光敏二极管和光敏三极管课件.pptVIP

Chapter3:光纤传感系统中的光器件-active1:ErbiumASElightsource2:Fiberlaser3：LED,LD4:Photodetector

1:ErbiumASElightsource?用途：传感系统的光源一些气体的特征吸收谱线

?EDFASE光源的结构及器件选择正向ASE输出反向ASE输出隔离器隔离器WDM正向泵浦残余泵浦EDF图7.1EDFASE光源的基本构成EDFASE光源的输出特性图7.2前向输出ASE与泵浦功率的关系

图7.3后向输出ASE与泵浦功率的关系

图7.4反射镜对前向ASE输出的增强作用图7.5反射镜对后向ASE输出的增强作用

2:Fiberlaser用途：A、作为DTS的光源，可调谐的FL作为FBG的解调光源。

B:本身就是传感器，如DFB-FL

Constructionworkingprinciple

Energytransfer

Upconversionpump

Doublecladdingpump

光纤激光器的组成

光纤激光器的性能指标：

3：LED,LD用途1：直接作为传感器的光源

用途2：LD可作为ASE、FL的泵浦正向ASE输出反向ASE输出隔离器隔离器WDM正向泵浦残余泵浦EDF问题：用LD泵浦比其他光源泵浦有何优点？

发光机理：(a)直接带隙半导体(b)间接带隙半导体

波尔兹曼分布粒子数反转

器件的外形：

ELED的结构

SLED的结构

注入电流解理面解理面有源区LR2R1增益介质z=Lz=0

驱动电流增大→→832830828826824832830828826824832830828826824

LED的数字调制(a)及模拟调制(b)问题：固体激光器如何调制？

光源非线性谐波的产生

FP-LD的增益曲线(a)腔模(b)及输出的纵模(c)

LD的多模(a)及单模(b)输出谱

商用产品的数据表单

LD、LED与光纤的耦合在光发射机中，光源发出的光信号要送入光纤中去，这就涉及到光源与光纤的耦合问题，如下图。光源与光纤的耦合效率与光源的类型和光纤的类型有关。一般说来，LD与单模光纤的耦合效率可以达到30%~50%，LED与单模光纤的耦合效率非常低，只有百分之几甚至更小。光源与光纤耦合示意图

影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。发散角大，耦合效率低；数值孔径大，耦合效率高。此外，光源发光面和光纤端面的尺寸、形状及两者之间的距离都会影响到耦合效率。光源与光纤的耦合一般采用两种方法，即直接耦合与透镜耦合。直接耦合是将光纤端面直接对准光源发光面进行耦合的方法。当光源发光面积大于纤芯面积时，这是一种有效的方法。这种直接耦合的方法结构简单，但耦合效率低。

当光源发光面积小于纤芯面积时，可在光源与光纤之间放置透镜，使更多的发散光线会聚进入光纤来提高耦合效率，如下图。面发光二极管与光纤的透镜耦合(a)光纤端部做成球透镜、(b)采用截头透镜、4.31(c)采用集成微透镜

对于发散光束非对称的边发光二极管和半导体激光器可以利用圆柱透镜的方法，如下图(a)、(b)所示。或者利用大数值孔径的自聚焦透镜（GRIN），其耦合效率可以提高到60%，甚至更高。单模光纤和半导体激光器的耦合可以采用如下图(c)所示自聚焦透镜或者在光纤端面用电弧放电形成半球透镜的方法。光源与光纤的透镜耦合

4、光电探测器利用物质在光的照射下电导性能改变或产生电动势的光电器件光电探测器，常见的有光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。一、光敏电阻光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，其工作原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。优点：灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重量轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等。不足：需要外部电源，有电流时会发热。

1.光敏电阻的工作原理和结构当光照射到光电导体上时，若光电导体为本征半导体材料，而且光辐射能量又足够强，光导材料价带上的电子将激发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光导体的电导率变大。为实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光导体材料的禁带宽度E，即ghν==≥E(eV)g式中ν和λ—入射光的频率和波长。一种光电导体，存在一个照射光的波长限λ，只有C波长小于λ的光照射在光电导体上，才能产生电子在能级间的跃迁，从而使光电导体电导率增加。C

光敏电阻的结构如图所示。管芯是一块安装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。光导体吸收光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层，虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去，但扩散深度有限，因此光电导体一电极引线般都做成薄层。为了获得高的灵敏度，光引线敏电阻的电极一般采绝缘衬低光导