощности (FWHM) порядка 0,2 нм (порядка 25 ГГц). Если DFB-структура для улучшения ширины линии, генерируемой лазером, комбинируется со структурой MQW (cтруктура со множественными квантовыми ямами), то ширина линии может быть уменьшена до сотен кГц (см. [4.3], с. 103). Если же ширина линии становится больше, возрастает хроматическая дисперсия (см. гл. 6). Это в высшей степени нежелательно для систем со скоростями передачи выше 1 Гбит/с. DFB-лазеры имеют самую узкую спектральную линию излучения среди всех известных типов лазеров на рынке. Они практически всегда используются в системах, работающих с длинными и сверхдлинными пролетами секций.

DFB-лазер — очень дорогое устройство, хотя и жизненно важное для ВОСП. Чтобы быть уверенным в оптимальной работе DFB-лазера и мониторить его, можно добавить несколько компонентов при его сборке. Например, фотодиод (PIN-диодный приемник) для мониторинга его выхода; термоэлектрический охладитель (ТЕС), который управляет температурой интегральной схемы лазера; схему обратной связи, управляющую его выходом и поддерживающую желаемую частоту. Идеальная температура ИС лазера равна 25°С.

Схема DFB-лазера представлена на рис. 6

 

 

 

 

Рис. 6 Схема DFB-лазера.

 

 

DFB-лазеры с внешним модулятором

До сих пор мы изучали, или, по крайней мере, упоминали, оптические источники с непосредственной модуляцией, так называемой модуляцией интенсивности. Принципиально, все, что мы делаем - это включаем и выключаем лазер, где включение соответствует двоичной 1, а выключение двоичному 0. Фактически же лазер никогда не выключается полностью. Эквивалент такого выключения - это точка на рабочей характеристики лазера, чуть выше порога (т.е. при очень малой выходной мощности) или чуть ниже порога. Установка такого порога важна для уменьшения «чирпа» (линейной частотной модуляции - ЛЧМ), который будет рассмотрен ниже.

Другой подход в формировании двоичных 1 и 0 - это использовать оптический модулятор. Концепции использования непосредственной модуляции и оптического (внешнего) модулятора представлены на рис. 7 Заметьте, что оптический модулятор расположен между лазерным источником несущей волны (CW) и выходным интерфейсом волокна. Источник CW -это источник света, который всегда включен, т.е. находится в рабочем состоянии с определенным заданным уровнем мощности на выходе.

Рис.7 Иллюстрации концепций лазерного (DFB) передатчика с непосредственной модуляцией (а) и того же лазера, использующего внешний модулятор (б).

Оптические модуляторы являются интегральными устройствами, спроектированными для управления уровнем непрерывной оптической мощности, передаваемой оптическому волноводу. Они работают как затворы; затвор закрыт для двоичного 0 и открыт для двоичной 1. Обычно выделяют три типа модулятора:

1 - Маха-Цендера (M-Z);

2 - c использованием электрической рефракции;

3 - c использованием электрической абсорбции (полупроводниковые) MQW.

Модулятор Маха-Цендера (М—Z) представляет собой интерферометр, использующий волноводы на основе ниобата лития LiNbO₃ или конфигурацию направленного разветвителя. Волноводы M-Z-модулятора имеют конфигурацию Y-разветвителя. Коэффициент преломления такого материала как LiNbO₃ может изменяться под действием приложенного внешнего напряжения. В отсутствие внешнего напряжения, оптическое/электромагнитное поле в двух рукавах М—Z-модулятора (на выходе модулятора) имеет одинаковый сдвиг фаз и интерференция синфазна. Дополнительный фазовый сдвиг, вносимый в одном из рукавов за счет изменения коэффициента преломления, вызванного приложенным напряжением, нарушает эту син-фазность интерференционной картины и уменьшает мощность сигнала передатчика на выходе. В частности, наблюдается полное отсутствие света на выходе, если вносимый фазовый сдвиг между двумя рукавами будет равен р, учитывая противофазный характер интерференции. В результате такого механизма действия, электрический поток бит, поданый на модулятор, создаст оптическую копию потока бит на выходе.

Характеристики внешнего модулятора численно описываются так называемым коэффициентом ослабления сигнала (ER) — отношением уровней сигнала при включенном и выключенном состояниях и модуляционной шириной полосы. Модуляторы на основе ниобата лития обеспечивают ER порядка 20 (13) дБ и могут осуществлять модуляцию потока со скоростями до 75 Гбит/с.

Модуляторы изготавливаются  из электрооптических полимеров. На них достигнута модуляция потоков  с предельной скоростью порядка 60 Гбит/с. Такие модуляторы часто  интегрируются с электронными схемами привода (драйверами) модулятора.

