半導體激光器原理及在光纖通信中的應用課件

半導體激光器的工作原理

及在光纖通信中的應用半導體激光器的工作原理

及在光纖通信中的應用1小組人員小組人員21960年5月15日，加州休斯實驗室的梅曼（T.H.Maiman,1927）制成了世界上第一臺紅寶石激光器，獲得了世界上第一束激光，波長為694.3納米。紅寶石激光器1960年5月15日，加州休斯實驗室的梅曼（T.H.Mai3連續(xù)式（功率可達104W）脈沖式（瞬時功率可達1017W/cm2

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2、按工作方式分類激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質中放大或振蕩發(fā)射的器件。激光器的種類：1、按工作物質分類

固體激光器（如紅寶石Al2O3）液體激光器（如某些染料）氣體激光器（如He-Ne、CO2）半導體激光器（如砷化鎵GaAs）自由電子激光器激光器連續(xù)式（功率可達104W）2、按工作方式分類4半導體激光器（LaserDiode)

半導體激光器是向半導體PN結注入電流，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布，產生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實現(xiàn)光放大而產生激光振蕩的。光受激輻射、發(fā)出激光必須具備三個要素：激活介質經受激后能實現(xiàn)能級之間的躍遷；能使激活介質產生粒子數(shù)反轉的泵浦裝置；放置激活介質的諧振腔，提供光反饋并進行放大，發(fā)出激光。半導體激光器（LaserDiode)半導體激光器是5半導體激光器的工作原理半導體激光器的工作原理6hυ初態(tài)E2E1終態(tài)E2E1受激輻射：在高能級E2的電子，受到入射光的作用，被迫躍遷到低能級E1上與空穴復合，釋放的能量產生光輻射，這種躍遷稱為受激輻射。

光子的特點：相干光

產生激光的必要條件一：受激輻射占主導地位半導體激光器的工作原理hυ初態(tài)E2E1終態(tài)E2E1受激輻射：在高能級E2的電子，受7導帶價帶導帶價帶正常分布反轉分布產生激光的必要條件二：粒子數(shù)反轉分布半導體激光器的工作原理導帶價帶8光增益ECEV產生激光的必要條件三：有光學諧振腔半導體激光器的工作原理光增益ECEV產生激光的必要條件三：有光學諧振腔半導體激光器9請看半導體激光器產生激光原理—動畫演示請看半導體激光器產生激光原理—動畫演示10半導體激光器基本結構1）、同質結半導體激光器

正向電壓V時形成的雙簡并能帶結構PN能帶PN結LD的特點：閾值電流高，常溫下不能連續(xù)工作半導體激光器基本結構1）、同質結半導體激光器正向電112）、異質結半導體激光器

為了獲得高勢壘,要求兩種材料的禁帶寬度有較大的差值。同質結、異質結結構示意圖2）、異質結半導體激光器為了獲得高勢壘,要求兩種材料的禁帶12電信號輸入調制光源光放大器光檢測器信號恢復電信號輸出光發(fā)射機尾纖連接器光纖光纖接頭盒光耦合器其它設備光接收機光纖接頭盒連接器再生中繼器尾纖光纖光纖

光纖通信原理光纖通信是用光作為信息的載體，以光纖作為傳輸介質的一種通信方式。

圖：光纖通信系統(tǒng)的構成電信號輸入調制光源光放大器光檢測器信號恢復電信號輸出光發(fā)射機13

光纖通信的基本單元為三個部分：光發(fā)射機、光纖和光接收機。光發(fā)射機由將帶有信息的電信號轉換成光信號的轉換裝置和將光信號送入光纖的傳輸裝置組成，其中光源是其核心部件，由半導體發(fā)光二極管LED（LightEmissionDiode）或者激光二極管LD（LaserDiode）構成。LD在光纖通信中的應用低能帶高能帶EC3EV2hνEC2EC1EV3EV1hν輸入光hν輸出光圖：光的受激發(fā)射（激光二極管）圖：光發(fā)射模塊實物圖光纖通信的基本單元為三個部分：光發(fā)射機、光纖和光接收14光纖放大器

光信號沿光纖傳輸一定距離后，會因為光纖的衰減特性而減弱，從而使傳輸距離受到限制。為了使信號傳送的距離更大，就必須增強光信號。光放大器起著對光波放大的作用，用于彌補光信號傳輸一定距離后，因光纖衰減致使的光功率減弱。大功率LD的重要應用就是作為光纖放大器的泵浦光源。

光放大器是基于受激輻射機理來實現(xiàn)入射光功率放大的，工作原理如圖：隔離器輸入光激活介質泵浦源隔離器輸出光圖：光放大器的原理光纖放大器光信號沿光纖傳輸一定距離后，會因15光纖通信為什么選用LD？比較理想的光源。發(fā)出的光：激光，是一種相干光。發(fā)光原理：受激輻射。優(yōu)點：尺寸小，耦合效率高，響應速度快，波長和尺寸與光纖尺寸適配，可直接調制，相干性好。實用性：適用于高效率、大容量的光纖通信系統(tǒng)。 IF(mA)P(mW)圖：LD外形圖和輸出特性光纖通信為什么選用LD？比較理想的光源。IF(mA)P(16LD在光纖通信中的作用

1978年，半導體激光器開始應用于光纖通信系統(tǒng)，半導體激光器可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過大規(guī)模集成電路平面工藝組成光電子系統(tǒng)。由于半導體激光器有著超小型、高效率和高速工作的優(yōu)異特點，所以這類器件的發(fā)展，一開始就和光通信技術緊密結合在一起，它在光通信、光變換、光互連、并行光波系統(tǒng)、光信息處理和光存貯、光計算機外部設備的光禍合等方面有重要用途。半導體激光器的問世極大地推動了信息光電子技術的發(fā)展，到如今，它是當前光通信領域中發(fā)展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源.半導體激光器再加上低損耗光纖，對光纖通信產生了重大影響，并加速了它的發(fā)展。因此可以說，沒有半導體激光器的出現(xiàn)，就沒有當今的光通信。LD在光纖通信中的作用1978年，半導體激光器開始應17LD在其他方面的應用半導體激光器還廣泛應用于電子元器件、手機通訊、鐘表