第3章2010 光源与光检测器.ppt

3.7 DFB和DBR激光器 3.8 调谐激光器 3.9 其他类型的激光器 3.10 激光器组件 3.11 半导体LED 3.12 光检测器 3.13 PIN 3.14 APD 习题三 1、光源：半导体LD，特点：单色性好，用于长距离传输；LED特点：单色性差，传输距离短。 2、什么叫单色光源？单色光？ 所谓单色光源是指光源产生的光的波长在一个很窄小的波长范围。 3、光纤通信采用半导体光源的原因？ （1）半导体光源的发光波长适合在光纤的低损耗窗口中传输。 （2）电流注入发光从而可以进行强度调制IM。 （3）半导体光源体积小，发光面积可以与光纤纤芯相比从而提高与光纤的耦合效率。 （4）可靠性强，常温下可连续工作。 （5）响应速度快，适合于高速率、大容量的光纤通信系统。 （6）结构紧凑、体积小。 （7）可采用半导体集成技术批量生产。 4、光检测器必须具备的特点？ （1）光谱响应：波长与所产生的电流大小之间的关系，前提是所有的波长的光强度是一致的。 （2）响应度：光检测器产生的电流与入射到光检测器的光功率之比。 （3）量子效率：产生的光电流的电子数目与入射光功率的光子数之比。 （4）暗电流：在没有光照射下流过检测器的电流值引起暗电流噪声。 （5）时间响应：定义为光脉冲幅度从10%上升到90%所经历的时间。 （6）波长响应：定义为光检测器能响应的波长范围。 （7）截止波长：光检测器所能响应的最低波长。 （8）时间常数：由检测器PN结电容和负载电阻决定。 3.1 半导体LD的工作原理 1、原子能级的概念 原子内部的电子是处于不同的能量轨道上的， 电子在每一个这样的轨道上运动时具有确定的能量， 称为原子的一个能级。 能级图就是用一系列的水平横线来表示原子内部的能量关系的。 当原子中的电子与外界有能量交换时， 电子就在不同的能级之间跃迁， 并伴随有能量如光能、 热能等的吸收与释放。 2、电子的跃迁 考虑一个具有二能级的原子系统， 能级为E1和E2， 且E2E1， 电子在不同的能级E1和E2之间的跃迁， E1→E2 或E2→E1之间的跃迁。 会吸收或产生一个光子。 3、光与物质的三种相互作用： 自发辐射、受激吸收、受激辐射。 4、什么叫粒子数反转分布？ 根据物理学原理：（1）每个原子的E1→E2的跃迁速率和E2→E1的跃迁速率是一样的。（2）正常热平衡状态下， 低能级E1上的粒子数N1是大于高能级E2上的粒子数N2的,　入射的光信号总是被吸收。 如果假设能级E1和E2上的粒子数分别为N1和N2， 　N2N1。 这一条件称为粒子数反转分布。 这一条件是激光器工作原理之一。 5、半导体激光器结构与工作原理？ 结构：PN结结构，如图。 原理分析： 图3.2 给出了半导体光放大器SOA的框图。 SOA实际上是一个PN结， 由下面的分析可知， 中间的耗尽层实际上充当了有源区， 当光通过有源区时， 光由于受激辐射而得到了放大。 由于放大器的增益是波长的函数， 因而放大器有源区的两端面上镀有防反射涂层（AR）， 以减少放大器的带内增益波动。 而激光器没有防反射涂层（AR）。 2、半导体LD与SOA的区别是什么？ LD有反射涂层，有谐振腔，而SOA没有反射涂层和谐振腔。 半导体光放大器SOA与EDFA放大器的不同在于实现粒子数反转分布的方式是不同的。 首先, 半导体SOA的粒子不是处于不同能级上的原子， 而是半导体材料中的载流子, 即电子或空穴。 半导体有两个由电子能级构成的能带： 一个是由许多能级构成的能量低的价带; 另一个是由许多能级构成的能量高的导带。 电子或空穴可以处在不同的能级上。 导带与价带之间称为禁带， 能量差为Eg， 中间不存在能级。对于一个P型半导体， 在热平衡状态下只有很少的电子位于导带中， 如图3.3 (a)所示。 类似前面的讨论, 将导带看作能量高的E2能级， 将价带看作能量低的E1能级， 这里的高低是指电子在能带上的能量。 在粒子数反转分布情况下， 导带中的电子数是很多的， 如图3.3(b)所示。 这时如有光照射， 将有更多的电子通过受激辐射从导带跃迁到价带（当然是与通过受激吸收从价带跃迁到导带的电子数相比）， 实际上这就是半导体光放大器产生光增益或粒子数反转的条件。 半导体的粒子数反转分布可以通过对PN结加正向偏压来实现。 PN结由P型和N型半导体组成。 P型半导体是在半导体中掺入合适的原子， 如III