第3章光源与光发送机祥解.ppt

Chapter 3光源与光发送机 光源的物理基础 半导体发光二极管、激光器原理 半导体发光二极管、激光器原理外部特性 发射系统 重点：理解掌握光源的概念及其在光纤通信系统中作用；激光器的发光机理；发光二极管（LED）、半导体激光器(LD）工作原理及其主要特性 光纤通信对光源的要求 小辐射角、出纤功率大 窄谱宽 调制线性好 机械稳定性高 体积小、寿命长（100万小时） 常规光源 DFB-LD DFB-LD不是靠F-P腔实现激光谐振而是依靠布拉格光栅实现单纵模振荡。 特点 DBR-LD LD physical Structure Laser diode Structure Laser Package 3.4 半导体激光器的工作特性 P-I 特性 直接调制特性 光束的辐射特性与方向性 噪声特性 LD 等效电路 为什么数字系统LD也需要偏置电流 图3.4.8 GaAs-LD直流光输出谱特性 图3.4.9 脉冲持续期内的动态谱特性 图3.4.10 FP-LD在不同调制指数下的微波调制特性 LED与LD的特性： 图3.5.1 光发送机框图 图3.5.9 LD无偏置(a)及有偏置(b)时脉冲瞬态波形及光谱 发光二极管的模拟调制 (a) 模拟调制原理； (b) 简单的模拟调制电路 P O I B I LD模拟调制原理 数字调制原理 (a) LED数字调制原理； (b) LD数字调制原理 P O I ( a ) P O I B I I m ( b ) 图3.5.4 LED模拟驱动电路 图3.5.5 有预失真校正电路的发送机框图 3.3 半导体激光器工作原理与结构 主要有：条形LD 条形激光器 DFB-LD 分布反馈激光器 MQW-LD 多量子井激光器 受激发射：输入hf，输出2hf——是相干光源 半导体与空气的解理面构成F-P腔——激光器谐振腔： 产生激光振荡 L 反射镜 反射镜 3.3.1 半导体激光器的工作原理 有源区 0 n 同理： 其中： 输出光功率： 其中： 当 时，透射功率为100%，此时激光器发生谐振。 半功率线宽： FP精细度： （2）相位条件：两反射镜间距是半波长的整数倍 ，即 谐振波长间距（自由光谱区）： R3 R2 R1 1.0 （1）粒子数反转：LD正向偏置，使高能级上的粒子数 远大于低能级上的粒子数，即 ； 激光器产生激光的条件： （3）振幅（阈值）条件： 腔内传播信号光功率沿传输途径： 一个反射来回光功率的增益： 激光震荡的阈值增益条件（振幅条件）： L 反射镜 反射镜 光约束因子 损耗系数 g增益系数 例题：3.3.1 p96 谱宽 谱宽 谐振腔模 激光器增益曲线 多模激光器光谱曲线 线宽 半导体激光器的光谱特性： 问题： 怎样从光谐振腔的角度，来实现单模激光器？ LED的光谱特性是怎样的？ 图3.2.5(b) p89 有 源 层 AR AR ?/4相移 电流注入 单纵模线宽MHZ量级 光谱稳定 0.08nm/0C 频率啁啾 ~250MHz/mA 4. 输出光强大小 ~100mW （分布反馈激光器） 3.3.2 半导体激光器的结构 有 源 层 电流注入 在有源区的两 端制备 Bragg 光栅反射器形成激光谐振腔。 其光电特性与 DFB-LD相近。 （分布布拉格反射激光器） ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? PIN 基片 LD Chip 热敏电阻 TE致冷器 频响特性 电光延迟 调制谱特性 Chirp (动态线宽加宽） 3.4.1 P-I 特性 V-I特性 输出光功率（mW） 端电压（V） 0 20 40 60 80 100 0 2 4 6 8 0 1 2 3 ?P ?I Ith ?V ?I 导通电压： 导通时,LD管压降接近常数 LD 的等效电阻：5? 导通时LD管压降： IRs e Eg V + = / V e E g 2 . 1 ~ 8 . 0