光源與光發(fā)送機(jī)

1、1231、合適的發(fā)光波長(zhǎng)、合適的發(fā)光波長(zhǎng) 光源的發(fā)光波長(zhǎng)應(yīng)符合目前光纖通信的三個(gè)低損光源的發(fā)光波長(zhǎng)應(yīng)符合目前光纖通信的三個(gè)低損耗窗口（耗窗口（0.85，1.31，1.55微米），也就是說(shuō)光源的發(fā)微米），也就是說(shuō)光源的發(fā)光波長(zhǎng)應(yīng)與光纖的工作窗口相一致。目前光通信系統(tǒng)光波長(zhǎng)應(yīng)與光纖的工作窗口相一致。目前光通信系統(tǒng)中作為第一窗口的中作為第一窗口的0.85微米已基本不用，微米已基本不用，1.31微米的微米的第二窗口正在大量應(yīng)用，并且光纖通信系統(tǒng)正在向第二窗口正在大量應(yīng)用，并且光纖通信系統(tǒng)正在向1.55微米的第三窗口轉(zhuǎn)移。微米的第三窗口轉(zhuǎn)移。 42、足夠的輸出功率、足夠的輸出功率 光源的輸出功率發(fā)須足夠

2、大，光源輸出功率大小光源的輸出功率發(fā)須足夠大，光源輸出功率大小影響光通信系統(tǒng)的中繼距離。光的的輸出功率越大，影響光通信系統(tǒng)的中繼距離。光的的輸出功率越大，系統(tǒng)的中繼距離就越長(zhǎng)。但這個(gè)結(jié)論是有條件的，系統(tǒng)的中繼距離就越長(zhǎng)。但這個(gè)結(jié)論是有條件的，即如果光源的輸出功率太大，使光纖工作于非線性即如果光源的輸出功率太大，使光纖工作于非線性狀態(tài)，則是光纖通信系統(tǒng)不允許的。當(dāng)然，目前的狀態(tài)，則是光纖通信系統(tǒng)不允許的。當(dāng)然，目前的問(wèn)題不是光纖的功率太大，而是不夠。因此，還應(yīng)問(wèn)題不是光纖的功率太大，而是不夠。因此，還應(yīng)努力提高光源輸入光纖的光功率，以增大中繼距離。努力提高光源輸入光纖的光功率，以增大中繼距離。一

3、般光源的輸出功率大于一般光源的輸出功率大于1mw。 53、可靠性高，壽命長(zhǎng)、可靠性高，壽命長(zhǎng) 光源的工作壽命長(zhǎng)，通信才可靠。目前通信工光源的工作壽命長(zhǎng)，通信才可靠。目前通信工程要求光源平均工作壽命為小時(shí)（約程要求光源平均工作壽命為小時(shí)（約100年），一年），一般不允許中斷通信。設(shè)一個(gè)通信系統(tǒng)中有般不允許中斷通信。設(shè)一個(gè)通信系統(tǒng)中有10個(gè)光源，個(gè)光源，假如其中一個(gè)光源發(fā)生故障，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)中斷工假如其中一個(gè)光源發(fā)生故障，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)中斷工作。從故障的概率來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)發(fā)生中斷能信故障作。從故障的概率來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)發(fā)生中斷能信故障的時(shí)間間隔為的時(shí)間間隔為10萬(wàn)小時(shí)（約萬(wàn)小時(shí)（約10年），這是實(shí)用通信年

4、），這是實(shí)用通信工程對(duì)元器件的要求。工程對(duì)元器件的要求。64、輸出效率高、輸出效率高 輸出光功率與所消耗的直流電功率的比值叫做輸輸出光功率與所消耗的直流電功率的比值叫做輸出功率。要求輸出效率盡量高，即耗電盡量省，而且出功率。要求輸出效率盡量高，即耗電盡量省，而且要在低壓下工作。這樣對(duì)無(wú)人中繼站的供電就較為方要在低壓下工作。這樣對(duì)無(wú)人中繼站的供電就較為方便。目前輸出效率的標(biāo)準(zhǔn)是大于便。目前輸出效率的標(biāo)準(zhǔn)是大于10%，將來(lái)希望達(dá)到，將來(lái)希望達(dá)到50%。 75、光源的譜線寬度窄、光源的譜線寬度窄 光譜寬度是光源發(fā)光波長(zhǎng)范圍。希望光波也光譜寬度是光源發(fā)光波長(zhǎng)范圍。希望光波也能夠和無(wú)線電波一樣，只在一個(gè)

