第3章光收發(fā)設備-wenkub
2023-03-06 08:35:03 本頁面
【正文】 是在沒有外界作用的條件下自發(fā)產(chǎn)生的，是自發(fā)躍遷。 ? 這些所允許的能量值因軌道不同，都是一個個地分開的，即是不連續(xù)的。 ? 光具有波、粒兩重性。 ? 目前用于光纖通信的光源包括半導體激光器（Laser Diode， LD）和半導體發(fā)光二極管（ Light Emitting Diode， LED 12 半導體光器件 激光器的物理基礎 激光器的工作原理 半導體激光器的結構、工作原理及工作特性 分布反饋半導體激光器 量子阱半導體激光器 13 激光器的物理基礎 1．光子的概念 2．費米能級 3．光和物質的相互作用 14 1．光子的概念 ? 光是由能量為 hf的光量子組成的，其中h= 1034J （ 9）其他保護、監(jiān)測電路：如光源過流保護電路、無光告警電路、 LD偏流（壽命）告警等。 （ 5）時鐘提?。禾崛?PCM中的時鐘信號，供給其它電路使用。 圖 32 數(shù)字光發(fā)送機原理方框圖 光發(fā)送機的基本組成 7 （ 1）均衡放大：補償由電纜傳輸所產(chǎn)生的衰減和畸變。 )dB(lg100011PPEXT ?5 （ 3）調制特性要好 所謂調制特性好，是指光源的 P?I曲線在使用范圍內線性特性好，否則在調制后將產(chǎn)生非線性失真。光源應有合適的光功率輸出，一般為～ 5mW。每一部光端機又包含光發(fā)送機和光接收機兩部分，通信距離長時還要加光中繼器。第 3章 光收發(fā)設備 光端機的基本概念 半導體光源 半導體光電檢測器 光放大器 無源光器件 1 光發(fā)送機與光接收機統(tǒng)稱為光端機。光發(fā)送機完成 E/O轉換，光接收機完成 O/E轉換，光纖實現(xiàn)光信號的傳輸，光中繼器延長通信距離。 光發(fā)送機 4 （ 2）有較好的消光比 消光比的定義為全“ 1”碼平均發(fā)送光功率與全“ 0”碼平均發(fā)送光功率之比。 除此之外，還要求電路盡量簡單、成本低、穩(wěn)定性好、光源壽命長等。 （ 2）碼型變換：將 HDB3碼或 CMI碼變化為 NRZ碼。 光發(fā)送機的各部分功能 8 （ 6）調制（驅動）電路：完成電 /光變換任務。 光發(fā)送機的各部分功能 9 光接收機作用是將光纖傳輸后的幅度被衰減、波形產(chǎn)生畸變的、微弱的光信號變換為電信號，并對電信號進行放大、整形、再生后，再生成與發(fā)送端相同的電信號，輸入到電接收端機，并且用自動增益控制電路（ AGC）保證穩(wěn)定的輸出。S，稱為普朗克常數(shù)； f是光波頻率。 15 2．費米能級 （ 1 ? 物質是由原子組成的，而原子是由原子核和核外電子構成的。我們把這些分立的能量值稱為原子的不同能級。 ② ③ hEEf 12 ??20 3．光和物質的相互作用 ? 圖 35 原子的自發(fā)輻射 21 3．光和物質的相互作用 （ 2 ? 物質在外來光子的激發(fā)下，低能級上的電子吸收了外來光子的能量，而躍遷到高能級上，這個過程叫做受 ? ① 這個過程必須在外來光子的激發(fā)下才會產(chǎn)生，因此是 ② ③ 受激躍遷的過程不是放出能量，而是消耗外來光能。 ② 受激過程中發(fā)射出來的光子與外來光子不僅頻率相同，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。 ? 這種粒子數(shù)一反常態(tài)的分布，稱為粒子數(shù)反轉分布。 29 3．光學諧振腔 ? ① 光學諧振腔的結構。 ? 激活物質和光學諧振腔是產(chǎn)生激光振蕩的必要條件。 （ 1）光源的發(fā)光波長應符合目前光纖的三個低損耗窗口 ,即短波長波段的 、長波長波段的 。 ? 在半導體激光器中，從光振蕩的形式上來看，主要有兩種方式構成的激光器， –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。 ② P型半導體和 N型半導體的形成。 Ⅰ PN結空間電荷區(qū)的形成。 49 1．半導體激光器（ LD）的結構和工作原理 ? 圖 316 PN結形成后的能帶分布 50 1．半導體激光器（ LD）的結構和工作原理 ? 圖 317 外加正偏壓后 PN結的能帶分布 51 2．半導體激光器的工作特性 （ 1 ? 對于半導體激光器，當外加正向電流達到某一值時，輸出光功率將急劇增加，這時將產(chǎn)生激光振蕩，這個電流值稱為閾值電流，用 It表示。 57 2．半導體激光器的工作特性 圖 321 激光器閾值電流隨溫度變化的曲線 58 2．半導體激光器的工作特性 （ 4 ? 半導體激光器是把電功率直接轉換成光功率的器件，衡量轉換效率的高低常用功率轉換效率 ? 激光器的功率轉換效率定義為輸出光功率與消耗的電功率之比，用 ηP表示。而在 DFB激光器中， 62 分布反饋半導體激光器 2． DBR激光器 ? DBR激光器是將光柵刻在有源區(qū)的外面。它是利用材料的光電效應實現(xiàn)光電 ? 目前在光纖通信系統(tǒng)中，常用的半導體光電檢測器有兩種，一種是 PIN光電二極管，另一種是APD雪崩光電二極管。 ? 雪崩光電二極管隨使用的材料不同有幾種：Si—APD（工作在短波長區(qū)）； Ge—APD，InGaAs—APD等（工作在長波長區(qū)）。 ? ? 一個快速響應的光電檢測器，它的響應時間一定是短 ? 上面討論的響應時間是從時域角度來看的，若從頻域 81 3．暗電流 ID ? 理想條件下，當沒有光照射時，光電檢測器應無光電流輸出。 ? 在忽略暗電流影響條件下，它定義為
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