光纤通信光源和光发射.ppt

第三章：光源和光发射机第三章：光源和光发射机 光发送机的功能是将来自电发送机的电脉冲信号变换成光光发送机的功能是将来自电发送机的电脉冲信号变换成光脉冲信号，并以光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波脉冲信号，并以光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波形耦合到光源组件的尾纤中。形耦合到光源组件的尾纤中。3.1半导体发光的物理基础半导体发光的物理基础3.2半导体激光器（半导体激光器（LD）（掌握）（掌握）3.3半导体发光二极管（半导体发光二极管（LED）（掌握）（掌握）3.4光源的调制（熟悉）光源的调制（熟悉）3.5光发射机（掌握）光发射机（掌握）主要内容主要内容3.1半导体发光的物理基础半导体发光的物理基础n3.1.1原子的能级和晶体的能带（掌握）原子的能级和晶体的能带（掌握）n3.1.2PN结（掌握）结（掌握）n3.1.3非辐射复合（了解）非辐射复合（了解）n3.1.4半导体材料（了解）半导体材料（了解）3.1.1原子的能级和晶体的能带原子的能级和晶体的能带半导体材料中的电子分布半导体材料中的电子分布能带结构能带结构p47半导体材料的能带结构图半导体材料的能带结构图三种基本跃迁过程三种基本跃迁过程激光激射条件激光激射条件n激光器是指能够产生激光的自激振荡器。受激辐射激光器是指能够产生激光的自激振荡器。受激辐射是产生激光的关键是产生激光的关键。n粒子数反转条件：粒子数反转条件：是使物质产生光放大的必要条件是使物质产生光放大的必要条件n光学谐振腔：建立光反馈，实现光的频率和方向选择光学谐振腔：建立光反馈，实现光的频率和方向选择Laser发射波长发射波长p503.1.2PN结结PN结的形成过程结的形成过程泵浦（正向偏压）下泵浦（正向偏压）下外加电场外加电场同质结同质结异质结异质结P53双异质结的优点双异质结的优点P533.1.3非辐射复合非辐射复合直接带隙和间接带隙半导体材料直接带隙和间接带隙半导体材料内量子效率内量子效率P70（公式（公式2-21）载流子寿命载流子寿命辐射复合辐射复合3.1.4半导体材料：半导体材料：晶格常数匹配晶格常数匹配小结：半导体光源材料的选取小结：半导体光源材料的选取半导体材料的禁带宽度的计算公式半导体材料的禁带宽度的计算公式半导体材料的制备半导体材料的制备3.2半导体激光器半导体激光器半导体激光器的工作条件半导体激光器的工作条件工作物质工作物质泵浦源泵浦源谐振腔谐振腔FP谐振腔谐振腔p54p69nP56多纵模多纵模LDp56p66Bragg反射器反射器p56-57n布喇格发射条件布喇格发射条件（2-172-18）n优点：优点：n易于实现单纵模易于实现单纵模n易于实现窄的光谱线宽易于实现窄的光谱线宽n波长锁定功能波长锁定功能半导体激光器的典型结构半导体激光器的典型结构p59条形条形LDp58激光器的分类（激光器的分类（P58）nFP腔激光器腔激光器n图图2-15：基本结构：基本结构n图图2.16：典型结构：典型结构p59n图图2.17：示意图：示意图p59n图图2.18：商用结构：商用结构n优点：结构简单，易于制作。早期光通信系统中优点：结构简单，易于制作。早期光通信系统中n缺点：多纵模工作模式，直接调制时动态谱展宽明显。缺点：多纵模工作模式，直接调制时动态谱展宽明显。不能满足大容量长距离光纤传输和不能满足大容量长距离光纤传输和WDM系统的需要系统的需要DFB 和DBR 激光器nDFB(distributedfeedback）：靠近有源区的波导层上）：靠近有源区的波导层上沿长度方向生长折射率周期扰动光栅，实现分布反馈沿长度方向生长折射率周期扰动光栅，实现分布反馈DBR激光器激光器n光栅制作在有源波导两外侧的无源波导上，可以避免光栅制作在有源波导两外侧的无源波导上，可以避免制作过程造成的晶格损伤制作过程造成的晶格损伤小结：小结：DFB-LD的优点的优点n与与FP腔激光器相比腔激光器相比：A.A.