5、頻率振蕩。實(shí)際能夠和無(wú)線電波一樣，只在一個(gè)頻率振蕩。實(shí)際上這很難做到，只能要求光譜盡量窄，光源的光上這很難做到，只能要求光譜盡量窄，光源的光譜寬度直接影響到系統(tǒng)的的傳輸帶寬，它與光纖譜寬度直接影響到系統(tǒng)的的傳輸帶寬，它與光纖的色散效應(yīng)相結(jié)合，就產(chǎn)生了噪聲，影響通信系的色散效應(yīng)相結(jié)合，就產(chǎn)生了噪聲，影響通信系統(tǒng)的傳輸容量和中繼距離。統(tǒng)的傳輸容量和中繼距離。86、聚光性好、聚光性好 要求光源發(fā)光盡量集中，會(huì)聚到一點(diǎn)，盡可能要求光源發(fā)光盡量集中，會(huì)聚到一點(diǎn)，盡可能多地把光送過(guò)光纖，即耦合效率高，這樣進(jìn)入光結(jié)多地把光送過(guò)光纖，即耦合效率高，這樣進(jìn)入光結(jié)的功率大，系統(tǒng)中繼距離就可增加。的功率大，系統(tǒng)中繼

6、距離就可增加。7、調(diào)制方便、調(diào)制方便 調(diào)制是把話音等信息附載在光波上，如何高效調(diào)制是把話音等信息附載在光波上，如何高效地用電信號(hào)來(lái)調(diào)制光波是決定系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。地用電信號(hào)來(lái)調(diào)制光波是決定系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。 8、價(jià)格低廉，體積小，應(yīng)用方便、價(jià)格低廉，體積小，應(yīng)用方便 91. 孤立原子的能級(jí)孤立原子的能級(jí) 原子是由原子核和圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子構(gòu)成。原子是由原子核和圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子構(gòu)成。圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子能量不能任意取值，只能取特圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子能量不能任意取值，只能取特定的離散值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電子能量的量子化。電子定的離散值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電子能量的量子化。電子既繞原子核旋轉(zhuǎn)（動(dòng)能），又作自

7、旋運(yùn)動(dòng)（位能），既繞原子核旋轉(zhuǎn)（動(dòng)能），又作自旋運(yùn)動(dòng)（位能），動(dòng)能和位能之和稱(chēng)為內(nèi)能。動(dòng)能和位能之和稱(chēng)為內(nèi)能。10 1913年丹麥物理學(xué)家玻爾提出了原子只能處于由年丹麥物理學(xué)家玻爾提出了原子只能處于由不連續(xù)能級(jí)表征的一系列狀態(tài)（定態(tài)），對(duì)于每一種不連續(xù)能級(jí)表征的一系列狀態(tài)（定態(tài)），對(duì)于每一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)說(shuō)，都具有一定的內(nèi)能（位能和動(dòng)能之運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)說(shuō)，都具有一定的內(nèi)能（位能和動(dòng)能之和）。和）。 內(nèi)能是一些不連續(xù)的特定值，對(duì)應(yīng)電子運(yùn)動(dòng)內(nèi)能是一些不連續(xù)的特定值，對(duì)應(yīng)電子運(yùn)動(dòng)的特定軌道，這些特定的軌道稱(chēng)為能級(jí)。電子通過(guò)與的特定軌道，這些特定的軌道稱(chēng)為能級(jí)。電子通過(guò)與外界交換能量從一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N

