光源与光发送机课件.pptVIP

2.光譜特性 LD的光譜特性如圖5.14所示。在圖中，λ0為LED的峰值波長(典型值為0.85μm、1.31μm和1.55μm)；Δλ為譜線寬度，其定義為縱模包絡或主模光強度下降到最大值一半時對應的波長寬度。圖5.14LD的光譜特性3.調製特性 在對LD進行直接調製時，鐳射二極體的輸出功率與調製信號頻率的關係為：式中：P(0)是頻率為0時LD輸出的光功率值；fr為LD的類共振頻率，ζ是LD的阻尼因數。4.溫度特性 與LED比較，溫度主要對LD的閾值電流、輸出光功率及峰值工作波長影響較大。為了降低溫度對LD的影響，可以採用兩種方法：選擇溫度特性優異的新型LD，或通過一個外加的自動溫度控制電路，使LD的溫度特性能夠滿足系統的要求。5.3.3光源的主要技術指標及簡易檢測1.光源的主要技術指標 幾種國產半導體光源的主要技術指標如表5.1所示。2.光源器件的簡易檢測 在沒有任何測試儀表或測試手段的情況下，可以通過PN結的測試來初步判斷光源器件的好壞。5.4光發送機5.4.1光調製原理1.光調製方式分類(1)按照光源與調製信號的關係分類 根據光源與調製信號的關係，可以將光源的調製方式分為直接調製方式和外部(或間接)調製方式。 所謂直接調製方式，是指直接將調製信號施加在光源上來完成光源參數的調製過程。光源與光發送機5.1半導體光源的物理基礎5.1.1孤立原子的能級和半導體的能帶1.孤立原子的能級 原子是由原子核和圍繞原子核旋轉的電子構成。圍繞原子核旋轉的電子能量不能任意取值，只能取特定的離散值，這種現象稱為電子能量的量子化。2.半導體的能帶 在大量原子相互靠近形成半導體晶體時，由於半導體晶體內部電子的共有化運動，使孤立原子中離散能級變成能帶。 在圖5.2中，半導體內部自由運動的電子(簡稱自由電子)所填充的能帶稱為導帶；價電子所填充的能帶稱為價帶；導帶和價帶之間不允許電子填充，所以稱為禁帶，其寬度稱為禁帶寬度，用Eg表示，單位為電子伏特(eV)。圖5.2半導體的能帶結構5.1.2光與物質的相互作用1.自發輻射 處於高能級的電子狀態是不穩定的，它將自發地從高能級(在半導體晶體中更多是指導帶的一個能級)運動(稱為躍遷)到低能級(在半導體晶體中更多是指價帶的一個能級)與空穴複合，同時釋放出一個光子。由於不需要外部激勵，所以該過程稱為自發輻射。 根據能量守恆定律，自發輻射光子的能量為：hν12=E2-E1 式中：h為普朗克常數，其值為6.626×10-34J·s；ν12為光子的頻率；E2為高能級能量；E1為低能級能量。2.受激輻射 在外來光子的激勵下，電子從高能級躍遷到低能級與空穴複合，同時釋放出一個與外來光子同頻、同相的光子。由於需要外部激勵，所以該過程稱為受激輻射。3.受激吸收 在外來光子激勵下，電子吸收外來光子能量而從低能級躍遷到高能級，變成自由電子。5.1.3粒子數反轉分佈狀態1.粒子數正常分佈狀態 在熱平衡狀態下，高能級上的電子數要少於低能級上電子數。2.粒子數反轉分佈狀態 為了使物質發光，就必須使其內部的自發輻射和/或受激輻射幾率大於受激吸收的幾率，這一點我們已經在介紹光與物質的相互作用過程中提及過。 有多種方法可以實現能級之間的粒子數反轉分佈狀態，這些方法包括光激勵方法、電激勵方法等。5.2半導體光源的工作原理5.2.1發光二極體的工作原理 半導體發光二極體(Light-emittingDiode，LED)基本應用GaAlAs和InGaAsP材料，可以覆蓋整個光纖通信系統使用波長範圍，典型值為0.85μm、1.31μm及1.55μm。1.發光二極體的類型結構 按照器件輸出光的方式，可以將發光二極體分為三種類型結構：表面發光二極體、邊發光二極體及超輻射發光二極體。2.發光二極體的工作原理(1)LED的能帶結構(2)LED的工作原理 LED的工作原理可以歸納如下：當給LED外加合適的正向電壓時，Pp結之間的勢壘(相對於空穴)和Np結之間的勢壘(相對於電子)降低，大量的空穴和電子分別從P區擴散到p區和從N區擴散到p區(由於雙異質結構，p區中外來的電子和空穴不會分別擴散到P區和N區)，在有源區形成粒子數反轉分佈狀態，最終克服受激吸收及其他衰減而產生自發輻射的光輸出。5.2.2鐳射二極體的工作原理 在結構上，半導體鐳射二極體(LaserDiode，LD)與其他類型的雷射器是相同的，都主要由三部分構成：激勵源、工作物質及諧振腔。1.鐳射二極體的類型結構(1)常