光纖通信技術第四章(編輯修改稿)
2025-06-18 15:17 本頁面
【文章內容簡介】 ? ? ?? ?? ?mAdImWdPmdIdPEqqIdhPdge ???? ???（對 GaALAs材料） 2. 外微分量子效率 ?e： ? 內量子效率 ?i是衡量激光二極管把電子－空穴對（注入電流）轉換成光子能力的一個參數(shù)。 ? 與 ?e不同的的是， ?i與激光二極管的幾何尺寸無關，是評價激光二極管半導體晶片質量的主要參數(shù)。 ? ?i和 ?e既又關系又有差別。 ?i是 激光二極管把電子－空穴對（注入電流）轉換成光子（光）效率的直接表示，但要注意，并非所有光子都出射成為輸出光，有些光子由于各種內部損耗而被重新吸收。 ?e是激光二極管把電子－空穴對（注入電流）轉換成輸出光的效率象征。 ?e總是比 ?i小 。 內量子效率 ?i= 有源區(qū)內每秒鐘產生的光子數(shù) 有源區(qū)內每秒鐘注入的電子 空穴對數(shù) 3. 內量子效率 ?i： ? T0LD的特征溫度，與器件的材料、結構等有關。 T0代表 Ith對溫度的靈敏度，也可解釋為激光二極管的熱穩(wěn)定性。較高的 T0意味著當溫度快速增加時，激光二極管 Ith增加不大。 對于 GaAs/GaALAs LD T0=100~150K；InGaAsP/InPLD T0=40~70K。 不同溫度下的 P－ I曲線 4. 溫度特性： 溫度升高時性能下降，閾值電流隨溫度按指數(shù)增長。 ? ?00 e x p TTII th ? LD的模式特性首先取決于光腔的三個線度（橫向、側向、縱向的尺寸）及介質特性。通常腔內能存在許多模式，但只有獲得凈增益（滿足閾值條件）的那些模式才能被激勵，它的頻率才會出現(xiàn)在輸出光中。在實際應用中， 模式的穩(wěn)定性和線寬 是對系統(tǒng)性能影響較大的兩個參量。 LD工作在基橫模時，相干性最好，因此要求 LD在設計和結構上 保證基橫模工作 。根據(jù)基橫模的條件通過對光載流子的橫向以及垂直向限制、減小有源區(qū)寬度和厚度等措施可以實現(xiàn) LD的基橫模工作。 (詳見《激光原理》 ) 二、半導體激光器的模式特性 激光器縱模的概念： 激光器的縱模反映激光器的光譜性質。對于半導體激光器，當注入電流低于閾值時，發(fā)射光譜是導帶和價帶的自發(fā)發(fā)射譜，譜線較寬；只有當激光器的注入電流大于閾值后，諧振腔里的增益才大于損耗，自發(fā)發(fā)射譜線中滿足駐波條件的光頻率才能在諧振腔里振蕩并建立起場強，這個場強使粒子數(shù)反轉分布的能級間產生受激輻射，而其他頻率的光卻受到抑制，使激光器的輸出光譜呈現(xiàn)出以一個或幾個模式振蕩，這種振蕩稱之為激光器的縱模。 I=67mA P= I=75mA P= I=100mA P=10mW I=95mA P=6mW I=80mA P=4mW 隨著電流增加，主模的增益增加，而邊模的增益減小，縱模數(shù)減少，一個模式開始占優(yōu)勢，直到出現(xiàn)單個窄線寬的光譜為止。 縱模數(shù)隨注入電流而變： 在眾多的縱模中，只有那些頻率落在增益介質的增益曲線范圍內，且增益大于損耗的那些腔模才能在 LD的輸出中存在。 譜線特性： 在縱向，光波以駐波形式振蕩。 諧振頻率（正入射） : nLcmf2?m正整數(shù)； L腔長； n材料折射。 相鄰縱模的頻率間隔 : 增益曲線： ?????? ???2202)(e xp)0()(???? gg?0增益譜中心波長，由增益介質的能級差決定； ?增益譜寬，由增益介質內原子熱運動（多普勒加寬）和原子碰撞（均勻加寬）造成； g(0)正比于粒子數(shù)反轉的最大增益 nLcf2?? 峰值波長隨溫度變化： 半導體激光器的發(fā)射波長隨結區(qū)溫度而變化。當結溫升高時，半導體材料的禁區(qū)帶寬變窄，因而使激光器發(fā)射光譜的峰值波長移向長波長。 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，使結溫度升高，從而使發(fā)射波長漂移。 動態(tài)譜線展寬： 動態(tài)譜線展寬對高速光纖通信非常不利，各種動態(tài)單模激光器已得到迅速發(fā)展 ?DFB LD及 DBR LD。 對激光器進行直接強度調制會使發(fā)射譜線增寬，振蕩模數(shù)增加。這是因為對激光器進行脈沖調制時，注入電流不斷變化，使有源區(qū)里載流子濃度隨之變化，進而導致折射率隨之變化，激光器的諧振頻率發(fā)生漂移，動態(tài)譜線展寬。 調制速率越高，調制電流越大，譜線展寬的越多。 激光器的發(fā)射光譜隨調制電流變化的情況 動態(tài)單模半導體激光器： ?實現(xiàn) LD單縱模工作的方法： ?采用短腔結構， 增大相鄰縱模間隔 ,使增益譜線范圍內只有一個譜線存在，短腔制造困難， LD輸出功率低。 ?采用波長選擇反饋， 使不同的縱模有不同的損耗，包括：分布反饋結構和耦合腔結構。 ?單縱模 LD的性能通常由 邊模抑制比（ MSR） 來表征，定義為 MSR=Pmm/Psm Pmm為主模功率； Psm為最大邊模功率。 一個較好的單縱模 LD，
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