光纤通信系统与网络第3章 .pptx

第3章　光通信器件 3.1　LD和LED 光源 3.2　PIN和APD光检测器 3.3　EDFA光纤放大器 3.4　无源光器件 3.1　LD和LED光源 光源是光发送机的核心器件，作用是把电信号转变成光信号，以便在光纤中传输。光源性能的好坏是保证光纤通信系统稳定可靠工作的关键。半导体光源主要有半导体发光二极管(LED)和半导体激光器(LD)两种。纤通信系统对光源的基本要求有以下几个方面：　（1）光源的发光波长必须和光纤的低损耗波长1.31μm、1.55μm相一致。　（2）光源的输出功率必须足够大，入纤功率为数十微瓦到数毫瓦才能满足一定通信距离的需要。 　（3）光源应具有高度的可靠性，其寿命要在105h以上。否则会因频繁更换器件而降低系统的可靠性。　（4）光源的谱线宽度要窄，这有利于减少光纤的材料色散，增大系统的传输容量。　（5）光电转换效率要高，否则会因效率太低而导致器件发热严重，不仅增加损耗，还会缩短光源的寿命。　（6）光源应便于调制，调制速率应能适应系统的要求。　（7）光源应体积小，重量轻，便于安装和使用。 3.1.1　半导体中光的发射与激射　1.半导体价带、导带、带隙与发光　单晶体中各个原子的最外层轨道是互相重叠的，这样就使分立的能级变成了能带。◆价带：低能带，价带顶的能量记作Ev。 ◆导带：高能级。导带底的能量记作Ec。◆禁带：Eg= Ec-Ev——禁带宽度或带隙，在Ec和Ev之间是不可能有电子的。 正常情况下，电子处于低能级，要想使半导体导电，则高低能级之间因该有电子的移动，所以在价带和导带之间，应该有电子越过禁带进行移动。(3－1) 如果Eg较大，则需要较大的激励能量把价带中的电子激发到导带中去。导带中的一个电子也可以跃迁到价带中去，电子把大约等于禁带宽度Eg的能量释放出来。在辐射跃迁的情况下，释放出一个光子，其频率为h= 6.625×10-34J·s，是普朗克常数，形成半导体发光。不同的半导体单晶体材料的Eg值不同，发光波长也会不同。 　2.半导体掺杂、P型半导体和N型半导体本征半导体： 又叫做Ⅰ型半导体，含杂质和缺陷极少的纯净、完整的半导体。特点：在半导体材料中，导带电子的数目和价带空穴的数目相等。 　　 按照掺杂的不同，可以得到电子型半导体和空穴型半导体材料。◆电子型半导体(N)：通过故意掺杂使导带的电子数目比价带空穴的数目大得多的半导体。◆空穴型半导体(P)：通过故意掺杂使价带空穴的数目比导带电子数目大得多的半导体。 把不同的类型的半导体结合起来，就可以制作成各种半导体器件，当然也包括激光二极管和发光二极管。9、我们的市场行为主要的导向因素，第一个是市场需求的导向，第二个是技术进步的导向，第三大导向是竞争对手的行为导向。10、市场销售中最重要的字就是“问”。11、现今，每个人都在谈论着创意，坦白讲，我害怕我们会假创意之名犯下一切过失。12、在购买时，你可以用任何语言；但在销售时，你必须使用购买者的语言。13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。14、市场营销观念：目标市场，顾客需求，协调市场营销，通过满足消费者需求来创造利润。15、我就像一个厨师，喜欢品尝食物。如果不好吃，我就不要它。16、我总是站在顾客的角度看待即将推出的产品或服务，因为我就是顾客。17、利人为利已的根基，市场营销上老是为自己着想，而不顾及到他人，他人也不会顾及你。　3.半导体P－N结和P－N结光源　P型半导体和N型半导体结合的界面称为P－N结，许多半导体器件（包括半导体激光器件）的核心就是这个P－N结。在P型半导体内有多余的空穴，在N型半导体内有多余的电子，当这两种半导体结合在一起的时候，P区内的空穴向N区扩散，在靠近界面的地方剩下了带负电的离子，N区内的电子向P区扩散，在靠近界面的地方剩下了带正电的离子，这样一来，在界面两侧就形成了带相反电荷的区域，叫做空间电荷区。由这些相反电荷形成一个自建电场，其方向由N区指向P区。由于自建电场的存在，在界面两侧产生了一个电势差VD，这个电势差阻碍空穴和电子进一步扩散，使之最后达到了平衡状态。 图3.1P－N结能带图 　图3.1（a）所示的是半导体能带图。半导体P－N结光源包括半导体发光二极管与半导体激光器。它们都是正向工作器件。当把正向工作电压V加在P－N结上时，抵消了一部分势垒，势垒高度就只剩下了（VD-V）的数值，如图3.1（b）所示。当把足够大的正向电压加在P－N结上时，P区内的空穴大量地注入N区，N区内的电子大量注入P区，这样一来，在P区和N区靠近界面的地方就产生了复合发光。 E2电子光子E1E3.1.2 半导体激光器 半导体激光器是向半导体PN结注入电流， 实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用