8、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。外界交換能量從一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 不同的原子具不同的能級(jí)結(jié)構(gòu)，一個(gè)原子中，最不同的原子具不同的能級(jí)結(jié)構(gòu)，一個(gè)原子中，最低的能級(jí)稱(chēng)為基態(tài)，其余的稱(chēng)為高能態(tài)（激發(fā)態(tài)）。低的能級(jí)稱(chēng)為基態(tài)，其余的稱(chēng)為高能態(tài)（激發(fā)態(tài)）。112.12圖圖5.2 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)1314 處于高能級(jí)的電子狀態(tài)是不穩(wěn)處于高能級(jí)的電子狀態(tài)是不穩(wěn)定的，它將自發(fā)地從高能級(jí)定的，它將自發(fā)地從高能級(jí)(在半導(dǎo)在半導(dǎo)體晶體中更多是指導(dǎo)帶的一個(gè)能級(jí)體晶體中更多是指導(dǎo)帶的一個(gè)能級(jí))運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)(稱(chēng)為躍遷稱(chēng)為躍遷)到低能級(jí)到低能級(jí)(在半導(dǎo)體在半導(dǎo)體晶體中更多是指價(jià)帶的一個(gè)能級(jí)晶體中更多是指價(jià)帶的一個(gè)能級(jí))與

9、與空穴復(fù)合，同時(shí)釋放出一個(gè)光子。空穴復(fù)合，同時(shí)釋放出一個(gè)光子。由于不需要外部激勵(lì)，所以該過(guò)程由于不需要外部激勵(lì)，所以該過(guò)程稱(chēng)為自發(fā)輻射。稱(chēng)為自發(fā)輻射。 15 這種輻射的特點(diǎn)是每個(gè)原子的躍遷的自發(fā)的，獨(dú)這種輻射的特點(diǎn)是每個(gè)原子的躍遷的自發(fā)的，獨(dú)立的，不需要外界的影響。因此根據(jù)能量守恒定律，立的，不需要外界的影響。因此根據(jù)能量守恒定律，自發(fā)輻射光子的能量為：自發(fā)輻射光子的能量為：21hfEE式中：式中：h為普朗克常數(shù)，其值為為普朗克常數(shù)，其值為6.62610-34Js；f為為光子的頻率；光子的頻率；E2為高能級(jí)能量；為高能級(jí)能量；E1為低能級(jí)量。為低能級(jí)量。應(yīng)用：應(yīng)用：LED19()1.2398/

10、 ()11.602 10E evmevJ 1617 在外來(lái)光子激勵(lì)下（外部光在外來(lái)光子激勵(lì)下（外部光照射），電子吸收外來(lái)光子能量照射），電子吸收外來(lái)光子能量而從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，變成而從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，變成自由電子。受激吸收過(guò)程必須在自由電子。受激吸收過(guò)程必須在外來(lái)光子的激發(fā)下才會(huì)產(chǎn)生，外外來(lái)光子的激發(fā)下才會(huì)產(chǎn)生，外來(lái)光子的能量必須等于電子躍遷來(lái)光子的能量必須等于電子躍遷的能級(jí)之差，在受激過(guò)程中，沒(méi)的能級(jí)之差，在受激過(guò)程中，沒(méi)有多余的能量放出來(lái)。有多余的能量放出來(lái)。主要應(yīng)用：光電檢測(cè)器主要應(yīng)用：光電檢測(cè)器1819 在外來(lái)光子的激勵(lì)下，處于高能級(jí)的原子在光在外來(lái)光子的激勵(lì)下，處于高能級(jí)的原

