光波导理论基础（第2版）10有源光器件.pptx

光波导理论基础 李淑凤 李成仁 内容 第1章 电磁场理论 第2章 几何光学 第3章 光波导几何分析 第4章 薄膜波导模式理论 第5章 三维光波导 第6章 光纤模式理论 第7章 电磁场分析的有限元法 第8章 模式耦合理论 第9章 无源光器件 第10章 有源光器件 第11章 光子晶体波导 第12章 光波导的制备 光波导器件的分类 无源光波导器件 有源光波导器件 不具备能量转换功能的器件，特别是对光波呈现静态特性的器件，也就是对那些不具备利用外部信号控制光波功能的器件称为无源器件（passive device） 对光波具有动态控制功能的器件称为有源器件（functional device, active device） 光路变换器、分配器、波分复用/解复用器、波导光栅、耦合器、传感器、谐振器、偏振器、透镜等 光波导放大器、光波导调制器、半导体激光器等 10.1 光波导放大器 10.2 光波导调制器 10.1 光波导放大器 10.1.1 概述 光纤的损耗谱特性 为什么采用光放大器？ (Optical Amplifier，OA) S波段 1460nm-1530nm C波段 1530nm-1565nm L波段 1565nm-1625nm 当前各国光纤通信大都运用在 C与 L波段 普通光纤0.2 dB/km 超低损耗光纤0.16 dB/km 10.1 光波导放大器 10.1.1 概述 最终限制光纤通信系统的是带宽和损耗 模拟光纤通信系统 成本非常高，且可能带来附加噪声！ 光信号转换成电信号 电信号 放大 电信号 调制光源 光纤传输 全光放大! 光-电-光中继转换使传输速率和传输带宽受到限制—电子瓶颈效应 10.1 光波导放大器 10.1.1 概述 An optical amplifier is a device which amplifies the optical signal directly without ever changing it to electricity. The light itself is amplified. 基本原理 10.1 光波导放大器 10.1.1 概述 分类 Amplifiers can be built in optical waveguides: EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifiers (1550nm) SRFA: Stimulated Raman Fiber Amplifiers (1270-1670nm) EDWA: Erbium Doped Waveguide Amplifiers(1550nm) Amplifiers can be built in semiconductor: SOA：Semiconductor Optical Amplifiers Almost any semiconductor laser can be made into an amplifier with a few modifications. 10.1 光波导放大器 10.1.1 概述 掺铒(Er3+)光放大器可以实现波长在1550nm附近光的光放大 其它波长光放大器 掺镨(Pr3+)光放大器可实现波长在1310nm附近的光放大； 掺铥(Tm3+)光放大器(810 nm)； 掺钕(Nd3+)光纤放大器(1300 nm)等等。 10.1 光波导放大器 10.1.1 概述 光路与应用 EDFA EDWA 10.1 光波导放大器 10.1.2 铒离子的光谱特性 Er3+能级结构 图10.3 铒离子斯塔克能级分裂图 (Energy Levels of Erbium Ion) 稀土元素铒(Er)： ⅢB族、镧系 原子序数68 Er原子的电子排布为[Kr]4d104f12 5s25p6 6s2容易失去2个6s电子和一个4f电子形成Er3+ 未满壳层的4f电子决定了Er3+的光电特性。 Er3+: [Kr]4d10 4f 11 5s25p6 10.1 光波导放大器 10.1.2 铒离子的光谱特性 Er3+发射光谱 图10.4 铒离子发射谱 光纤通信C、L波段 谱线宽30-50nm 其它波段光致发光谱 10.1 光波导放大器 10.1.2 铒离子的光谱特性 泵浦源 光致发光(PL) 电致发光(EL) 热发光 化学发光等 使用半导体激光器泵浦源是EDFA和EDWA实用化的前提。 光致发光泵浦源: 520nm(氩离子激光器输出波长)、650nm(染料激光器)