光与物质作用的特性构成的光器件的发展.doc

光与物质作用的特性构成的光器件的发展 摘 要 光器件是构成光纤通信系统和网络重要而关键的组成部分，尽管全球经济增长减缓，因特网（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）和电信业有待复苏，但对光器件研究和开发的步伐并没有停止。本文以光与物质作用的特性构成的光器件的发展为主线，主要讨论几种有源光器件的发展过程。如发光器件（LD、LED等）的发展过程、光敏器件（PD、PIN、APD等）的发展过程、光放大器的发展过程，并对以上几种光器件的特点进行对比。 关键词 光器件 发展 .光有源器件 光有源器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件，是光传输系统的心脏。将电信号转换成光信号的器件称为光源，主要有半导体发光二极管（LED）和激光二极管（LD）。将光信号转换成电信号的器件称为光检测器，主要有光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。 近年来，光纤放大器成为光有源器件的新秀，当前大量应用的是掺铒光纤放大器（EDFA），正在研究并很有应用前景的是拉曼光放大器。 .发光器件 发光器件主要包括半导体激光器(LD)和发光二极管（LED）。 半导体激光器（LD） 半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件.其工作原理是，通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式，光泵式和高能电子束激励式.电注入式半导体激光器，一般是由GaAS(砷化镓),InAS（砷化铟），Insb（锑化铟）等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。光泵式半导体激光器，一般用N型或P型半导体单晶（如GaAS,InAs,InSb等）做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励。高能电子束激励式半导体激光器，一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。在半导体激光器件中，目前性能较好，应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。 与其它激光器相比较,半导体激光器的主要特点是体积小、重量轻、功率转换效率高；可以通过改变温度、掺杂量、磁场、压力等实现调谐。其缺点是激光的发散角较大,单色性较差,输出功率亦较小。 发光二极管（LED） LED（Light?Emitting?Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。 半导体发光二极管（LED）是利用外电源向PN结注入电子来发光的。半导体发光二极管是由P型半导体形成的P层和N型半导体形成的N层，以及中间的由双异质结构成的有源层组成。有源层是发光区，其厚度为0.1～0.2μm左右。 半导体发光二极管无谐振腔。所以，所发出的光不是激光，而是荧光。LED是外加正向电压工作的器件。在正向偏压作用下，N区的电子将向正方向扩散，进入有源层，P区的空穴也将向负方向扩散，进入有源层。进入有源层的电子和空穴由于异质结势垒的作用，而被封闭在有源层内，就形成了粒子数反转分布。这些在有源层内粒子数反转分布的电子，经跃迁与空穴复合时，将产生自发辐射光。 LED有很多优点。在低压、小电流下工作,功耗小、体积小、可直接与固体电路连接使用；稳定、可靠、寿命长；调制方便，通过调制LED的电流来调制光输出;光输出响应速度比较快；价格便宜。 应用 LED可用作指示灯、文字-数字显示、光耦合器件、光通信系统光源等。 .光敏器件 光敏器件主要包括光电二极管(PD),PIN光电二极管（PIN），以及雪崩光电二极管（APD）。 光电二极管（PD） 光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。 普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