波长选择性：改变光栅周期，可以改波长选择性：改变光栅周期，可以改变发射波长变发射波长B.B.线宽窄，波长稳定性好线宽窄，波长稳定性好 C.C.动态单纵模动态单纵模D.D.高线性度高线性度E.E.易于集成易于集成量子阱半导体激光器量子阱半导体激光器垂直腔面发射激光器垂直腔面发射激光器VCSEL的特点的特点波长可调谐激光器波长可调谐激光器nWDM、分组交换和光分插复用器是网络重构的重要器件、分组交换和光分插复用器是网络重构的重要器件小结小结-实现单纵模的途径实现单纵模的途径激光器的性能参数激光器的性能参数p65-741.如何获得单纵模？如何获得单纵模？2.如何获得单横模？如何获得单横模？3.激光器阈值电流的测量方法？激光器阈值电流的测量方法？4.内外量子效率的关系？内外量子效率的关系？5.特征温度？特征温度？6.描述光谱特性参量包括哪些？描述光谱特性参量包括哪些？7.哪些参量可以描述激光器的光束哪些参量可以描述激光器的光束特性？特性？纵模和横模纵模和横模p65-66半导体激光器的半导体激光器的P-I特性曲线特性曲线p69特征温度特征温度p72光束特性光束特性n近场和远场分布近场和远场分布n远场远场LEDLEDnLED的的P-I特性（掌握）特性（掌握）nLED的输出光谱分布（掌握）的输出光谱分布（掌握）nLED的典型结构（了解）的典型结构（了解）LED用途用途照明用照明用LED材料的选择材料的选择典型结构LD的优点LED和和LD的调制的调制n直接调制：内调制直接调制：内调制n间接调制：外调制间接调制：外调制LED和和LD的直接调制的直接调制n小信号调制：小信号调制：调制响应平坦无起伏1.没有两个人是一样的；没有两个人是一样的；2.2.一个人不能控制另外一个人；一个人不能控制另外一个人；3.3.有效果比有道理更重要；有效果比有道理更重要；4.4.只有由感官经验塑造出来的世界，没有绝只有由感官经验塑造出来的世界，没有绝对的真实世界；对的真实世界；5.5.沟通的意义决定于对方的回应（自己说什沟通的意义决定于对方的回应（自己说什么不重要，对方接受什么才重要）么不重要，对方接受什么才重要）6.6.重复旧的做法，只会得到旧的结果（只有重复旧的做法，只会得到旧的结果（只有不断地改变做法，才能与其他事物保持理不断地改变做法，才能与其他事物保持理想的关系）；想的关系）；7.7.凡事必有至少三个解决方法（凡事必有至少三个解决方法（只有相信尚有未知的有效只有相信尚有未知的有效方法，才会有机会找到它并使事情改变方法，才会有机会找到它并使事情改变）；）；8.8.每一个人都选择给自己最佳利益的行为（每一个人都选择给自己最佳利益的行为（没有不对的行没有不对的行为，只有在当时环境下没有效果的行为为，只有在当时环境下没有效果的行为）；）；9.9.每个人都已经具备使自己成功快乐的资源（每个人都已经具备使自己成功快乐的资源（所有事情或所有事情或经验里面，正面和负面的意义同时存在，究竟是我们的经验里面，正面和负面的意义同时存在，究竟是我们的绊脚石还是踏脚石，须由自己决定绊脚石还是踏脚石，须由自己决定）；）；10.10.在任何一个系统里，最灵活的部分便是最能影响大局的在任何一个系统里，最灵活的部分便是最能影响大局的部分（部分（灵活就是适应，就是接受。灵活是使事情更快有灵活就是适应，就是接受。灵活是使事情更快有效果的重要因素效果的重要因素）；）；11.11.没有挫败，只有回馈信息（没有挫败，只有回馈信息（“挫败挫败”是把焦点放在过去的是把焦点放在过去的事情上，事情上，“怎样改变做法怎样改变做法”是把焦点放在未来是把焦点放在未来）；）；12.12.动机和情绪总不会错，只是行为没有效果而已动机和情绪总不会错，只是行为没有效果而已激光器的组成和封装激光器的组成和封装P82.