​​​​​​​Chyeguide

Modulation

Engineering Notes: Modulation of Distributed Feedback Laser Diodes and Simulation Programs 

​​​​​​Contents                                                                                                

1. Dynamic Performance of DFB Laser Diodes                                                                                                          4
1.1 Frequency Domain Modulation Response                                                                                                      4
1.2 Time-domain Response                                                                                                                                     5
1.3 Dynamic Models of DFB Laser Diodes                                                                                                            6
References                                                                                                                                                                9
2. Intensity Modulation  Model by Rate Equations                                                                                               11
2.1. Single-Mode Rate Equations                                                                                                                          11
2.2 Small-signal Modulation Response                                                                                                                11
2.3 Photon Lifetime                                                                                                                                                 17
2.4 Relative Intensity Noise (RIN) Spectrum                                                                                                        22
2.5 Extraction of Differential Gain and Nonlinear Gain Coefficient                                                                23
2.6 Design Guideline for High Speed DFB Laser Diodes                                                                                   29
2.7 Time-Domain Response                                                                                                                                   33
References                                                                                                                                                                37
 3. Frequency Modulation (FM) Response                                                                                                                 39
3.1 Frequency Chirp in Frequency Domain                                                                                                          39
3.2 Frequency Chirp in Time Domain                                                                                                                    41
References                                                                                                                                                                 43
4. Dynamic Spectral Line Shape                                                                                                                                 44
4.1 Transient SMSR                                                                                                                                                  44
4.2 Theory of Power Spectrum under Direct Modulation                                                                                 46
References                                                                                                                                                                 55
5. Dynamic Model with Green’s Function Approach                                                                                              56
5.1 Intensity Modulation Response                                                                                                                      56
5.2 FM response                                                                                                                                                       59
5.3 Simplification by Average Carrier Damping                                                                                                  59
 5.4 Transfer Matrix Representation                                                                                                                     60
5.5 Calculation Examples                                                                                                                                       62
References                                                                                                                                                               72
Appendix A: Derivation of Equation (2.37)                                                                                                          72

 Appendix B: Small-Signal Model for Modulation and Noise                                                                                 

with Longitudinal Parameter Distributions                                                                                  75 

 Matlab Programs                                                                                                                                                       93 

                                                                                                                           ​

​Total 110 pages,  32 figures,  14 tables, Matlab programs ~1900 lines