第三章光源和光发射器.ppt

LD发射激光的首要条件---粒子数反转 LD 发射激光的 第二个条件---光学谐振腔 另一个条件是半导体激光器中必须存在光学谐振腔，并在谐振腔里建立起稳定的振荡。 有源区里实现了粒子数反转后，受激发射占据了主导地位，但是，激光器初始的光场来源于导带和价带的自发辐射，频谱较宽，方向也杂乱无章。 为了得到单色性和方向性好的激光输出，必须构成光学谐振腔。 光在谐振腔里建立稳定振荡的条件 相位条件---使谐振腔内的前向和后向光波发生相干； 阈值条件---使腔内获得的光功率正好与腔内损耗相抵消。 只有谐振腔里的光增益和损耗值保持相等，并且谐振腔内的前向和后向光波发生相干时，才能在谐振腔的两个端面输出谱线很窄的相干光束。 LED和LD的光谱特性 窄谱宽半导体激光器 分布反馈 LD的分类 分布反馈式激光器 DFB: Distributed Feed Back 分布布拉格反射式激光器 DBR: Distributed Bragg Reflector DBF激光器比其他常规激光器有更好的温度特性； 窄线宽特性（典型值为0.1nm~0.2nm） 光栅起到稳定输出波长的作用 线性响应好 VCSEL 激光器示意图 这种激光器的光腔轴线与注入电流方向相同。 有源区的长度L与边发射器件比较非常短，光发射是从腔体表面，而不是腔体边沿。 腔体两端的反射器是由电介质镜组成，即由厚度为d的高低折射率层交错组成。 VCSEL 激光器阵列 普通LD LD 外形图 按照光输出位置的不同，LED分为面发光二极管和边发光二极管。 面发光型LED输出功率大，但是光发散角很大，水平和垂直发散角都可达到120o，与光纤耦合效率低。 边发光型LED的驱动电流较大，输出光功率小，但光束发射角小，与光纤的耦合效率高，故入纤光功率比面发光型LED高。 光源的上升时间tr 当输入阶跃变化的电流时，其输出光功率从最终值的10%上升为90%的时间。 光发射机的参数(1) 发送光功率（dBm） P=10 lg [ P(mW) / 1(mW)] 光发射机的参数(2) 光谱特性 最大均方根RMS宽度? 对于多纵模激光器和发光二极 管这样的光能量比较分散的光 源,采用?来衡量光脉冲能量在 频域的集中程度. 单纵模的激光器,能量主要 集中在主模中. 半高全宽FWHM(3dB)宽度 最大20dB跌落宽度 光发射机的参数(3) 最小边模抑制比(SMSR)：主纵模(M1)的平均光功率与最显著的边模(M2)的平均光功率之比。 SMSR=10lg（M1/M2） 光发射机的参数(4) 消光比:仅限数字光发射机 激光功率在“0”时平均光功率p0和在“1”时平均光功率p1之比，可用EXT表示 EXT=10lg(p1/p0)(dB) 消光比的不足容易引起对码元的误判。 加大偏置电流使其逼近激光器阈值，可以大大减小电光延迟时间，同时使张驰振荡得到一定程度的抑制. 偏置于阈值附近，较小的调制脉冲电流即可得到足够的输出光脉冲，从而可大大减小热效应的影响. 另一方面，加大直流偏置电流将会使光信号消光比恶化，光源消光比将直接影响接收机灵敏度. 实验发现，异质结激光器的散粒噪声在阈值处出现最大值，因此偏置电流不正好偏置在阈值处. 调制电流幅度Im的选择，应根据激光器的P-I曲线，既要有足够的输出光脉冲幅度，又要考虑到光源的负担。如果激光器在某些区域有自脉动现象发生，则Im的选择应避开自脉动发生的区域. 总 结 总 结 Light-Emitting Diode Operating Characteristics发光二极管的工作特性 ? 光谱特性 PI特性 调制特性 LED的光谱特性 发光二极管发射的是自发辐射光，没有光学谐振腔对波长的选择，谱线宽。 λ 1 波长(um) 相 对 功 率 λ1 λ2 1.20 1.35 0.5 LED的输出光功率特性 P-I特性呈线性 电流（mA） 光功率（mW） LED的输出光功率特性 驱动电流较小时，P-I特性呈线性，I过大时，由于PN结发热产生饱和现象，使P-I特性曲线斜率减小。 100 边发光二极管 P (mW) I (mA) LD 面发光二极管 200 1 2 3 T0是器件的特征温度。 当温度升高时，同一电流下的发射功率要降低，但与LD比较起来，发光二极管的温度稳定性相对较好，在实际应用中，一般可以不加温度控制。 LED的温度特性 LED的调制特性 数字调制 模拟调制 输出光功率波形 输入电流波形 LED上升时间从几纳秒一直到250ns，比LD大得多,调制速度比LD慢。 LED与光纤的耦合 耦合