三章光器件.PDF

光 纤 通 信 Abright Optic Tech. 电子科技大学 光电信息学院 光纤通信课程组 第三章 光器件 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。 第三章 光器件 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 ） 第三章 光器件 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 第三章 光器件 本章内容： 3.1 光电器件一般工作原理 3.2 发光二极管 3.3 半导体激光器 3.4 光电二极管 3.5 光无源器件 3.1 光电器件一般工作原理 半导体光源和光检测器优点： 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。 半导体光检测器：注入光作用下，电子从低能态跃迁 到高能态，并在外加电场作用下形成光生电流。 3.1.1 光发射与光吸收 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 3.1.1 光发射与光吸收 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＝E -E ＝E 。 c v g 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。 3.1.1 光发射与光吸收 自发发射 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 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。 关系—— 非相干光。 LED通过自发发射过程发光。 LED通过自发发射过程发光。 受激发射 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 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。 同——