光收發(fā)設(shè)備概述-文庫(kù)吧
2025-02-10 03:57 本頁(yè)面
【正文】 做受激輻射。 ? ① 外來(lái)光子的能量等于躍遷的能級(jí)之差。 ② 受激過(guò)程中發(fā)射出來(lái)的光子與外來(lái)光子不僅頻率相同，而且相位、偏振方向和傳播方向都相同，因此稱它們是全同光子。 ③ 24 3．光和物質(zhì)的相互作用 ? 圖 37原子的受激輻射 25 激光器的工作原理 ? ? 要使得光產(chǎn)生振蕩，必須先使光得到放大，而產(chǎn)生光放大的前提，由前面的討論可知，是物質(zhì)中的受激輻射必須大于受激吸收。 ? 受激輻射是產(chǎn)生激光的關(guān)鍵。 26 激光器的工作原理 1．粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布與光放大之間的關(guān)系 2．激光器的基本組成 3．光學(xué)諧振腔 4．激光器的參量 27 1．粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布與光放大之間的關(guān)系 ? ? 要想物質(zhì)能夠產(chǎn)生光的放大，就必須使受激輻射作用大于受激吸收作用，也就是必須使 N2N1。 ? 這種粒子數(shù)一反常態(tài)的分布，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 ? 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)是使物質(zhì)產(chǎn)生光放大的必要條件。 ? 將處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的物質(zhì)稱為增益物質(zhì)或激活物質(zhì)。 28 2．激光器的基本組成 ? 激光振蕩器必須包括以下三個(gè)部分： –能夠產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)， –能夠使工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的激勵(lì)源， –能夠完成頻率選擇及反饋?zhàn)饔玫墓鈱W(xué)諧振腔。 29 3．光學(xué)諧振腔 ? ① 光學(xué)諧振腔的結(jié)構(gòu)。 ? 在增益物質(zhì)兩端，適當(dāng)?shù)奈恢?，放置兩個(gè)反射鏡 M1和M2互相平行，就構(gòu)成了最簡(jiǎn)單的光學(xué)諧振腔。 ? 如果反射鏡是平面鏡，稱為平面腔；如果反射鏡是球 ? 對(duì)于兩個(gè)反射鏡，要求其中一個(gè)能全反射，如 M1的反射系數(shù) r=1；另一個(gè)為部分反射，如 M2r1 ? ② 30 3．光學(xué)諧振腔 ? 圖 38 光學(xué)諧振腔的結(jié)構(gòu) 31 3．光學(xué)諧振腔 ? 圖 39 激光器示意圖 32 3．光學(xué)諧振腔 ? 綜合上述分析可知，要構(gòu)成一個(gè)激光器，必須具備以下三個(gè)組成部分：工作物質(zhì)、泵浦源和光學(xué)諧振腔。 ? 工作物質(zhì)在泵浦源的作用下發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，成為激活物質(zhì)，從而有光的放大作用。 ? 激活物質(zhì)和光學(xué)諧振腔是產(chǎn)生激光振蕩的必要條件。 33 4．激光器的參量 （ 1）平均衰減系數(shù) α ? 在光學(xué)諧振腔內(nèi)產(chǎn)生振蕩的先決條件是放大的光能要足以抵消腔內(nèi)的損耗。 ? 諧振腔內(nèi)損耗的大小用平均衰減系數(shù) α表示為 21iri1ln21rrl???? ????34 4．激光器的參量 （ 2 ? 激活物質(zhì)的放大作用用增益系數(shù) G ? G表示光通過(guò)單位長(zhǎng)度的激活物質(zhì)之后，光強(qiáng)增 35 4．激光器的參量 ? 圖 310 激活物質(zhì)的放大作用 36 4．激光器的參量 （ 3 ? 將激光器能產(chǎn)生激光振蕩的最低限度稱為激光器的閾 ? 閾值條件為 ? 其中 Gt ? 激光器的閾值條件只決定于光學(xué)諧振腔的固有損耗。 21it1ln21rrlG ??? ??37 4．激光器的參量 （ 4 ? ? 光學(xué)諧振腔的諧振條件或稱駐波條件 qL2g ??38 半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)、工作原理及工作特性 ? 半導(dǎo)體激光器是有閾值的器件，它和發(fā)光二極管（ LED ? 光纖通信對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光器件的基本要求有下列幾點(diǎn)。 （ 1）光源的發(fā)光波長(zhǎng)應(yīng)符合目前光纖的三個(gè)低損耗窗口 ,即短波長(zhǎng)波段的 、長(zhǎng)波長(zhǎng)波段的 。 （ 2）能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，并能提供足夠的光輸出功率。 （ 3 （ 4）光源的譜線寬度窄。 （ 5 39 半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)、工作原理及工作特性 1．半導(dǎo)體激光器（ LD 2．半導(dǎo)體激光器的工作特性 40 1．半導(dǎo)體激光器（ LD）的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 用半導(dǎo)體材料作為激活物質(zhì)的激光器，稱為半導(dǎo)體激光器。 ? 在半導(dǎo)體激光器中，從光振蕩的形式上來(lái)看，主要有兩種方式構(gòu)成的激光器， –一種是用天然解理面形成的 FP腔（法布里 珀羅諧振腔），這種激光器稱為 FP腔激光器； –另一種是分布反饋型（ DFB）激光器。 41 1．半導(dǎo)體激光器（ LD）的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? FP腔激光器從結(jié)構(gòu)上可分為同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器、單異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器和雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器。 42 1．半導(dǎo)體激光器（ LD）的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 圖 311 半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖 43 1．半導(dǎo)體激光器（ LD）的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 圖 312 InGaAsP雙異質(zhì)結(jié)條形激光器示意圖 44 1．半導(dǎo)體激光器（ LD）的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 半導(dǎo)體的能帶分布。 ① 本征半導(dǎo)體的能帶分布。 ② P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體的形成。 ③ 在重?fù)诫s情況下， N型半導(dǎo)體和 P型半導(dǎo)體的能帶分布。 ④ PN結(jié)外加正偏壓后的能帶分布以及激光的產(chǎn)生。 45 1．半導(dǎo)體激光器（ LD）的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 圖 313 本征半導(dǎo)體的能帶分布 46 1．半導(dǎo)體激光器（ LD）的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 圖 314 N型半導(dǎo)體和 P型半導(dǎo)體重?fù)诫s能帶圖 47 1．半導(dǎo)體激光器（ LD）的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 圖 315 PN結(jié)空間電荷區(qū) 48 1．半導(dǎo)體激光器（ LD）的結(jié)構(gòu)和工作原理 ④ PN結(jié)外加正偏壓后的能帶分布以及激光的產(chǎn)生。 Ⅰ PN結(jié)空間電荷區(qū)的形成。 Ⅱ PN結(jié)形成后的能帶分析。 Ⅲ PN結(jié)外加正偏壓后的能帶分布。 Ⅳ 激光的產(chǎn)生。 49 1．半導(dǎo)體激光器（ LD）的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 圖 316 PN結(jié)形成后的能帶分布 50 1．半導(dǎo)體激光器（ LD）的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 圖 317 外加正偏壓后 PN結(jié)的能帶分布 51 2．半導(dǎo)體激光器的工作特性 （ 1 ? 對(duì)于半導(dǎo)體激光器，當(dāng)外加正向電流達(dá)到某一值時(shí)，輸出光功率將急劇增加，這時(shí)將產(chǎn)生激光振蕩，這個(gè)電流值稱為閾值電流，用 It表示。 （ 2 ? 半導(dǎo)體激光器的光譜隨著激勵(lì)電流的變化而變化。 ? 52 2．半導(dǎo)體激光器的工作特性 ? 圖 318 激光器輸出特性曲線 53 2．半導(dǎo)體激光器的工作特性 （ 2 ? 半導(dǎo)體激光器的光譜隨著激勵(lì)電流的變化而變化。 ? 54 2．半導(dǎo)體激光器的工作特性
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