第4章 光纤通信技术_2.pdf

第4章 光纤通信技术 4.1 光纤通信概述 4.2 光纤和光缆 44..33 光光源源与与光光检检测测器器 4.4 光端机 4.5 数字光纤通信系统 4.6 同步数字系列(SDH) 4.7 光纤通信新技术 1 4.3 光源与光检测器 光源、光检测器是光发射机、光接收机和光中继 器的关键器件，和光纤一起决定着基本光纤传输系统 的水平。 4.3.1 4.3.1 光源 光源是光发射机的关键器件，其功能是把电信号 转换为光信号。目前光纤通信广泛使用的光源主要有 半导体激光二极管或称激光器(LD)和发光二极管或称 发光管(LED) 。 2 （一）半导体激光器工作原理 半导体激光器产生激光的基本原理是向半导体PN 结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射， 再利用谐振腔的正反馈再利用谐振腔的正反馈，，实现光放大而产生激光振荡实现光放大而产生激光振荡 的。所以讨论激光器工作原理要从受激辐射开始。  1. 受激辐射和粒子数反转分布 有源器件的物理基础是光和物质相互作用的效应。 在物质的原子中，存在许多能级，最低能级E 称为基 1 态，能量比基态大的能级E ( i =2, 3, 4 …)称为激发态。 i 电子在低能级E 的基态和高能级E 的激发态之间的跃 1 2 迁有三种基本方式(见图4-11) ： 3 图4-11 能级和电子跃迁 (a) 受激吸收；(b) 自发辐射；(c) 受激辐射 4 （1）在正常状态下，电子处于低能级E ，在入射光作 1 用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E 上，这种跃 2 迁称为受激吸收。电子跃迁后，在低能级留下相同数目 的空穴的空穴，，见图见图44--11(a)11(a)。。 （2 ）在高能级E 的电子是不稳定的，即使没有外界的 2 作用，也会自动地跃迁到低能级E 上与空穴复合，释放 1 的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射， 见图4-11(b) 。 （3 ）在高能级E 的电子，受到入射光的作用，被迫跃 2 迁到低能级E 上与空穴复合，释放的能量产生光辐射， 1 这种跃迁称为受激辐射，见图4-11(c) 。 5 受激辐射是受激吸收的逆过程。电子在E 和E 两个能 1 2 级之间跃迁，吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满 足波尔定理，即  EE –– E E = = hhff