Другой тип модулятора изготавливается на основе полупроводников. К ним относятся модуляторы, использующие электроабсорбцию. Эта технология использует эффект Франца-Келдыша, в соответствии с которым ширина запретной зоны полупроводника уменьшается, если к нему прикладывается поперечное электрическое поле. В этом случае прозрачный полупроводниковый слой начинает абсорбировать (поглощать) свет, когда ширина его запретной зоны уменьшается под действием приложенного внешнего напряжения. Это происходит в тот момент, когда энергия фотона превысит энергетический барьер запрещенной зоны. Учитывая, что эффект электроабсорбции проявляется сильнее в MQW-структурах, они и выбираются для использования в таких модуляторах. Для них коэффициент ослабления сигнала ER составляет 15 дБ и выше при напряжении смещения порядка 2 В, а реализуемая при этом скорость передачи достигает нескольких Гбит/с. Так, при скорости 5 Гбит/с была достигнута передача с низким уровнем «чирпа». Этот тип модуляторов используется в ВОСП при скоростях передачи порядка 20 Гбит/с, а в некоторых экспериментах были продемонстрированы скорости до 60 Гбит/с.

Повторяем, что основная цель использования модулятора состоит  в уменьшении уширения импульса, вызванного чирпом. Многие из этих модуляторов интегрированы с ИС того же передатчика, которым они управляют.

 

Лазер с вертикальной резонаторной полостью и излучающей поверхностью (VCSEL)

 

Для функционирования лазеров типа MLM (Фабри—Перо), SLM и DFB требуется ток порядка нескольких десятков миллиампер. Кроме того, его выходной (расходящийся) луч, подаваемый на стык с круглым оптоволокном, имеет в поперечном сечении эллипс с коэффициентом сжатия 3:1. Такой луч плохо стыкуется с цилиндрической формой луча, который сердцевина оптоволокна способна принять. Нецилиндрический луч часто требует дополнительной оптики, чтобы состыковать его с круглым поперечным сечением сердечника оптоволокна. Лазер типа VCSEL излучает столь желательный круговой луч. Сравнение геометрий пучков этих двух типов излучения можно провести на основе рис. 8

Рис. 8. Сравнение эллиптического выходного луча СИД и лазеров типа MLM, SLM и DFB с круговым выходным лучом, характерным для лазера типа VCSEL.

 

Лазер типа VCSEL представляет собой вертикальную структуру из ряда слоев p-типа, активной области, и ряда слоев n-типа. Число слоев зависит от желаемой длины волны излучения. Указанные наборы слоев охватывают отражатели Брэгга, которые изготавливаются из комбинации In+Ga+As+(Al или Р). Например, комбинация In+Ga+As+Р используется для лазеров в окне длин волн 1310-1550 нм. Требуемые слои изготавливаются методом эпитаксиального выращивания на основе планарной технологии. Лазеры типа VCSEL работают в одномодовом (продольная мода) режиме, используя резонатор исключительно малой длины (порядка 1 мкм), для которого разнесение мод превышает полосу частот усиления. Они излучают свет в направлении перпендикулярном плоскости активного слоя, аналогично тому, как это делается в СИД с излучающей поверхностью. Работа такого лазера в одномодовом (поперечная мода) режиме может быть реализована путем уменьшения диаметра VCSEL до 2-3 мкм. Выходная мощность и ширина полосы лазеров типа VCSEL, как правило, ниже, чем аналогичные показатели DFB-лазеров, и VCSEL находит применение как в ВОСП, так и в локальных сетях. Их стоимость относительно низка по сравнению с DFB-лазерами, например. Другим применением VCSEL является лазерные массивы, где каждый лазер работает на своей длине волны, что идеально подходит для WDM-систем.

Схема структуры VCSEL-лазера приведена на рис. 9

 

 

Рис. 9 Схема структуры VCSEL-лазера

Объемное изображение  диаграммы излучения, из которого наглядно видно круговое сечение этой диаграммы  изображено на графике ниже.

 

 

Частотно-модулированный импульс (чирп)

 

Понятие ЧМ импульса

ЧМ импульс, или чирп, может ограничить характеристики систем передачи на длине волны 1550 нм даже при использовании DFB-лазеров с большим (порядка 40 дБ) значением MSR (коэффициента подавления моды). Как уже отмечалось раньше, модуляция интенсивности (непосредственная модуляция) в полупроводниковых лазерах неизбежно сопровождается фазовой модуляцией (вызванной изменением, за счет индуцируемых носителей, показателя преломления), управляющей коэффициентом уширения спектральной линии. Оптические импульсы со сдвигом фазы, зависящим от времени, называются чирп-импульсами. В результате такого частотного чирпа, наложенного на оптический импульс, его спектр существенно уширяется. Это спектральное уширение влияет на форму импульса в волокне, учитывая дисперсию волокна, и приводит к ухудшению показателя BER в системе.

