【正文】 的電子數(shù)少。 E2 E1 h? E 光與物質(zhì)的相互作用 ? 能級的躍遷 ? □ 受激輻射 ? 當(dāng)處于高能級 E2的電子，在受到光子能量恰好為 E＝ hv＝ E2－ E1的外來入射光的照射時(shí)，電子在入射光子的刺激下，躍遷回到低能級 E1，而且輻射出一個(gè)與入射光子有相同頻率、相同相位和相同傳播方向的光子，這種類型的躍遷稱為受激躍遷，其輻射稱為受激輻射 hv=E2E1 ? 發(fā)射光子和感應(yīng)光子的頻率，相位，偏振方向，傳播方向相同。光源是光發(fā)送機(jī)的核心器件。 ? □自發(fā)輻射 處在 E2上的電子自發(fā)地躍遷到 E1上，并發(fā)射一個(gè)光子， 光子 頻率為 ?，能量為： ?=h? =E2E1 h為普朗克常數(shù)，其值為 1034焦耳 光與物質(zhì)的相互作用 ? 晶體的能帶 電子在原子之間作共有化運(yùn)動(dòng)，受相鄰原子的影響，原子的能級擴(kuò)展為能帶。 第四章 光源與光發(fā)送機(jī) 半導(dǎo)體光源的工作原理 LED工作原理 LD工作原理 ? LD與 LED ? 激光器被視為 20世紀(jì)的三大發(fā)明（還有半導(dǎo)體和原子能）之一，特別是半導(dǎo)體激光器 LD倍受重視 。 ? LED通常和多模光纖耦合，用于 、短距離的光通信系統(tǒng)。 ? 按結(jié)構(gòu)分類 ： FP LD、 DFB LD、 DBR LD、 QW LD、 VCSEL ? 按波導(dǎo)機(jī)制分類 ：增益導(dǎo)引 LD和折射率導(dǎo)引 LD ? 按性能分類 ：低閾值 LD、 超高速 LD、 動(dòng)態(tài)單模 LD、 大功率 LD ? 按結(jié)構(gòu)分類 ：同質(zhì)結(jié)：只有一個(gè) PN結(jié)且 P區(qū)和 N區(qū)為同一物質(zhì)；單異質(zhì)結(jié)（ LH）：由兩種不同材料 (如 GaAs和GaAlAs)構(gòu)成的 PN結(jié)；雙異質(zhì)結(jié)（ DH） :有三種材料，有源區(qū)被禁帶寬度大、折射率較低的介質(zhì)材料包圍 。 ? 激光器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)受激發(fā)射的光振蕩放大器。為了維持單模，減小光譜展寬，需研究動(dòng)態(tài)單模激光器 ?DFB LD及 DBR LD（ 光纖通信最有前途的實(shí)用化器件） F－ P LD的結(jié)構(gòu) 很難將光導(dǎo)引到光纖 增益導(dǎo)引半導(dǎo)體激光器：沿激光長度方向放置一個(gè)窄的條形電極，將注入電流限制在一個(gè)窄條里。在雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，有三種材料，有源區(qū)被禁帶寬度大、折射率較低的介質(zhì)材料包圍。 ? 分布式反饋 ?非常好的單色性和方向性 DFB LD基本工作原理 ? 在有源區(qū)介質(zhì)表面上使用全息光刻法做成周期性的波紋形狀 。 ? 發(fā)光二極管發(fā)射的是自發(fā)輻射光 ， 沒有光學(xué)諧振腔對波長的選擇 ， 譜線寬 ， 短波長 LED譜線寬度為 25～ 40nm。 ? 正向電流 （ IF）： 可以施加到器件上且不產(chǎn)生器件損傷的最大連續(xù)正向電流。 ? 一個(gè)把 100％注入電流轉(zhuǎn)換成輸出光的理想假設(shè)器件 (即器件沒有以熱形式消耗 )，在理論上應(yīng)具有 100％的 ?d。 這是因?yàn)閷す馄鬟M(jìn)行脈沖調(diào)制時(shí)，注入電流不斷變化，使有源區(qū)里載流子濃度隨之變化，進(jìn)而導(dǎo)致折射率隨之變化，激光器的諧振頻率發(fā)生漂移，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)譜線展寬。是激光器內(nèi)部光電相互作用所表現(xiàn)出來的固有特性。 ?結(jié)果： 當(dāng)最高調(diào)制頻率接近張弛振蕩頻率時(shí)，波形失真嚴(yán)重，會使光接收機(jī)在抽樣判決時(shí)增加誤碼率，因此 實(shí)際使用的最高調(diào)制頻率應(yīng)低于張弛振蕩頻率。 4） 自脈動(dòng) 起因： 注入電流導(dǎo)致溫升，進(jìn)而引起閾值電流的變化，從而輸出光功率也發(fā)生變化。 ? 帶有頻率啁啾的信號在單模光纖中傳播時(shí)，在色散作用下，將增大非線性失真。 ? ?00 e x p TTII th ?