第6光源和光放大器汇编.ppt

光源和光放大器 发光二极管 发光二极管的工作特性 激光器原理 半导体激光器 半导体激光器的工作特性 窄谱宽和可调谐半导体激光器 光放大器 光纤激光器 垂直腔面发射激光器 * 通信用光器件： 光有源器件：需要外加能源驱动工作的光器件。 光无源器件：不需要外加能源驱动工作的光器件。功能：实现系统各组成间信道的互通、分路/和路、复用/解复用、光路转接、波长/频率选择、功率控制、噪声滤除、反向隔离、偏振选择控制等。 * 光有源器件： 光源：半导体激光器（LD） 分布反馈（DFB）激光器 发光二极管（LED） 光检测器： 光电二极管（PD） PIN光电二极管 雪崩光电二极管（APD） 光放大器：掺铒光纤放大器（EDFA） * 光无源器件： 光纤连接器和接头 光耦合器 光隔离器与光环行器 光调制器 光波分复用器/解复用器 光开关 * * 半导体激器 气体激光器 固体激光器 二氧化碳激光器 半导体光源优点： 体积小 效率高 可靠性高 工作波长与光纤低损耗窗口相对应 便于光纤耦合调制速率高 半导体光源： 在注入电流作用下，电子从低能级跃迁到高能态，形成粒子数反转，电子再从高能态跃迁到低能态产生光子而发光。 * 能级理论：原子由原子核和核外沿固定轨道旋转的电子组成；电子在特定的能级中运动，并通过与外界交换能量发生能级跃迁；能级所对应的能量值是离散的。 能带理论——针对半导体材料 价带 导带 * 处于高能态（导带）电子不稳定，向低能态（价带）跃迁，而能量以光子形式释放出来，发射光子的能量hυ等于导带价带能量差，即hυ＝Ec-Ev＝Eg。 发光过程： 自发发射：处于高能态的电子按照一定的概率自发地跃迁到低能态上，并发射一个能量为E2-E1的光子； * 受激发射：处在高能态的电子在外界光场的感应下，发射一个和感应光子一模一样的光子，跃迁到低能态。 * 自发发射 光子随机地向各个方向发射，每次发射没有确定的相位关系— 非相干光。 LED通过自发发射过程发光。 * 受激发射 光子的发射方向、相位、频率都与激发它们的光子相同——相干光。 LD通过受激发射过程发光。 * 半导体的能带： 半导体材料的的能级结构不是分离的能级，而是有一定宽度的带状结构。 价带（能量较低） 导带（能量较高） 禁带 * 能级、费米-狄拉克统计分布和费米能级 由物理学知识知道，物质是由原子构成的，原子又是由原子核及其外围电子来构成，而电子围绕原子核运动只能有某些一定的不连续的轨道。由于沿每个轨道运行时就有一定相应的能量，这些分立的能量值就称为能级。 * 半导体中的电子虽然是作无规则运动，但是，从量子统计学观点来看，电子在不同能级上占据的几率f(E)还是有规律的，他们服从费米-狄拉克统计分布规律。 * * 即 式中，f（E）—— 能量为E的能级被一个电子占据的几率； E —— 某一能级的能量值； k —— 玻耳兹曼常数，k=1.38×10-23J/K(焦耳/开)； T —— 绝对温度； Ef —— 费米能级， 费米能级的物理意义就表示能量为Ef的能级上的一个状态被电子占据的几率等于1/2。