 

 

Подробное обсуждение ЧМ сдвига

Говорят, что импульс  подвержен ЧМ сдвигу, т.е. является чирп-импульсом, если его несущая частота изменяется во времени. Эти частотные изменения соотносятся с производной фазы по времени. Частотный сдвиг, зависящий от времени, называют чирпом. В литературе можно прочитать о параметре С. Этот параметр регулирует линейный частотный чирп, наложенный на такой импульс. Чирп-импульсы могут уширяться и сжиматься. Уширение импульса рассматривается, конечно, как нежелательное, принимая во внимание характеристики дисперсии. Уширение импульса приводит к распространению энергии импульса на следующую битовую позицию и, если такое уширение достаточно велико, может вызвать появление ложного бита 1, что приведет к ошибке, если на этой битовой позиции должен был быть бит 0.

Параметр С может  принимать как отрицательные, так  и положительные значения. Показатель BL — произведение ширины полосы частот на расстояние (размерность Гц×м) - может существенно уменьшиться при отрицательных значения С. Это происходит из-за существенного уширения импульса лазерного диода. При использовании непосредственной модуляции для полупроводникового лазера параметр С, обычно отрицательный, равен -6 для длины волны 1550 нм. При этом условии показатель BL < 100 (Гбит/ с)×км, и дисперсия волокна ограничивает скорость передачи до величины 2 Мбит/с на длине пролета L в 50 км. Эту проблему можно решить путем использования волокна со сдвигом дисперсии, или же путем использования схемы компенсации дисперсии. Частотный чирп в значительной степени устраняется при использовании внешнего модулятора. Причина в том, что источник света, а это, как правило DFB-лазер, все время включен. В результате, следует признать, что при непосредственной модуляции, влияние чирпа становится очевидным и, более того, деструктивным .

 

Параметры импульсов, характеризующие эффект ЧМ сдвига

На рис. 10 приведена типичная форма импульса на выходе полупроводникового лазера с непосредственной модуляцией. По оси у отложена амплитуда импульса, по оси х — время t. На этом рисунке показаны два важных параметра импульса: начальное нарастание импульса и выброс на вершине (обусловленный чирпом). Тот факт, что характеристики пика последующего импульса отличаются от характеристик пика начального импульса, тоже обусловлен действием чирпа. Вершина каждого следующего импульса будет случайным образом отличаться от предыдущего.

В системах передачи исключительно  важным параметром является время нарастания импульса. Оно определяет предел максимальной скорость передачи. Установление порогового уровня для системы также влияет на ее характеристики. Он должен быть установлен как можно ниже, но так, чтобы не нарушить условия генерации лазера. Это влияет на коэффициент ослабления сигнала, который должен быть максимально большим. Этот коэффициент представляет собой отношение максимальной амплитуды импульса к пороговому уровню.

Рис. 10. Параметры импульса лазера

Потери мощности

Агравал перечислил пять физических явлений, которые, наряду с дисперсией, приводят к ухудшению отношения сигнал/шум на удаленном конце (в точке приема) в высокоскоростных ВОСП (со скоростью больше 500 Мбит/с). Таких источников — шесть:

1. Модальный шум.

2. Дисперсионное уширение.

3. Шум от распределения  мощности по модам.

4. Частотный чирп.

5. Обратная связь и шум от  отражения.

6. Коэффициент ослабления сигнала.

Модальный шум приводит к искажениям сигнала, характерным для ВОСП, использующих многомодовое волокно. Они вызваны интерференцией между различными направляемыми модами многомодового волокна. Она проявляется как ухудшение отношения сигнал/шум на дальнем (приемном) конце, вызванное флуктуацией амплитуды принятого сигнала. Это объясняет, почему большинство многомодовых систем использует в качестве источников СИД, а не ЛД (просто потому, что спектр СИД шире).

Дисперсионное уширение может ограничить произведение BL. Оно влияет на характеристики приемника по двум причинам. Первая из них обсуждалась раньше. Мы отмечали, что уширение импульса может распространить его действие на последующий битовый интервал и привести к межсимвольной интерференции (ISI).

Вторая причина в том, что  пиковая энергия импульса уменьшается  в результате уширения в целом. В результате приходится увеличить уровень входного сигнала на приемной стороне, чтобы компенсировать влияние этого фактора. Для численного подсчета результатов действия этих причин, определим величину потери мощности :