Laser Fabry-Perot Distributed Feedback Laser. Sorgenti ottiche. F. Poli. 22 aprile F. Poli Sorgenti ottiche

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1 Sorgenti ottiche F. Poli 22 aprile 2008

2 Outline Laser Fabry-Perot 1 Laser Fabry-Perot 2

3 Laser Fabry-Perot Proprietà: sorgente maggiormente utilizzata per i sistemi di telecomunicazione in fibra ottica: 1 semplicità di fabbricazione; 2 basso costo. Prestazioni migliori con fibre a bassa dispersione cromatica a causa dell ampiezza spettrale.

4 Laser FP (2) Laser Fabry-Perot Formato da: 1 amplificatore ottico a semiconduttore: fornisce il guadagno; 2 specchi: formano un risonatore intorno all amplificatore.

5 Laser FP: funzionamento Funzionamento: corrente applicata a uno strato attivo con basso bandgap, circondato da materiali con bandgap più elevato confinano elettroni e lacune in un piccolo volume; elettroni eccitati dallo stato a bassa energia (banda di valenza) a quello a energia maggiore (banda di conduzione); perdendo energia, gli elettroni eccitati emettono luce; struttura guidante per la luce prodotta formata dagli strati con diverso bandgap; scelta della composizione della regione attiva per emissione alla λ desiderata; cristallo di semiconduttore tagliato per ottenere uno specchio (30% riflettività, 70% trasmissione); luce emessa dal laser con un pattern a cono.

6 Laser FP: caratteristiche Caratteristiche: guadagno dell amplificatore aumenta con la corrente; guadagno dell amplificatore = perdite degli specchi soglia del laser; oltre la corrente di soglia, oscillazioni laser; pendenza della caratteristica P I = efficienza del laser nel convertire elettroni iniettati in fotoni emessi; possibilità di produrre diversi mw di potenza (cfr. laser di pompa per EDFA); possibilità di modulazione a rate molto elevato variando la corrente.

7 Laser FP: caratteristiche (2) Distanza tra gli specchi spaziatura tra le possibili λ del laser (= modi longitudinali); guadagno vs λ forma spettrale del laser; funzionamento con potenza significativa sui modi longitudinali; distribuzione di potenza tra i modi longitudinali in continuo cambiamento ulteriori variazioni di intensità a bassa frequenza (= mode partition noise); larghezza spettrale relativamente ampia limita l utilizzo nelle comunicazioni a grande distanza.

8 Laser Distributed Feedback (DFB) Proprietà: progettato per superare i problemi spettrali del laser FP; simile al laser FP + riflettore di Bragg posto vicino alla regione attiva.

9 Laser DFB: reticolo di Bragg Riflettore di Bragg: cambiamento periodico di indice di rifrazione nella guida; piccola quantità di luce riflessa indietro da ogni periodo del reticolo; efficiente specchio alle lunghezze d onda per cui il periodo del grating = 1/2 λ della luce nel semiconduttore (periodo di circa 232 nm per λ = 1550 nm); grating di piccole dimensioni tecnologia di fabbricazione più critica rispetto ai laser FP (più passi di processing del wafer) maggiore costo.

10 Laser DFB: caratteristiche Caratteristiche: banda passante in riflessione del reticolo di pochi nm; aumentando la corrente, condizione di soglia raggiungibile solo in un ristretto range di λ; riflettività dello specchio dipendente da λ tutta la potenza del laser emessa in un singolo modo longitudinale; standard industriale per l uso in sistemi in fibra ottica a lunga distanza.

11 In laboratorio: laser di pompa EM4 Laser di pompa a 980 nm singolo-modo con 350 mw di potenza massima accoppiata in fibra. Package butterfly con 14 pin disponibile con reticolo di Bragg fissa λ su estesi intervalli di potenza e di temperatura.

12 Laser EM4: caratteristiche ottiche e elettriche

13 Laser EM4: caratteristiche operative

14 In laboratorio: laser tunabile HP 8168C Filtro laterale built-in assicura la generazione di una linea laser singolo-modo ad ogni λ, eliminando la possibilità di multimodalità. Controllo indipendente di λ e potenza di uscita. Possibilità di scan in λ con potenza di uscita stabile nel tempo e piatta spettralmente

15 Laser tunabile HP 8168C: specifiche Range di λ 1470 nm 1580 nm Accuratezza assoluta in λ < ±0.1 nm Accuratezza relativa in λ ±0.035 nm (tipica: ±0.02 nm) Risoluzione in λ nm, 125 MHz a 1550 nm Stabilità in λ (tipica, 1 h a T cost.) < ±100 MHz Ripetibilità in λ ±0.035 nm (tipica: ±0.02 nm) Larghezza di riga (tipica) 100 khz Rapporto di soppressione dei modi laterali > 40 db Velocità di tuning (tipica, passo di 1, 10, 100 nm) 200 ms, 300 ms, 2 s Massima potenza di uscita +2.5 dbm (1520 nm 1570 nm) Minima potenza di uscita 10 dbm

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