光纤通信系统_第二章_光纤通信基础 part1.pptVIP

激光噪声 自发辐射 受激辐射 相对强度噪声RIN 相位噪声 输出功率波动 输出谱宽增大 相对强度噪声特点： （1）在张弛振荡频率?R处具有最大值 ； （2）当功率较小时，RIN随功率的增加按P-3关系减小； （3）当功率较大时， RIN随功率的增加而减小的关系成为P-1 叠加 相位噪声特点： （1） 谱线宽度与输出光功率反比 ； （2）线宽存在饱和； （3）随腔长L的增加而成L-2关系减小. 相位噪声导致的频谱展宽： 线宽增强因子 平均光子浓度 激光模式 横模：截面折射率分布造成 纵模；轴向增益和相位关系造成 横模分布 纵模分布 横模分布的描述 x y 基模半极大值全宽： 1～2?m 0.1～1?m 远场分布： ?x：30?～40? ?y：40?～50? 近场分布： 4．单纵模半导体激光器 边模抑制比（MSR） 要求：MSR30dB 单纵模半导体激光器 分布反馈式 耦合腔式 DFB DBR ECL C3 多段DBR DFB（分布反馈）激光器： ：激光器输出波长。 取m=1, 得到 光栅等效于波长选择性反射镜 光栅采用全息技术来制作 DBR（分布布拉格反射）激光器： 结构：DBR激光器是将光栅刻在有源区两端。 特点：阈值电流要比DFB激光器的阈值电流高。 耦合腔式半导体激光器： 结构： 原理： 只有外腔中反射回来的光与内腔模式同相，该模式才能存在。 耦合腔LD结构 光栅旋转 50nm调谐范围 相位控制区：相位调整 20nm调谐范围，且不连续 激活区 相位控制区 布拉格反射区 控制某一区的电流，来调整光相位 激活区：提供增益 布拉格反射区：调整反射波长 5~7nm调谐范围，稳定 * 光纤成缆的最主要目的是增强机械性能、防止潮湿、保护光纤链路。 * 螺旋形和正弦形的好处在于留有余量保证光缆的抗拉、弯曲和温度特性；使用阻水带代替油膏可以便于光纤的取出。与层绞式相比，重量轻、装纤密度大。 2. PN结 PN结的形成： 费米能级： 在热平衡情况下： 双简并型半导体： 非热平衡状态时，在Efc和Efv之间形成了一个粒子数反转区域。 如果入射光波能量满足： 则经过双兼并型半导体时将得到放大。 载流子运动： 外加电压的影响： PN结能带结构： 独立情况： 在热平衡状态下，两个费米能级是重合的（Efc=Efv） 正向偏压 光源 增益区 PN结能带结构： 同质结特点： （1） 载流子扩撒，复合长度大，载流子浓度低，发光效率低； （2）低温下以脉冲方式工作。 同质结和异质结： 同质结： PN 结的两边使用相同的半导体材料 双异质结 薄层带隙小 可为本征半导体，p或n型半导体 0.1?m 双异质结： 在宽带隙的P型和 N型半导体材料之间插进一薄层窄带隙的材料。 （1）能带结构对载流子进行限制 （2）波导结构（折射率分布）对光子进行限制 双异质结的优点： 3．半导体材料 几种半导体材料的发光波长范围 几种半导体材料的检波波长范围 2.2.2 发光二极管（LED） 发光二极管工作原理：通过自发辐射过程发射非相干光。 主要缺点： 结构类型：面发射和边发射 面发射LED 边发射LED 边发光二极管具有较小的载流子寿命，调制带宽（约300MHz）也比面发光二极管高 2．LED的工作特性 （1）I较小时有线性关系； （2）会出现饱和现象； （3）温度升高，越趋于饱和； （4）内部发射功率 10mW,出纤功率小于100?W。 LED的P-I特性 （1）谱宽较大 ，50~80nm； （2）BL积小，只适合于短途通信； 应用：10Mbps左右,几公里 。 30～50nm 50～80nm LED的光谱特性： 半极大值全宽（Full Width Half Maximum，FWHM） LED的调制特性 tc ：载流子寿命 2~5ns 3dB带宽： 典型值：50~140MHz 主要影响因素： （1）注入电流低时，结电容的限制； （2）注入电流高时，有源区载流子寿命的影响。 2.2.3 半导体激光器（LD） LD的工作机理：受激辐射 优点： 1．LD激光振荡 激光振荡条件： （1）粒子数反转分布 ；（2）正反馈（谐振腔） 光增益 g称为增益系数 解理面反射： n=3.5 , 30% 阈值条件： 相位条件： 多纵模 与光功率关系：P（L）=P（0）G 由相位条件可以得到多纵模： LD纵模分析 2．LD的结构 宽面半导体激光器 特点： （1）光斑具有椭圆的形状（约1×100?m2）； （2）光斑随注入电流变化； （3）阈值电流很高。 分类：宽面半导体激光器和条形半导体激光器。 条形激光器 增益导引LD 特点： （1）