光纤通信系统第2版 教学课件 ppt 作者 李履信 沈建华 第三章 光源和光发送机.pdf

光纤通信系统 第三章光源和光发送机 在光纤通信系统中，光发送机的作用是将由数字 复用设备来的电信号转换成相应的光信号，并将光信 号耦合进光纤后进行传输。光发送机的核心部件是光 源。目前，光纤通信系统均采用半导体激光二极管 （LD）和发光二极管（LED）作为光源。这类光源的 特点是体积小，与光纤之间的耦合效率高，响应速度 快，可以在较高速率条件下进行直接强度调制。 本章着重介绍半导体激光二极管和发光二极管的 工作原理和特性，以及光发送机的工作原理。 2 第三章光源和光发送机 3.1 半导体激光器和发光二极管 3.2 光源调制 3.3 光发送机 3 1. 激光的产生及其物理基础 自然界中的一切物质都是由原子组成。不同物质的原 子各不相同。原子由一个带正电荷的原子核和若干个带负 电荷的电子组成。围绕原子核作轨道运动的电子的运动轨 道不是连续可变的，电子只能沿着某些可能的轨道绕核运 转，而不能具有任意的轨道。但可以在外界作用下，从一 个轨道跳到另一个轨道，这种过程称为跃迁。 由于电子轨道与轨道之间是不连续的，并且每一轨道 具有确定的能量。它的能量也是不连续的，离核较近的轨 道对应的能量较小，离核较远的轨道所对应的能量较大， 原子的这一内部能量值称为原子的一个能级。通常我们用 若干水平线来表示电子所处的状态，这就是所谓的能级图。 4 图3-1 能级图 E E2 （激发态） E1 （基态） 5 跃迁 如果原子中的两个能级满足一定的条件，则可能出现 下述情况： 一个处于高能级E2 的电子子，发射一个能量为E ＝hf ＝E —E 的光子，结果这个电子回到低能级E 。 2 1 1 一个处于低能级E 的电子，从外界吸收一个能量为E 1 ＝hf =E —E 的光子，结果这个电子被激发到高能级E 。 2 1 2 这种电子由于发射或吸收光子而从一个能级改变到另 一个能级称为辐射跃迁。但原子发射或吸收光子，只能出 现在某些特定的能级之间。 6 受激吸收和受激辐射 当处于低能级E1 的电子，受到光子能量恰好为E ＝hf ＝E2 －E1 的外来入射光的照射时，电子吸收一个这种光 子，而跃迁到高能级E2 ，这称为光的受激吸收，如图3- 2(a)所示。 当处于高能级E2 的电子，在受到光子能量恰好为E ＝ hf ＝E2 －E1 的外来入射光的照射时，电子在入射光子的刺 激下，跃迁回到低能级E1 ，而且辐射出一个与入射光子有 相同频率、相同相位和相同传播方向的光子，这种类型的 跃迁称为受激跃迁，其辐射称为受激辐射。 7 图3-