11、子在光子的子的“刺激下刺激下”，躍遷到低能級(jí)，并輻射出一個(gè)和，躍遷到低能級(jí)，并輻射出一個(gè)和入射光子同樣頻率的光子。受激輻射最大的特點(diǎn)是入射光子同樣頻率的光子。受激輻射最大的特點(diǎn)是產(chǎn)生一個(gè)與外來(lái)光子同頻、同相的光子。由于需要產(chǎn)生一個(gè)與外來(lái)光子同頻、同相的光子。由于需要外部激勵(lì)，所以該過(guò)程稱(chēng)為受激輻射。這樣通過(guò)一外部激勵(lì)，所以該過(guò)程稱(chēng)為受激輻射。這樣通過(guò)一次受激輻射，一個(gè)光子變?yōu)閮蓚€(gè)完全相同的光子，次受激輻射，一個(gè)光子變?yōu)閮蓚€(gè)完全相同的光子，這就意味著光被加強(qiáng)了，或者說(shuō)光被放大了，光放這就意味著光被加強(qiáng)了，或者說(shuō)光被放大了，光放大器就是基于這樣的一個(gè)原理。大器就是基于這樣的一個(gè)原理。應(yīng)用：激光器、

12、光放大器應(yīng)用：激光器、光放大器202122 激光是怎樣產(chǎn)生的？在一個(gè)原子體系中，總有些原激光是怎樣產(chǎn)生的？在一個(gè)原子體系中，總有些原子處于高能級(jí)，有些處于低能級(jí)。而自發(fā)輻射產(chǎn)生的子處于高能級(jí)，有些處于低能級(jí)。而自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子既可以刺激高能級(jí)的原子這生受激輻射，也可能光子既可以刺激高能級(jí)的原子這生受激輻射，也可能被低能級(jí)的原子吸收而造成受激吸收。因此，在光和被低能級(jí)的原子吸收而造成受激吸收。因此，在光和原子體系的相互作用中，自發(fā)輻射、受激輻射和受激原子體系的相互作用中，自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收總是同時(shí)存在的。吸收總是同時(shí)存在的。23 如果在獲得越來(lái)越強(qiáng)的光，也就是說(shuō)越來(lái)越多的如果在獲得越

13、來(lái)越強(qiáng)的光，也就是說(shuō)越來(lái)越多的光子就必須使受激輻射產(chǎn)生的光子多于受激吸收所吸光子就必須使受激輻射產(chǎn)生的光子多于受激吸收所吸收的光子。怎樣才能做到這一點(diǎn)？光子對(duì)于高、低能收的光子。怎樣才能做到這一點(diǎn)？光子對(duì)于高、低能級(jí)的原子是一視同仁的，在光子作用下，高能級(jí)產(chǎn)生級(jí)的原子是一視同仁的，在光子作用下，高能級(jí)產(chǎn)生受激輻射的機(jī)會(huì)和低能級(jí)產(chǎn)生受激吸收的機(jī)會(huì)是相同受激輻射的機(jī)會(huì)和低能級(jí)產(chǎn)生受激吸收的機(jī)會(huì)是相同的，這樣是否得到光放大就取決于高、低能級(jí)的原子的，這樣是否得到光放大就取決于高、低能級(jí)的原子數(shù)量之比。若位于高能級(jí)的原子遠(yuǎn)多于位于低能級(jí)的數(shù)量之比。若位于高能級(jí)的原子遠(yuǎn)多于位于低能級(jí)的光子，就可得到高度

14、放大的光。光子，就可得到高度放大的光。2425 設(shè)在單位物質(zhì)中，處于低能級(jí)設(shè)在單位物質(zhì)中，處于低能級(jí)E1和處于高能級(jí)和處于高能級(jí)E2(E2E1)的原子數(shù)分別為的原子數(shù)分別為N1和和N2。當(dāng)系統(tǒng)處于熱。當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，存在下面的分布：平衡狀態(tài)時(shí)，存在下面的分布： 2211exp()NEENkT式中，式中， k=1.38110-23J/K，為波爾茲曼常數(shù)，為波爾茲曼常數(shù)，T為為熱力學(xué)溫度。由于熱力學(xué)溫度。由于(E2-E1)0，T0，所以在這種，所以在這種狀態(tài)下，總是狀態(tài)下，總是N1N2。 這是因?yàn)殡娮涌偸鞘紫日歼@是因?yàn)殡娮涌偸鞘紫日紦?jù)低能量的軌道。據(jù)低能量的軌道。26 如果如果N1N2，即

