Intensidad Relativa de Ruido (RIN)

Dentro de un láser semiconductor, las fluctuaciones en la amplitud o la intensidad de la salida producen ruido de intensidad óptica. Estas fluctuaciones podrían surgir de las variaciones de temperatura o de emisión espontánea contenida en la salida del láser.

El ruido resultante de las fluctuaciones de intensidad aleatorias se denomina intensidad relativa de ruido (RIN), que puede ser definida en términos de las variaciones de intensidad media-cuadrados.

La corriente resultante de ruido media cuadrática está dada por:

(iRIN2 )=σ RIN2 =RIN (R0P ) B

Entonces, el CNR debido a las fluctuaciones de amplitud láser sólo es

CNRRIN=C

σ RIN2

Aquí el RIN (Intensidad Relativa de Ruido) se mide en dB/Hz. Está definido por la relación de potencia de ruido a la señal:

RIN=(( PL)¿¿2)

PL2 ¿

Donde ((∆PL) 2) es la fluctuación de intensidad media cuadrática de la salida del láser y PL es el promedio de intensidad de la luz láser. Este ruido disminuye a medida que el nivel de inyección de corriente aumenta de acuerdo con la relación.

RIN ∝( I βI th−1)−3

Ejemplo 1. La figura muestra un ejemplo de la ecuación. 9-9. por dos láseres de heteroestructura enterrada. El nivel de ruido se mide a 100MHz. Para corrientes de inyección suficientemente por encima del umbral. (Es decir, por Ib / Ith > 1,2). La RIN de estos índices de láseres guiados se encuentra entre -140 y -150 dB / Hz.

Ejemplo del ruido de intensidad relativa, por dos diodos láser de heteroestructura enterrada. El nivel de ruido se mide a 100 MHz.

La figura muestra el RIN de un InGaAsP láser de heteroestructura enterrada como una función de modulación de frecuencia en varios niveles de polarización diferentes. El ruido de intensidad relativa esencialmente independiente de la frecuencia por debajo de varios cientos de megahercios, y picos en la frecuencia de resonancia. En este caso, en un nivel de polarización de 60 mA, lo que da una salida de 5 mW, la RIN es típicamente menor que -135 dB / Hz para frecuencias de modulación de hasta 8 GHz. Para niveles de señal óptica recibida de-13dBm (50uW) o menos, el RIN del láser InGaAsP-heteroestructura enterrada encuentra suficientemente por debajo del nivel de ruido de un amplificador de 50 ohmios con un factor de ruido de 3 dB.

Hojas de datos para para 1550 nm DFB láser suelen citar valores de RIN -152 a -158 dB / Hz.

El RIN de un InGaAsP-heteroestructura enterrada láser como una función de modulación de frecuencia a varios niveles de polarización diferentes.

Sustituyendo el CNRS resultantes de las ecuaciones (9-4) a (9-7) en (9-1) se obtiene la siguiente relación portadora-a-ruido para un sistema AM de un solo canal.

CN

=12

(mR¿¿0M P)2

RIN (R ¿¿0P)2 β+2q ( Ip+ ID )M 2 F (M )β+(4K gT /Req ) β F t ¿¿

Efectos de reflexión en la RIN

En la ejecución de un enlace analógico de alta velocidad, es necesario tomar precauciones especiales para minimizar los reflejos ópticos de nuevo en el láser. Volver señales reflejadas-pueden aumentar la RIN por 10-20 dB como se muestra en la figura. 9-5. Estas curvas muestran el aumento del ruido intensidad relativa de los puntos de polarización que van desde 1,24 hasta 1,62 veces el nivel de umbral de corriente. La relación de potencia de retroalimentación en la figura, 9-5 es la cantidad de potencia óptica reflejada de nuevo en el láser con relación a la salida de luz de la fuente. Como un ejemplo, la línea discontinua muestra que al 1,33 Ith la relación de realimentación debe ser menos de-60dB a fin de mantener un RIN de menos de -140 dB / Hz.

Condiciones Limitantes

Veamos ahora algunas condiciones restrictivas. Cuando el nivel de potencia óptica en el receptor es baja, el ruido del circuito preamplificador domina el ruido del sistema. Para esto, tenemos que

El aumento de la RIN debido a las señales ópticas reflejadas

( CN )timis 1

=

12

(mR0M P )¿¿

En este caso, la relación portadora-a-ruido es directamente proporcional al cuadrado de la potencia óptica recibida, de modo que para cada variación de 1 dB en la potencia óptica recibida C/N cambiará en 2 dB.

Para fotodiodos bien diseñados, la mayor y la superficie corrientes oscuras son pequeñas en comparación con el disparo (cuántico) de ruido de los niveles de señal ópticos intermedios en el receptor. Por lo tanto, a niveles de potencia intermedios el término ruido cuántico del fotodiodo dominará el ruido del sistema. En este caso, tenemos

( CN )timis2

=

12

(m2R0P )2q F (M )B

Así que la relación portadora-a-ruido variará en 1 dB por cada cambio de 1-dB en la potencia óptica recibida. Si el láser tiene un alto valor RIN de modo que el ruido de la reflexión domina sobre otros términos de ruido, a continuación, la relación portadora-a-ruido se convierte

( CN )timis 3

=

12(mM )2

RIN B

Qué es una constante. En este caso, el rendimiento no se puede mejorar a menos que se incrementa el índice de modulación.

Ejemplo: Como un ejemplo de las condiciones limitantes, considere un enlace con un transmisor de láser y un fotodiodo receptor que tiene las siguientes características:

Transmisor Receptorm = 0.25 Ro= 0.6 A/WRIN = -143 dB/Hz Β = 10 MHz.Pe = 0 dBm ID = 10 nA

Req = 750 ΩFi = 3 dB

Donde P, en la potencia óptica acoplada en la fibra. Para ver los efectos de los diferentes términos de ruido en la relación portadora-a-ruido. La figura 9-6 muestra un gráfico de la relación C / N como una función del nivel de potencia óptica en el receptor. En este caso, vemos que la alta potencia recibida de ruido en la fuente domina para dar una constante C / N. En los niveles intermedios, el ruido cuántico es el principal contribuyente, con una caída de 1 dB en la C / N para cada disminución de 1 dB en la potencia óptica recibida. Para niveles bajos de luz, el ruido térmico del receptor es el término de ruido que limita, produciendo una atenuación de 2 dB en la C / N para cada caída de 1 dB en la potencia óptica recibida. Es importante tener en cuenta que los factores limitantes pueden variar significativamente dependiendo de la característica del receptor y transmisor. Por ejemplo, para los amplificadores de baja impedancia del ruido térmico del receptor puede ser el limitador de actuación dominante para todas las longitudes de enlace prácticos.

Figura. Portadora a ruido como función de nivel de potencia óptica en el receptor. En ese caso, RIN domina a alta potencia, ruido cuántico cae 1-dB en C/N para cada disminución de potencia 1-dB en los niveles intermedios, y el ruido térmico del receptor produce una atenuación de 2-dB en C/N cuando decae 1-dB la potencia recibida en niveles bajos de luz.