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第4章光源和光发射机

内容要求4.1概述4.2发光机理4.3半导体激光器4.4波长可调半导体激光器4.5垂直腔表面发射激光器4.6半导体激光器的特性4.7高速光发射机

光纤通信对光源的要求v光源发射的峰值波长，应在光纤低损耗窗口之内;v有足够高的、稳定的输出光功率，以满足系统对光中继段距离的要求;v电光转换效率高，驱动功率低，寿命长，可靠性高;v单色性和方向性好，以减少光纤的材料色散，提高光源和光纤的耦合效率；v易于调制，响应速度快，以利于高速率、大容量数字信号的传输;v强度噪声要小，以提高模拟调制系统的信噪比;v光强对驱动电流的线性要好，以保证有足够多的模拟调制信道。

常用的调制方法

最常用的光源v光纤通信中最常用的光源是:半导体激光器（LD）发光二极管（LED）v尤其是单纵模（或单频）LD，在高速率、大容量的数字光纤系统中得到广泛应用；v近年来逐渐成熟的波长可调谐激光器是多信道WDM光纤通信系统的关键器件，越来越受到人们的关注。

StimulatedEmissionandPhotonAmplificationvLaser=LightAmplificationbyStimulatedEmissionorRadiation,v3featuresofstimulatedemission:(1)1photonin,2photonsout?lightamplification(2)emittedphotoninthesamedirectionastheincomingphoton(3)emittedphotoninphase(coherent)withtheincomingphotonvBesidesstimulatedemission,needtwomoreconditionstomakelasers:(1)populationinversion(2)metastablestate(long-livedstate)-ahigherenergystateinwhiche-canstayforamuchlongertimethaninanordinaryexcitedstate(10-3secvs.10-8sec)vatwo-levelsystemcannotsustainlaser

PrincipleofRubyLaser

CharacteristicsofLaser

半导体激光器的工作原理PopulationInversioninHomojunctionLaserDiodeuDegeneratelydopeddirectbandgapp-njunctiondiode-EEc,EEvFnFpuForwardbiaswitheVEg-populationinversionatthejunctionuincomingphononhv=Eginactiveregion-morelikelytocausestimulatedemissionthanbeingabsorbed-opticalgain

半导体激光器的工作原理

LD的工作原理

4.2.3激光器起振的阈值条件受激发射使腔体增益=腔体损耗

OpticalGainCoefficientuiflightintensitydecreasesalongxduetoabsorption-lightintensity∝exp(-?x),?:absorptioncoef.uiflightintensityincreasesalongx:-lightintensity∝exp(gx)g:opticalgaincoefficient(opticalgainperunitlength)

ThresholdGain?????11=a=a+a=a+gthlncavintmirint2LRRè12

PumpRateandoutputpower

PhaseCondition

多纵模(多频)激光器v谐振腔长度L比波长大很多F-P腔内的纵模数量自由光谱区相应的波长间隔

例题4.2.2激光器光腔越长，模式越多

小结光在谐振腔里建立稳定振荡的条件v在半导体激光器里，由两个起反射镜作用的晶体解理面构成的法布里?珀罗谐振腔，它把光束闭锁在腔体内，使之来回反馈。v当受激发射使腔体得到的