Y11T272 回复一个留言，关于激光器纵模、单模、平均光功率
有一个小伙伴给我同事留言了两段话，应该是针对我某一篇文字中有关激光器的叙述，小伙伴认为不准确。
可但是吧，我总有一种小伙伴是其他领域的激光器专家的感觉，因为我俩人没有直接聊天，技术讨论么，我先写写我的观点，大家再一起讨论吧。
小伙伴的话
更正一下，单纵模指的是激光器的线宽，光通信领域，一般线宽<1MHZ就称之为单模。
平均光功率: 有些领域指的是激光器线宽内，对各波长的功率求积分之后，再算单一波长的平均功率。
SMSR更多是指......，别一个激光器类弄出两个中心波长来。
我先说自己的观点。
“平均光功率: 有些领域指的是激光器线宽内，对各波长的功率求积分之后，再算单一波长的平均功率。”
匡：我的名字“光通信女人”，经常提到的平均光功率在缺省前提的情况下，默认是指“光纤通信领域”中带有调制信号的平均光功率。
光通信包括了空间光通信和光纤为通信介质的光波导通信，我的光纤通信领域指的的后者，也就是“光纤为通信介质的光波导通信”。
其他领域不熟悉，感谢小伙伴，我又学到了新的知识点。
“单纵模指的是激光器的线宽”
匡：线宽是标定纵模宽度范围的一个参数，我的理解是单纵模可以用线宽来标定，也可以用光谱宽度来标定，稍后我会给出光通信标准中的一些示例。
单纵模≠线宽，线宽或谱宽可以描述单个纵模的特性。
光通信行业，相干通信的从业者喜欢用线宽来表达纵模特性，而以太网、PON、无线基站接入等场景的，更多使用谱宽来描述单个纵模的特性，比如单纵模DFB或EML等激光器，用-20dB谱宽来做定义。
“一般线宽<1MHZ就称之为单模”
匡：线宽/谱宽等参数描述的是纵模特性，而光纤通信的单模，其实是指横模模式。
在光通信行业，甚至会有单模激光器的“多纵模”类型。稍后我给出标准截图。
“SMSR更多是指......，别一个激光器类弄出两个中心波长来”
匡：SMSR是边模抑制比，这个参数在标准里有明确定义。一个激光器有两个中心波长，光纤通信模块里常见的DFB激光器，如果是均匀光栅，会出现理论上的“双”纵模，所以需要抑制其中一个纵模，或者采用非均匀光栅如相移光栅、周期节距光栅等设计实现理论上的“单纵模”。
先说光纤通信的“单模”。光纤通信其中一个标准，IEEE 2022版本的802.3，在2692有一个典型的单模通信的多纵模案例。
这个表格里，有平均光功率，单模，以及光谱宽度这几个值。
我们常说的单模，其实是光的横向模式是否单一，也就是在光传输方向（纵向）的横截面的光场强度的分布。
横截面的光场是可以通过仪表看见的。
咱们光纤通信的理论鼻祖，是1966年高锟院士发表的那篇著名论文，里边就提到通过“光斑分析仪”，去观察光的模式，单模通信的“单”模是指横模。
在光纤通信用到的半导体激光器，有边发射类型，也有面发射类型，大多数边发射设计为单模，面发射（如VCSEL）通常用于多模通信。
对于常用的边发射的单模结构，是通过波导结构的设计来实现的，如常见的下图的RWG结构，还有BH结构等等。
比如FP单模激光器，横模是单模，而纵模是多纵模。
接着聊多纵模与单纵模，光纤通信里有使用线宽来做标定的，也有使用谱宽来做标定的。
光是电磁波，有波长特性，也有频率特性，频率x波长=光速，也就是频率与波长是可以换算的。
所谓的线宽，是指激光器输出纵模频率的范围，也就是纵模“宽度”用频率来标定。
所谓的谱宽，是指激光器输出中心波长的范围，
也就是纵模“宽度”用波长来标定
线宽与谱宽，是可以换算的。
IEC61280-1-3标准，是光纤通信中对于中心波长、光谱宽度及附加光谱特性的测量标准。这里边就有很多用谱宽来标定激光器纵模参数。
其中，多纵模MLM的FP激光器用RMS谱宽来标定，
单纵模与-3dB谱宽，或-20dB谱宽来做标定，咱们的光纤通信的DFB、EML非常常见-20dB谱宽这个参数。
谱宽和线宽的换算关系。
用谱宽还是用线宽，本质上是看应用领域选择哪个方式更简洁方便，而已。
再来看SMSR的定义。还是IEC61280-1-3的第15页。
我画个示意图，就是最大的中心波长的峰值与最大边模的功率比例。
一个激光器有没有两个纵模？
看一个课本的描述，咱们光模块里做DFB激光器的，用DFB激光器的，看到太多所谓的双纵模了。
DFB里边的光栅，刻蚀均匀光栅成本更低，但会出现两个理论激射波长，所以需要去挑选。
光栅是“高低高低”的折射率分布。可实际上，高低高低的分布，与低高低高的分布，是无法在半导体激光器芯片里区分的，相移光栅就是为了实现真正的单纵模输出而设计的。周期节距光栅是相移光栅的升级版本。
由于均匀光栅设计的DFB，需要抑制一个纵模，并挑选出符合单纵模输出的激光器，就会导致芯片的出产良率降低。
产业里华为、Macom等公司设计的双波导（两个波导的长度不一样）激光器，就是为了提高均匀光栅设计的DFB激光器的单纵模的芯片产出率。
最后再写一下平均光功率，咱们的通信，就存在编码格式，有NRZ、PAM4、QPSK、16QAM等等等等。
我们光纤通信的平均光功率，很多时候指的是信号调制下不同强度的信号的平均光功率，而非其他。