15、受激吸收大于受激輻射。當(dāng)光通，即受激吸收大于受激輻射。當(dāng)光通過(guò)這種物質(zhì)時(shí)，光強(qiáng)按指數(shù)衰減，過(guò)這種物質(zhì)時(shí)，光強(qiáng)按指數(shù)衰減， 這種物質(zhì)稱(chēng)為吸收這種物質(zhì)稱(chēng)為吸收物質(zhì)。物質(zhì)。 如果如果N2N1，即受激輻射大于受激吸收，當(dāng)光通，即受激輻射大于受激吸收，當(dāng)光通過(guò)這種物質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生放大作用，這種物質(zhì)稱(chēng)為激活過(guò)這種物質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生放大作用，這種物質(zhì)稱(chēng)為激活物質(zhì)。物質(zhì)。 N2N1的分布，和正常狀態(tài)的分布，和正常狀態(tài)(N1N2)的分布相反，的分布相反，所以稱(chēng)為粒子所以稱(chēng)為粒子(電子電子)數(shù)反轉(zhuǎn)分布。數(shù)反轉(zhuǎn)分布。27粒子數(shù)反轉(zhuǎn)如何實(shí)現(xiàn)？粒子數(shù)反轉(zhuǎn)如何實(shí)現(xiàn)？2829303132331( )1 exp()fp EEEkT

16、在在T0時(shí)，時(shí)，Ef為費(fèi)米能級(jí)為費(fèi)米能級(jí)若若E=Ef ，則有，則有P（E）=0.5；若若EEf ，則有，則有P（E）0.5；若若E0.5； 費(fèi)米統(tǒng)計(jì)分布費(fèi)米統(tǒng)計(jì)分布343536373839401）、選頻方法）、選頻方法設(shè)從設(shè)從A點(diǎn)出發(fā)的平面波，垂直投射到反射鏡點(diǎn)出發(fā)的平面波，垂直投射到反射鏡M1，由，由M1反射后又垂直投射向反射后又垂直投射向M2。再回到。再回到A點(diǎn)時(shí)，如果它點(diǎn)時(shí)，如果它們之間的相位差是們之間的相位差是 的整數(shù)倍，顯然就達(dá)到了諧振。的整數(shù)倍，顯然就達(dá)到了諧振。如果設(shè)如果設(shè)L為諧振腔的長(zhǎng)度，為諧振腔介質(zhì)中光波的波為諧振腔的長(zhǎng)度，為諧振腔介質(zhì)中光波的波長(zhǎng)，則應(yīng)有：長(zhǎng)，則應(yīng)有：22L

17、qn q=1，2，3，.2/nL q41 顯然諧振腔波長(zhǎng)與光學(xué)諧振腔材料的折射率顯然諧振腔波長(zhǎng)與光學(xué)諧振腔材料的折射率n有關(guān)，當(dāng)有關(guān)，當(dāng)q不同時(shí)，可有不同的波長(zhǎng)，即有無(wú)窮多不同時(shí)，可有不同的波長(zhǎng)，即有無(wú)窮多個(gè)諧振波長(zhǎng)。但是在這些無(wú)限多個(gè)頻率中，只有那個(gè)諧振波長(zhǎng)。但是在這些無(wú)限多個(gè)頻率中，只有那些在譜線中心附近的頻率才能滿足振蕩條件，所以些在譜線中心附近的頻率才能滿足振蕩條件，所以激光器的振蕩頻率只能取有限個(gè)分立值。激光器的振蕩頻率只能取有限個(gè)分立值。 譜線中心：譜線中心： 1.2398()gEev4243組成：激勵(lì)源、工作物質(zhì)、諧振腔組成：激勵(lì)源、工作物質(zhì)、諧振腔激勵(lì)源：使工作物質(zhì)形成粒子數(shù)反

