这篇文章主要讨论下直调激光器调制速度的影响因素。直调激光器(DML)的优势在于较高的输出功率，较低的功耗，体积较小等。但由于啁啾效应，直调激光器主要应用于短距离的通信。
通过求解激光器的速率方程，可以得到DML的频率响应表达式，
其中f_r是弛豫振荡频率（relaxation oscillation frequency）, gama为衰减系数， R为电阻，C为寄生电容。典型的频率响应曲线如下图所示，其3dB带宽约为18GHz,
(图片来自文献2)
从表达式出发，频率带宽的主要影响因素为RC, f_r和gama。RC越小，f_r越大，gama越小，频率带宽越大。其中f_r的影响最大，3dB带宽的大小随着f_r的增大而增大，如下图所示，
（图片来自文献2）
弛豫振荡频率f_r的表达式如下，
其中Gama是光场的束缚因子， dg/dn为微分增益，L为有源区的长度，W为有源区的宽度，N_w是量子阱的数目，L_w是量子阱的厚度，I_th是阈值电流。要想提高DML的带宽，就必须提高弛豫振荡频率f_r。补充一下弛豫振荡频率的物理图像，当激光器的注入电流发生变化时，激光器从稳态发生变化，但是不会立刻进入另一个强度的稳态，而是有一个中间弛豫变化的过程，光强在这段过程振荡，如下图所示，
量子阱尺寸（N_w*L_w）的减小并不能有效提高f_r, 量子阱减小的同时也会减小光场束缚因子， 两者的影响相互抵消。
微分增益dg/dn的增大，也可以提高f_r。dg/dn主要由材料本身的性质决定。例如AlGaInAs优于InGaAsP, 前者的导带偏置更大，对电子的束缚能力更强，dg/dn更大，如下图所示，
（图片来自文献1）
为了增大f_r, 有源区的尺寸需要尽量小，因此需要对有源区的结构进行精心设计。两种典型的结构：1）脊型波导结构，2）掩埋异质结结构。
（图片来自文献1）
但是有源区尺寸减小后，对应的电阻变大，芯片的热效应开始变得重要。热效应会影响激光器整体的性能，导致波长漂移。因此，需要设计合适的有源区尺寸，尽量减小热效应带来的影响。
总而言之，影响直调激光器带宽的主要因素是弛豫振荡频率。通过减小有源区尺寸的方法，可以有效提高f_r, 但是尺寸的选取需考虑到热效应的影响。另外，量子阱的数目、波导结构、增益材料等因素，也会影响激光器的频率响应。
COO不是很满意最近的几篇公众号文章，不够深入。接受COO的批评，感觉这一篇也没有很深入，积累还不够，慢慢来吧~
文章中如果有任何错误和不严谨之处，还望大家不吝指出！
参考文献：
- T. Yamamoto, High Speed Directly Modulated Lasers
- W. Kobayashi, et.al., 50-Gb/s Direct Modulation of a 1.3-μm InGaAlAs-Based DFB Laser With a Ridge Waveguide Structure, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 19, 1500908 (2013)
