我们平时看到的 EML 激光器,结构里都带 TEC。
比如这种 TO 封装结构中,TEC 侧面紧贴热压基板,再通过基板贴 EML 芯片。

也有这样的结构:

TEC 的原理是热电制冷效应,也就是珀尔帖效应:两种不同半导体形成电结,通电后一侧吸热、一侧放热,实现主动控温。

EML 本身,是把 DFB 激光发射区和 EAM 电吸收调制区集成在同一芯片上。前段 DFB 负责发光,后段 EAM 负责控光。

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EAM 通过电压控制光的通断。常规模式下,不加电压时,对特定波长的光 “透明”;加反向电压,就变 “不透明”,把光吸收掉。

光传输区域的 I 区吸收特性示意图如下。

DFB 激光器在工作时是持续发光的,它的发光波长和功率特性如下图所示。

当施加反向电压时,DFB 的波长正好落在吸收谷中心,光被强烈吸收,透射功率很低,输出为逻辑 “0”。

当不加电压或只加低电压时,吸收谷会发生移动,DFB 的波长移出吸收谷,进入透光区,透射功率很高,输出为逻辑 “1”。

用吸收曲线来表示,当电压为 0V 时,吸收光谱的边缘远离激光波长,调制器几乎不吸收光。

如果 Δλ 太小,激光波长贴近 EAM 吸收边缘,0V 时吸收也极强,输出极低,这样虽然能提高消光比,但会导致逻辑 “1” 功率不足,影响性能。
回到我们最开始的问题,就好解释为什么要为 EML 加 TEC 进行温度控制了?
前面说的 TO 封装里,EML 芯片工作会发热。温度一升,DFB 波长就向长波长红移,速率大概 0.1nm/℃。

EAM 的吸收谷也会红移,但两者漂移速率不一样。
而 EAM 的吸收谷是窄窗口,调制全靠 DFB 波长和吸收谷边缘精准匹配。温度一变,两者位置就偏了,会出现关态吸不净、开态透不出的问题。
所以需要用 TEC 精准控温,稳住波长和吸收谷的匹配,让 EML 在各种环境下都能稳定工作。
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