光纤通信原理-(全套).pptVIP

图5.13 LD的P-I特性 2. 回波损耗 回波损耗(也称反射损耗或反射率)是指从输入端返回的光功率与输入光功率的比值，以分贝表示： 式中：P0为进入输入端的光功率；P1为输入端口接收到的返回光功率。回波损耗与开关的状态有关。 3. 隔离度 隔离度是指两个相隔离输出端口光功率的比值，以分贝来表示。 式中：n、m为开关的两个隔离端口(n≠m) ；Pin是光从i端口输入时n端口的输出光功率，Pim是光从n端口输入时在m端口测得的光功率。 4. 远端串扰 远端串扰是指光开关的接通端口的输出光功率与串入另一端口的输出光功率的比值。 5. 近端串扰 近端串扰是指当其他端口接终端匹配，连接的端口与另一个名义上是隔离的端口的光功率之比。 6. 消光比 消光比是两个端口处于导通和非导通状态的插入损耗之差。 式中：ILnm为n，m端口导通时的插入损耗；ILnm0为n，m端口非导通时的插入损耗。 7. 开关时间 开关时间是指开关端口从某一初始状态转为通或断所需的时间，开关时间从开关上施加或撤去转换能量的时刻算起。 第五章 光源与光发送机 5.1 半导体光源的物理基础 5.2 半导体光源的工作原理 5.3 光源的工作特性 5.4 光 发 送 机 5.5 驱动电路和辅助电路 5.1 半导体光源的物理基础 5.1.1 孤立原子的能级和半导体的能带 1. 孤立原子的能级 原子是由原子核和围绕原子核旋转的电子构成。围绕原子核旋转的电子能量不能任意取值，只能取特定的离散值，这种现象称为电子能量的量子化。 2. 半导体的能带 在大量原子相互靠近形成半导体晶体时，由于半导体晶体内部电子的共有化运动，使孤立原子中离散能级变成能带。 在图5.2中，半导体内部自由运动的电子(简称自由电子)所填充的能带称为导带；价电子所填充的能带称为价带；导带和价带之间不允许电子填充，所以称为禁带，其宽度称为禁带宽度，用Eg表示，单位为电子伏特(eV)。 图5.2 半导体的能带结构 5.1.2 光与物质的相互作用 1. 自发辐射 处于高能级的电子状态是不稳定的，它将自发地从高能级(在半导体晶体中更多是指导带的一个能级)运动(称为跃迁)到低能级(在半导体晶体中更多是指价带的一个能级)与空穴复合，同时释放出一个光子。由于不需要外部激励，所以该过程称为自发辐射。 根据能量守恒定律，自发辐射光子的能量为： hν12=E2-E1 式中：h为普朗克常数，其值为6.626×10-34J·s；ν12为光子的频率；E2为高能级能量；E1为低能级能量。 2. 受激辐射 在外来光子的激励下，电子从高能级跃迁到低能级与空穴复合，同时释放出一个与外来光子同频、同相的光子。由于需要外部激励，所以该过程称为受激辐射。 3. 受激吸收 在外来光子激励下，电子吸收外来光子能量而从低能级跃迁到高能级，变成自由电子。 5.1.3 粒子数反转分布状态 1. 粒子数正常分布状态 在热平衡状态下，高能级上的电子数要少于低能级上电子数。 2. 粒子数反转分布状态 为了使物质发光，就必须使其内部的自发辐射和/或受激辐射几率大于受激吸收的几率，这一点我们已经在介绍光与物质的相互作用过程中提及过。 有多种方法可以实现能级之间的粒子数反转分布状态，这些方法包括光激励方法、电激励方法等。 5.2 半导体光源的工作原理 5.2.1 发光二极管的工作原理 半导体发光二极管(Light-emitting Diode，LED)基本应用GaAlAs和InGaAsP材料，可以覆盖整个光纤通信系统使用波长范围，典型值为0.85μm、1.31μm及1.55μm。 1. 发光二极管的类型结构 按照器件输出光的方式，可以将发光二极管分为三种类型结构：表面发光二极管、边发光二极管及超辐射发光二极管。 2. 发光二极管的工作原理 (1) LED的能带结构 (2) LED的工作原理 LED的工作原理可以归纳如下：当给LED外加合适的正向电压时，Pp结之间的势垒(相对于空穴)和Np结之间的势垒(相对于电子)降低，大量的空穴和电子分别从P区扩散到p区和从N区扩散到p区(由于双异质结构，p区中外来的电子和空穴不会分别扩散到P区和N区)，在有源区形成粒子数反转分布状态，最终克服受激吸收及其他衰减而产生自发辐射的光输出。 5.2.2 激光二极管的工作原理 在结构上，半导体激光二极管(Laser Diode，LD)与其他类型的激光器是相同的，都主要由三部分构成：激励源、工作物质及谐振腔。 1. 激光二极管的类型结构 (1) 常用激光二极管的类型结构 在双异质结构的LD中，通常采用具有横模限制作用的激光二极管结构，这种激光二极管称为条形激光二极管(Stripe Laser Di