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大信号特性与激光二极管的数字开关有关。首先，我们将演示实现粒子数反转以产生增益所需的延迟时间。对于完全关闭的激光器，载流子寿命将限制调制速率。对于电流脉冲Ip，时间周期td由下式给出：

需要实现粒子数反转以产生增益。IB和Ith是偏置电流和阈值电流，T是载流子的平均寿命。从这个公式可以推断，通过将二极管偏置在激光阈值电流，可以消除时间延迟。我们将在图1中演示这种关系。

图1.系统布局

 

全局参数：比特率为1Gb/s，序列长度为8比特，因此时间窗口为8ns。每比特采样数为512，因此采样率约为500 GHz。因此，默认分辨率约为120 MHz。在图2中，显示了初始电脉冲。

图2.初始电脉冲

 

而在接下来的两幅图中，显示了调制峰值功率电流I=50mA的生成光脉冲。在图3左侧的图中，IB=10mA，低于默认值Ith=33.46mA，在右侧的图中IB=Ith=10mA。在IB=10mA的情况下，当我们取T=Tsp时，根据上述公式，td约为0.6ns。

    图3.生成光脉冲

 当我们将左侧图表中产生的光脉冲与电脉冲进行比较时，我们可以看到光脉冲出现的时间延迟，约为0.6 ns。如果我们将右侧图中产生的光脉冲与电脉冲进行比较，我们会看到时间延迟td约为0。在这两种情况下，都可以看到与之前讨论的公式的预测非常一致。本案例展示了直接调制半导体激光器的大信号特性。显示了实现粒子数反转以产生增益和调制所需的延迟时间。