Оптическая обратная связь может значительно увеличить шум интенсивности. В нескольких экспериментах показано, что обусловленное обратной связью увеличение шума интенсивности возникает на частотах, соответствующих разнесению нескольких мод внешнего резонатора [115], [116]. Фактически существует несколько механизмов, благодаря которым относительный шум интенсивности (RIN) полупроводникового лазера может быть увеличен внешней оптической обратной связью. В простейшей модели [119] обусловленное обратной связью увеличение шума интенсивности возникает из-за воздействия многих близко разнесенных (по длине волны) продольных мод внешнего резонатора, разнесение которых определяется расстоянием между выходной гранью лазера и разделяющей поверхностью стекло – воздух, где обратная связь и возникает. Число и амплитуды мод внешнего резонатора зависят от глубины обратной связи. В этой модели увеличение RIN возникает из-за флюктуаций интенсивности, созданных обратной связью, боковых мод. Другой причиной увеличения RIN является беспорядочный характер обратной связи в полупроводниковых лазерах. Численное моделирование при решении скоростных уравнений показывает, что RIN (относительная интенсивность шума) может быть увеличена на 20 дБ и больше, когда уровень обратной связи превышает определенную величину (глубину) [126]. Даже хотя вызванный обратной связью хаос имеет определенную статистику, он проявляется в очевидном увеличении RIN.
Экспериментальное измерение RIN и относительного числа ошибок (BER) при наличии оптической обратной связи подтверждает, что вызванное обратной связью увеличение RIN приводит к наказанию по мощности в световых системах [129] – [132]. Рис. 5.13 показывает результаты измерения BER от средней детектируемой мощности для VSCEL (лазера с вертикальным резонатором и поверхностным излучением), работающего на волне 958 нм (0,958 мкм).
такой лазер работает с одной продольной модой благодаря ультракороткой длине резонатора (~ 1 мкм) и имеет RIN около – 30 дБ при отсутствии обратной связи из-за отражения. Однако, RIN возрастает на такую большую величину как 20 дБ, когда обратная связь превышает уровень (глубину) – 30 дБ. Измерения BER на скорости 500 Мб/с показывают наказание по мощности 0,8 дБ при BER = 10-9 для глубины обратной связи – 30 дБ, но наказание по мощности быстро возрастает при более высоких уровнях (глубине) обратной связи [131].
На рис. 5.13 пересечение горизонтальной линии на уровне BER = 10-9 с кривыми «no feedback» и «- 30 дБ» дает наказание по мощности 24,8 – 24 = 0,8 дБ.
Наказание по мощности можно рассчитать, используя анализ раздела 4.6.2 по формуле
(5.4.16)
где reff – эффективное значение шума в полосе приемника Df находится как
(5.4.17)
При наличии обратной связи, создаваемой модами внешнего резонатора, reff можно подсчитать, исходя из простой модели [119], позволяющей получить
(5.4.18)
где ri – уровень относительного шума при отсутствии обратной связи из-за отражения, N – число мод внешнего резонатора, MSR – коэффициент гашения мод внешнего резонатора. Рис. 5.14 показывает наказание по мощности из-за шума отражения в зависимости от MSR для нескольких значений N – числа мод при ri = 0,01. наказание получается незначительным при отсутствии обратной связи (N = 0). Однако, она возрастает с увеличением N и уменьшается при больших значениях MSR. Фактически, наказание становится бесконечным при определенных малых значениях MSR (ниже критической величины). Таким образом, обратная связь из-за отражений может ухудшить параметры системы в такой степени, что в системе станет невозможно достичь требуемое значение Ber, несмотря на бесконечное увеличение принимаемой мощности.
Такое пороговое значение BER, обусловленное влиянием отражений, наблюдалось экспериментами [117] и показало серьезное влияние на параметры световых систем шумов отражения. Пример этого влияния виден из рис. 5.13, где BER остается выше 10-9 (не удовлетворяет необходимым условиям) при уровнях обратной связи выше – 25 дБ (и тем более при – 20 дБ). (Примечание: при положительной обратной связи глубины меньше «12 и в децибелах – отрицательная величина). В общем, большинство световых систем работает удовлетворительно при обратной связи менее – 30 дБ. практически проблему (шума отражений) можно почти полностью исключить, используя оптический изолятор в составе модуля передатчика.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.