18、轉(zhuǎn)；激勵(lì)源：使工作物質(zhì)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；工作物質(zhì)：提供合適的能帶結(jié)構(gòu)，以便產(chǎn)生工作物質(zhì)：提供合適的能帶結(jié)構(gòu)，以便產(chǎn)生LD所需所需的發(fā)光波長(zhǎng)；的發(fā)光波長(zhǎng)；諧振腔：反饋、選頻諧振腔：反饋、選頻4445 結(jié)構(gòu)中間有一層厚結(jié)構(gòu)中間有一層厚0.10.3 m的窄帶隙的窄帶隙P型半導(dǎo)體，型半導(dǎo)體，稱(chēng)為有源層；兩側(cè)分別為寬帶隙的稱(chēng)為有源層；兩側(cè)分別為寬帶隙的P型和型和N型半導(dǎo)體，型半導(dǎo)體，稱(chēng)為限制層。三層半導(dǎo)體置于基片稱(chēng)為限制層。三層半導(dǎo)體置于基片(襯底襯底)上，前后兩上，前后兩個(gè)晶體解理面作為反射鏡構(gòu)成法布里個(gè)晶體解理面作為反射鏡構(gòu)成法布里 - 珀羅珀羅(FP)諧振諧振腔。腔。 46 由于限制層的帶隙比有源層

19、寬，施加正向偏壓后，由于限制層的帶隙比有源層寬，施加正向偏壓后， P層的空穴和層的空穴和N層的電子注入有源層。層帶隙寬，導(dǎo)層的電子注入有源層。層帶隙寬，導(dǎo)帶的能態(tài)比有源層高，對(duì)注入電子形成了勢(shì)壘，注入帶的能態(tài)比有源層高，對(duì)注入電子形成了勢(shì)壘，注入到有源層的電子不可能擴(kuò)散到到有源層的電子不可能擴(kuò)散到P層。層。 同理，注入到有同理，注入到有源層的空穴也不可能擴(kuò)散到源層的空穴也不可能擴(kuò)散到N層。這樣，注入到有源層。這樣，注入到有源層的電子和空穴被限制在厚層的電子和空穴被限制在厚0.10.3 m的有源層內(nèi)形的有源層內(nèi)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，這時(shí)只要很小的外加電流，就可成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，這時(shí)只要很小的外加電

20、流，就可以使電子和空穴濃度增大而提高效益。以使電子和空穴濃度增大而提高效益。 另一方面，有源層的折射率比限制層高，產(chǎn)生的另一方面，有源層的折射率比限制層高，產(chǎn)生的激光被限制在有源區(qū)內(nèi)，因而電激光被限制在有源區(qū)內(nèi)，因而電/光轉(zhuǎn)換效率很高，輸光轉(zhuǎn)換效率很高，輸出激光的閾值電流很低，很小的散熱體就可以在室溫出激光的閾值電流很低，很小的散熱體就可以在室溫連續(xù)工作。連續(xù)工作。 47同質(zhì)結(jié)同質(zhì)結(jié)LD（兩邊的（兩邊的材料是相同的）：閾材料是相同的）：閾值電流較大，值電流較大，LD容容易發(fā)熱，壽命短，幾易發(fā)熱，壽命短，幾乎不能在常溫下工作。乎不能在常溫下工作。雙異質(zhì)結(jié)：兩邊雙異質(zhì)結(jié)：兩邊是由不同的材料是由不同

21、的材料做成的，可以降做成的，可以降低閾值電流，效低閾值電流，效率提高很多。率提高很多。4849 布拉格激光器內(nèi)部用布拉格光柵做反射器來(lái)獲布拉格激光器內(nèi)部用布拉格光柵做反射器來(lái)獲得譜線更窄的激光。在兩種不同介質(zhì)的交界面上，得譜線更窄的激光。在兩種不同介質(zhì)的交界面上，制造出周期性的反射點(diǎn)，當(dāng)光照射在反射點(diǎn)上將產(chǎn)制造出周期性的反射點(diǎn)，當(dāng)光照射在反射點(diǎn)上將產(chǎn)生周期性的反射，激光器的輸出波長(zhǎng)為生周期性的反射，激光器的輸出波長(zhǎng)為 , 兩反射點(diǎn)的距離。其光柵是與限制層分開(kāi)的。兩反射點(diǎn)的距離。其光柵是與限制層分開(kāi)的。 在未來(lái)的通信和在未來(lái)的通信和CATV傳輸?shù)膫鬏數(shù)腤DM系統(tǒng)中，系統(tǒng)中，DBR LD具有出色的

