第二章 主動鎖模雷射理論
3.4 改善約分諧波鎖模之脈衝不等高性的方法
利用約分諧波鎖模來提高脈衝重複率的這個方法有很麻煩的問 題，就是當脈衝重複率提高 3 倍以上(包含 3 倍)，脈衝振幅會產生不 等高性，而這個問題會導致應用上很困難，所以我們提供一些方法來 改善脈衝的不穩定性，而文獻上有利用幾種方法來達到這個目的，一 種方法是在整個架構內加入一個偏振片跟兩個極化控制器［1］，還有 是外加 OTDL (Optical tunable delay line)［2］等方法，這些方 法都必須加入額外的元件跟機制才能達到此目的(脈衝等高)。我們此 節要講的是另一個方法，這個方法不必加入其他元件就可以達成這個 目的,內容敘述如下:
一般來講，我們利用 AM 調變器來鎖模時都是把直流偏壓(DC bias) 加在
V
π(線性區域)上，而現在我們改變偏壓位置如圖 3-34 所示，隨 約分諧波鎖模不同的倍率去調整調變器的偏壓位置，發現可以改變脈 衝的振幅，所以我們可以利用這個性質來改善為提高脈衝重複率而利 用約分諧波鎖模(當倍率在 3 倍以上包含 3 倍)所產生的脈衝振幅的不 等高性。圖 3-34 AM 調變器的偏壓與穿透係數關係圖
實驗上我們針對調變頻率分別約為 2GHz、5GHz,而約分諧波鎖模 鎖 3 倍、4 倍這兩種情形來進行改善。首先對調變頻率約為 2GHz 約 分諧波鎖模鎖 3 倍的情形來看，當調變器的 DC bias 調整成 2.1V 的 時候，發現原本如圖 3-24 所示振幅最低的脈衝有振幅上升的現象，
而原本振幅最高的脈衝則有振幅降低的現象，但振幅高度中等的那根 脈衝幾乎沒有變化，如此一來，使得 3 根脈衝的振幅高度與原本 DC bias 在 6.8V 時的情形(圖 3-24) (3 根高度都相差很大)相比改善很 多，如圖 3-35(如前面幾節一樣分成順時情形跟平均情形兩種)所示，
而在 RF 頻譜上的 SMSR 值也再次提高到 28dB，如圖 3-36 所示(如上 節所述分為兩種情形來看)。
圖 3-35 (A) 圖 3-35 (B)
圖 3-35 P=3,6GHz 之脈衝重複率其調變器 DC bias 為 2.11V 時在示 波器上的情形
(A) (B)
圖 3-36 P=3,6G 之脈衝重複率其調變器 DC bias 為 2.11V 時的 RF spectrum
再來是考慮 2GHz 而約分諧波鎖模鎖 4 倍的情形，當調變器的 DC bias 在 3.4V(
V
π/2)的位置上時，原本振幅最低的兩根脈衝其振幅有 上升的現象，而原本振幅最高的兩根脈衝反而有振幅下降的的現 象,，可以從圖 3-25 所示，如此一來，使得 8GHz 的脈衝序列其 4 根 脈衝的振幅高度與原本 DC bias 在 6.8V 時的情形(4 根高度都相差很 大)相比改善很多，如圖 3-37(如前面幾節一樣分成順時情形跟平均 情形兩種)所示，而在 RF 頻譜上的 SMSR 值也再次提高到 21dB，如圖 3-38 所示(如上節所述分為兩種情形來看)。(A) (B)
圖 3-37 P=4,8GHz 之脈衝重複率其調變器 DC bias 為 3.4V 時在示波 器上的情形
(A) (B)
圖 3-38 P=4,8G 之脈衝重複率其調變器 DC bias 為 3.4V 時的 RF spectrum
接下來換考慮調變頻率為 5GHz 時候的情形，首先考慮約分諧波 鎖模鎖 3 倍時候的情形，當調變器的 DC bias 調整成 2.1V 的時候，
發現原本如圖 3-30 所示振幅最低的脈衝有振幅上升的現象，而原本 振幅最高的脈衝則有振幅降低的現象，但振幅高度中等的那根脈衝幾 乎沒有變化，這跟調變頻率約為 2GHz 而約分諧波鎖模鎖 3 倍的情形 差不多，如此一來,使得 3 根脈衝的振幅高度與原本 DC bias 在 6.8V 時的情形(圖 3-30) (3 根高度都相差很大)相比改善很多，如圖 3-39(如前面幾節一樣分成順時情形跟平均情形兩種)所示，而在 RF 頻譜上的 SMSR 值也再次提高到 27dB,如圖 3-40 所示(如上節所述分
為兩種情形來看)。
(A) (B)
圖 3-39 P=3,15GHz 之脈衝重複率其調變器 DC bias 為 2.1V 時在示波 器上的情形
(A) (B)
圖 3-40 P=3,15G 之脈衝重複率其調變器 DC bias 為 2.1V 時的 RF spectrum
同樣的狀況下考慮調變頻率約為 5GHz 而約分諧波鎖模鎖 4 倍的 情形，當調變器的 DC bias 在 3.4V(
V
π/2)的位置上時，原本振幅最 低的兩根脈衝其振幅有上升的現象，而原本振幅最高的兩根脈衝反而 有振幅下降的的現象，可以從圖 3-31 所示，這跟調變頻率約為 2GHz 而約分諧波鎖模鎖 4 倍的情形差不多，如此一來，使得 20GHz 的脈衝 序列其 4 根脈衝的振幅高度與原本 DC bias 在 6.8V 時的情形(4 根高 度都相差很大)相比改善很多，如圖 3-41(如前面幾節一樣分成順時 情形跟平均情形兩種)所示，而在 RF 頻譜上的 SMSR 值也再次提高到 24dB，如圖 3-42 所示(如上節所述分為兩種情形來看)。(A) (B)
圖 3-41 P=4,20GHz 之脈衝重複率其調變器 DC bias 為 3.4V 時在示波 器上的情形
(A) (B)
圖 3-42 P=4,20G 之脈衝重複率其調變器 DC bias 為 3.4V 時的 RF spectrum
從上面實驗結果知道，我們僅僅只改變 AM 調變器的 DC bias 就 可以改善因約分諧波鎖模所造成的脈衝不等高性，而不必依賴外加其 他元件就可以達到這個目的，如此一來我們可以利用約分諧波鎖模來 提高脈衝重複率的同時也可以藉改變 AM 調變器的 DC bias 來改善其 脈衝不等高性。