文档介绍：第 3 章通信用光器件
光源
半导体激光器工作原理和基本结构
半导体激光器的主要特性
分布反馈激光器
发光二极管
半导体光源一般性能和应用
光检测器
光电二极管工作原理
PIN 光电二极管
雪崩光电二极管(APD)
光电二极管一般性能和应用
光无源器件
连接器和接头
光耦合器
光隔离器与光环行器
光调制器
光开关
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第 3 章通信用光器件
通信用光器件可以分为有源器件和无源器件两种类型。
有源器件包括光源、光检测器和光放大器。
光无源器件主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等。
光源
半导体激光器工作原理和基本结构
一、半导体激光器的工作原理
受激辐射和粒子数反转分布
PN结的能带和电子分布
激光振荡和光学谐振腔
二、半导体激光器基本结构
半导体激光器的主要特性
一、发射波长和光谱特性
二、激光束的空间分布
三、转换效率和输出光功率特性
四、频率特性
五、温度特性
分布反馈激光器
一、工作原理
二、DFB激光器的优点
发光二极管
一、工作原理
二、工作特性
半导体光源一般性能和应用
光源
光源是光发射机的关键器件,其功能是把电信号转换为光信号。
目前光纤通信广泛使用的光源主要有半导体激光二极管或称激光器(LD)和发光二极管或称发光管(LED), 有些场合也使用固体激光器。
本节首先介绍半导体激光器(LD)的工作原理、基本结构和主要特性,然后进一步介绍性能更优良的分布反馈激光器(DFB - LD),最后介绍可靠性高、寿命长和价格便宜的发光管(LED)。
光纤通信系统对光源的要求
1、合适的发光波长
2、足够的输出功率
3、可靠性高,寿命长
4、输出效率高
5、光谱宽度窄
6、聚光性好
7、调制方便
8、价格低廉
半导体激光器工作原理和基本结构
半导体激光器是向半导体PN结注入电流, 实现粒子数反转分布,产生受激辐射,再利用谐振腔的正反馈,实现光放大而产生激光振荡的。
受激辐射和粒子数反转分布
有源器件的物理基础是光和物质相互作用的效应。
在物质的原子中,存在许多能级,最低能级E1称为基态,能量比基态大的能级Ei(i=2, 3, 4 …)称为激发态。
电子在低能级E1的基态和高能级E2的激发态之间的跃迁有三种基本方式:受激吸收自发辐射受激辐射()
hf12
初态
E
2
E
1
终态
E
2
E
1
(a) 受激吸收;
能级和电子跃迁
(b) 自发辐射;
hf12
初态
E
2
E
1
终态
E
2
E
1
hf12
初态
E
2
E
1
终态
E
2
E
1
(c) 受激辐射