22、寬帶波長(zhǎng)可調(diào)特性。具有出色的寬帶波長(zhǎng)可調(diào)特性。 2/nm5051525354555657585960 半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)取決于導(dǎo)帶的電子躍遷半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)取決于導(dǎo)帶的電子躍遷到價(jià)帶時(shí)所釋放的能量，這個(gè)能量近似等于禁帶寬度。到價(jià)帶時(shí)所釋放的能量，這個(gè)能量近似等于禁帶寬度。1.24/gE 不同的半導(dǎo)體材料有不同的禁帶寬度不同的半導(dǎo)體材料有不同的禁帶寬度Eg，因，因而有不同的發(fā)射波長(zhǎng)。而有不同的發(fā)射波長(zhǎng)。616263IPheeIhPd/ ()thdthPPhf e II64IVRIPSd26566圖圖5.14 LD的光譜特性的光譜特性6768694、溫度特性：、溫度特性： 激光器的輸出光

23、功率隨溫度變化而變化，主要有激光器的輸出光功率隨溫度變化而變化，主要有兩個(gè)原因：一是激光器的閾值電流隨溫度升高而增加，兩個(gè)原因：一是激光器的閾值電流隨溫度升高而增加，二是外微分量子效率隨溫度升高而減小，溫度升高時(shí)，二是外微分量子效率隨溫度升高而減小，溫度升高時(shí)，閾值電流增加，外微分量子效率減小，輸出光功率明閾值電流增加，外微分量子效率減小，輸出光功率明顯下降，達(dá)到一定溫度時(shí)，激光器就不激射了。顯下降，達(dá)到一定溫度時(shí)，激光器就不激射了。 為了降低溫度對(duì)為了降低溫度對(duì)LD的影響，可以采用兩種方法：選的影響，可以采用兩種方法：選擇溫度特性?xún)?yōu)異的新型擇溫度特性?xún)?yōu)異的新型LD，或通過(guò)一個(gè)外加的自動(dòng)溫，或

24、通過(guò)一個(gè)外加的自動(dòng)溫度控制電路，使度控制電路，使LD的溫度特性能夠滿足系統(tǒng)的要求。的溫度特性能夠滿足系統(tǒng)的要求。70715、調(diào)制特性：、調(diào)制特性：2222410rrffffPfP）（）（72由于由于LED沒(méi)沒(méi)有閾值，它有閾值，它隨著注入電隨著注入電流的增加，流的增加，輸出功率也輸出功率也線性增加，線性增加，因此在進(jìn)行因此在進(jìn)行調(diào)制時(shí)，其調(diào)制時(shí)，其動(dòng)態(tài)范圍大，動(dòng)態(tài)范圍大，信號(hào)失真小。信號(hào)失真小。 73743、調(diào)制特性：、調(diào)制特性：012ePP ff （ ）（ ）式中：式中：P (0)是頻率為是頻率為0時(shí)時(shí)LED輸出的光功率值；輸出的光功率值；e是是有源區(qū)少數(shù)載流子的壽命。根據(jù)上式可知有源區(qū)少數(shù)載

25、流子的壽命。根據(jù)上式可知LED的的3dB帶寬為：帶寬為：312dBef754、 溫度特性溫度特性 LD閾值器件，其閾值隨溫度升高而增加，因閾值器件，其閾值隨溫度升高而增加，因則需要?jiǎng)t需要ATC電路，而電路，而LED是無(wú)閾值器件，溫度特是無(wú)閾值器件，溫度特性較好，不需要性較好，不需要ATC電路。電路。 LED的調(diào)制帶寬影響著系統(tǒng)的可傳輸容量，帶寬的調(diào)制帶寬影響著系統(tǒng)的可傳輸容量，帶寬越小，可驅(qū)動(dòng)的信號(hào)容量就越小。通常越小，可驅(qū)動(dòng)的信號(hào)容量就越小。通常LED的調(diào)制帶的調(diào)制帶寬為寬為100M以下，就也是以下，就也是LED使用于低速光纖傳輸系使用于低速光纖傳輸系統(tǒng)的主要原因。統(tǒng)的主要原因。767778

