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第3章激光器及光发射机.ppt

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第3章激光器及光发射机.ppt

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文档介绍

文档介绍:第3章激光器及光发射机
现在学****的是第1页,共59页
激光器及光发射机
光纤通信原理第三章
现在学****的是第2页,共59页
光源
调制器
驱动电路
放大器
光电二极管
判决器
光纤
学****的是第14页,共59页
3. 振荡条件
当增益超过由部分反射和散射等多种因素引起的总损耗,经过谐振腔的选频作用,特定频率的光波在谐振腔内积累能量并通过反射镜射出,形成激光(相干光)。
振幅条件
相位条件:
n-有源层折射率;L-腔长
m-任意整数;-波长
满足相位条件的频率有无限多个,只有那些在谱线中心附近的频率才能满足振荡条件,所以激光器的振荡频率只能取有限个分立值。
现在学****的是第15页,共59页
Modes produced in a Typical Fabry-Perot Laser
Spectral width and Linewidth at FWHM (Full Width Half Maximum)
现在学****的是第16页,共59页
Output spectrum changes as power is applied
Typical mode hopping behavior
F-P LD在高速调制下,或在温度和注入电流变化时,不再维持原激射模式,而会出现模式跳跃和谱线展宽,这对高速应用很不利。为了维持单模,减小光谱展宽,需研究动态单模激光器DFB LD及DBR LD(光纤通信最有前途的实用化器件)
现在学****的是第17页,共59页
F-P LD的结构
很难将光导引到光纤
增益导引半导体激光器:沿激光长度方向放置一个窄的条形电极,将注入电流限制在一个窄条里。
缺点:光功率增大时,光斑尺寸不稳定,模式稳定性亦不高。
折射率导引半导体激光器,引入折射率差。结构简单,制造工艺不太复杂,辐射光空间分布稳定性高,被大多数光波系统使用。
现在学****的是第18页,共59页
分布反馈激光器DFB LD
DFB LD同F-P LD的主要区别:DFB LD没有集总的谐振腔反射镜,它的反射机构是由有源区波导上的Bragg光栅提供的。
分布式反馈 非常好的单***和方向性
现在学****的是第19页,共59页
DFB LD基本工作原理
在有源区介质表面上使用全息光刻法做成周期性的波纹形状。
用泵浦(光泵浦或电泵浦)激发,造成足够的粒子数反转,具备增益条件
只有波长满足“Bragg反射条件”的光波才能在介质中来回反射,得到不断的加强和增长。
DFB LD已成为中长距离光纤通信应用的主要激光器
现在学****的是第20页,共59页
分布Bragg反射型激光器DBR LD
DBR LD的周期性沟槽不在有源波导表面上,而是在有源层波导两外侧的无源波导层上,这两个无源的光栅波导充当Bragg反射镜的作用。由于有源波导的增益特性和无源周期波导的Bragg发射,只有在Bragg频率附近的光波才能满足振荡条件,从而发射出激光。
GaAs/AlGaAs DBR激光二极管
现在学****的是第21页,共59页
量子阱激光器QW LD
特点:
低阈值电流
高输出功率
窄线宽
频率啁啾改善
调制速率高
有源区厚度薄1~10nm(FP腔100~200nm)
周期结构,将窄带隙的很薄的有源区夹在宽带隙的半导体材料之间,形成势能阱
多个势能阱--多量子阱(MQW),单个势能阱--单量子阱(SQW)
现在学****的是第22页,共59页
垂直腔面发射激光器VCSEL
Vertical Cavity Surface Emitting Laser
垂直于衬底方向出光的面发射激光器
优点:
发光效率高(850nm的VCSEL,)
工作阈值极低(工作电流5~15mA,简化了驱动电路的设计)
可单纵模也可多纵模工作(应用于以多模光纤为传输媒介底
局域网中或VSR)
调制速率高
寿命长(Honeywell进行了可靠性实验)
价格低、产量高
现在学****的是第23页,共59页
可任意配置高密度二维激光阵列。
二维激光器阵列
现在学****的是第24页,共59页
第三章 激光器及光发射机
半导体激光器
法布里-珀罗型激光器F-P LD
分布反馈激光器DFB LD
分布Bragg反射型激光器DBR LD
量子阱激光器QW LD
垂直腔面发射激光器VCS