峰值波長隨溫度變化： 半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長隨結(jié)區(qū)溫度而變化。 一、直接調(diào)制的特點(diǎn)： ? 將要傳送的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘栕⑷?LD或 LED ? 調(diào)制后的光波振幅的平方比例于調(diào)制信號（強(qiáng)度調(diào)制） ? 簡單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn) ? 響應(yīng)帶寬有限（ ~） ? 引入調(diào)制啁啾，影響通信系統(tǒng)性能 ? 加大偏置電流使其逼近激光器閾值，可以大大減小電光延遲時(shí)間，同時(shí)使 張馳振蕩 得到一定程度的抑制 . ? 偏置于閾值附近，較小的調(diào)制脈沖電流即可得到足夠的輸出光脈沖，從而可大大減小 碼型效應(yīng)和結(jié)發(fā)熱效應(yīng) 的影響 . ? 另一方面，加大直流偏置電流將會使光信號 消光比 (EX)惡化，光源消光比將直接影響接收機(jī)靈敏度 . ? 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，異質(zhì)結(jié)激光器的 散粒噪聲 在閾值處出現(xiàn)最大值，因此偏置電流不正好偏置在閾值處 . ? 調(diào)制電流幅度 Im的選擇，應(yīng)根據(jù)激光器的 PI曲線，既要有足夠的輸出光脈沖幅度，又要考慮到光源的負(fù)擔(dān)。占用帶寬較窄。 SMSR=10lg（ M1/M2）。由于發(fā)射光譜線寬、方向性差、響應(yīng)速度慢，所以 只適用于速率較低的通信系統(tǒng) 。 本章小結(jié)（二） 。 LD是一種 閾值器件 ，只有當(dāng)注入電流達(dá)到閾值電流后，激光器才開始激射。 光發(fā)射機(jī)的參數(shù) (3) 第四章 光源與光發(fā)送機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路與輔助電路 對驅(qū)動(dòng)電路的要求： ? 能提供較大的穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流； ? 足夠快的響應(yīng)速度，最好大于光源的驅(qū)動(dòng)速度； ? 保證光源具有穩(wěn)定的輸出特性。有關(guān)各種調(diào)制碼型的研究很多。 ? 調(diào)制信號啁啾小。 InGaAsP/InP激光器的發(fā)射波長隨注入電流漂移的情況，此激光器沒加溫度控制，由于電流的熱效應(yīng)，使結(jié)溫度升高，從而使發(fā)射波長漂移。 ? 解決辦法：采用外部調(diào)制器。 消除方法： 適當(dāng)增加偏置電流 5）結(jié)發(fā)熱效應(yīng)： 半導(dǎo)體激光器是對溫度很敏感的器件，不僅環(huán)境溫度的變化會使激光器的閾值電流以及輸出光功率發(fā)生變化，注入電流的熱效應(yīng)也會發(fā)生類似的變化 —— 結(jié)發(fā)熱效應(yīng)。 ?采用預(yù)偏置在 Ith附近的方法，可減小張弛振蕩 2） 張弛振蕩 偏置電流越大越好？ 3）碼型效應(yīng)： 由于電光延遲，輸出光脈沖會出現(xiàn)碼型效應(yīng)。 張弛振蕩和自脈動(dòng)的結(jié)合。 激光器的發(fā)射光譜隨調(diào)制電流變化的情況 動(dòng)態(tài)單縱模半導(dǎo)體激光器 ?實(shí)現(xiàn) LD單縱模工作的方法： ?采用短腔結(jié)構(gòu)， 增大相鄰縱模間隔 ,使增益譜線范圍內(nèi)只有一個(gè)譜線存在，短腔制造困難， LD輸出功率低。這些波長取決于激光器縱向長度 L，并稱為激光器的縱模 2 nL q??? LD的縱模 縱模反應(yīng) LD光譜的性質(zhì) 導(dǎo)帶 價(jià)帶 禁帶 ? 半導(dǎo)體的能帶 自發(fā)輻射光譜 ? 縱模間隔 ? 2nl =q? ? 2nl =(q+1)(????q) ??q: 縱模間隔 ??q???? q1 LD的譜線 (縱模 ) ? ? ?? ??q P ?0 多縱模 ? LD的譜線 (縱模 ) ?? ?0 P ? 單縱模 I=Ith I= I=2Ith ? 縱模數(shù)隨注入電流 (直流 )變化 隨注入電流增大，縱模數(shù)減少。 P－ I特性 典型的 P－ I曲線 P－ I曲線： 激光二極管的總發(fā)射光功率 P與注入電流I的關(guān)系曲線。 1 . 2 4 (ggghc E e VEE? ? ?