26、 光發(fā)射機(jī)的主要作用是以電路的方式完成光電轉(zhuǎn)光發(fā)射機(jī)的主要作用是以電路的方式完成光電轉(zhuǎn)換作用，即完成光信號(hào)的調(diào)制功能；以一定規(guī)律將信換作用，即完成光信號(hào)的調(diào)制功能；以一定規(guī)律將信息通過(guò)電設(shè)備調(diào)制到光載波的設(shè)備；把要傳輸?shù)碾娦畔⑼ㄟ^(guò)電設(shè)備調(diào)制到光載波的設(shè)備；把要傳輸?shù)碾娦盘?hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)；在光纖通信系號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)；在光纖通信系統(tǒng)中有著非常大的作用。統(tǒng)中有著非常大的作用。791、按照光源和調(diào)制信號(hào)的關(guān)系分類(lèi)：、按照光源和調(diào)制信號(hào)的關(guān)系分類(lèi)：80調(diào)制：將信息加載到光信號(hào)中。調(diào)制：將信息加載到光信號(hào)中。1）直接調(diào)制（內(nèi)調(diào)制）：信息直接調(diào)制光的輸入電流，）直接調(diào)制（內(nèi)

27、調(diào)制）：信息直接調(diào)制光的輸入電流，目前廣泛使用的調(diào)制方法。目前廣泛使用的調(diào)制方法。模擬信號(hào)的直接調(diào)制：直接讓模擬信號(hào)的直接調(diào)制：直接讓LD的注入電流隨反映語(yǔ)的注入電流隨反映語(yǔ)音或圖像等模擬量變化，從而使音或圖像等模擬量變化，從而使LD的輸出光功率隨的輸出光功率隨模擬信號(hào)變化。為了使已調(diào)制的光波信號(hào)的非線性失模擬信號(hào)變化。為了使已調(diào)制的光波信號(hào)的非線性失真小，應(yīng)適當(dāng)選擇直流偏置注入電流的大小。真小，應(yīng)適當(dāng)選擇直流偏置注入電流的大小。對(duì)于對(duì)于LED的調(diào)制，由于光功率大小只有正值，因而應(yīng)選的調(diào)制，由于光功率大小只有正值，因而應(yīng)選擇好工作電流擇好工作電流I0，應(yīng)保證輸入的信號(hào)都能夠調(diào)制，輸，應(yīng)保證輸入

28、的信號(hào)都能夠調(diào)制，輸出信號(hào)不失真。出信號(hào)不失真。8182838485 861、光發(fā)射機(jī)的組成、光發(fā)射機(jī)的組成87882. 光發(fā)送機(jī)的主要指標(biāo)光發(fā)送機(jī)的主要指標(biāo) (1) 平均發(fā)送光功率及其穩(wěn)定度平均發(fā)送光功率及其穩(wěn)定度 ：平均發(fā)送光功率又：平均發(fā)送光功率又稱(chēng)為平均輸出光功率，通常是指光源尾巴光纖的平稱(chēng)為平均輸出光功率，通常是指光源尾巴光纖的平均輸出光功率。輸出光功率適當(dāng)，穩(wěn)定。均輸出光功率。輸出光功率適當(dāng)，穩(wěn)定。 (2) 消光比：消光比定義為最大平均發(fā)送光功率與最小消光比：消光比定義為最大平均發(fā)送光功率與最小平均發(fā)送光功率之比，消光比通常為（平均發(fā)送光功率之比，消光比通常為（5%10%）。通）。通常用符號(hào)常用符號(hào)EX表示：表示： EX 最大平均發(fā)送光功率最小平均發(fā)送光功率893、輸出光脈沖和輸入光脈沖一致。