光收發(fā)設(shè)備概述(編輯修改稿)
2025-03-10 03:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ? 圖 319 GaAs激光器的光譜 55 2．半導(dǎo)體激光器的工作特性 ? 圖 320 GaAlAs/GaAs激光器的典型輸出光譜 56 2．半導(dǎo)體激光器的工作特性 （ 3 ? 激光器的閾值電流和光輸出功率隨溫度變化的特性為溫度特性。 57 2．半導(dǎo)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(dǎo)體激光器的工作特性 （ 4 ? 半導(dǎo)體激光器是把電功率直接轉(zhuǎn)換成光功率的器件，衡量轉(zhuǎn)換效率的高低常用功率轉(zhuǎn)換效率 ? 激光器的功率轉(zhuǎn)換效率定義為輸出光功率與消耗的電功率之比，用 ηP表示。 59 分布反饋半導(dǎo)體激光器 ? 分布反饋半導(dǎo)體激光器是一種可以產(chǎn)生動態(tài)控制的單縱模激光器，即在高速調(diào)制下仍然能單縱模工作的半導(dǎo)體激光器。 ? 它是在異質(zhì)結(jié)激光器具有光放大作用的有源層附近， ? 這種激光器又可分為分布反饋激光器（ DFB）及分布布拉格反射激光器兩種，這兩種激光器的工作原理都 ? 布拉格反射是指當(dāng)光波入射到兩種不同介質(zhì)的交界面時，能夠產(chǎn)生周期性的反射，把這種反射稱為布拉格反射。 60 分布反饋半導(dǎo)體激光器 ? 圖 322 分布反饋半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)示意圖 61 分布反饋半導(dǎo)體激光器 1． DFB ? 在普通的半導(dǎo)體激光器中，利用在激活物質(zhì)兩端的反射鏡來實現(xiàn)光反饋。而在 DFB激光器中， 62 分布反饋半導(dǎo)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。 ? 它相當(dāng)于在有源區(qū)的一側(cè)或兩側(cè)加了一段分布式布拉格反射器，起著衍射光柵的作用，因此可以將它看成 ? DBR激光器的特點和工作特性與 DFB激光器類似。但其閾值電流要比 DFB 63 分布反饋半導(dǎo)體激光器 ? 圖 323 DBR半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu) 64 量子阱半導(dǎo)體激光器 ? 量子阱激光器與一般雙異質(zhì)結(jié)激光器類似，只是有源 ? 理論分析表明，當(dāng)有源區(qū)的厚度非常小時，則在有源層與兩邊相鄰層的能帶將出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象，在有源區(qū)的異質(zhì)結(jié)將產(chǎn)生一個勢能阱，因此將產(chǎn)生這種量子效 ? 結(jié)構(gòu)中這種“阱”的作用使得電子和空穴被限制在極薄的有源區(qū)內(nèi)，因此有源區(qū)內(nèi)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的濃度很高。 ? 量子阱半導(dǎo)體激光器還可分為單量子阱和多量子阱激 65 量子阱半導(dǎo)體激光器 ? 圖 324 量子阱半導(dǎo)體激光器 66 半導(dǎo)體光電檢測器 ? 光電檢測器是光纖通信系統(tǒng)中接收端機(jī)中的第一個部件，由光纖傳輸來的光信號通過它轉(zhuǎn)換為電信號。它是利用材料的光電效應(yīng)實現(xiàn)光電 ? 目前在光纖通信系統(tǒng)中，常用的半導(dǎo)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。 67 半導(dǎo)體光電檢測器 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) 光纖通信中常用的半導(dǎo)體光電檢測器 光電檢測器的特性 68 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) ? 半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)是指如下這種情況：光照射到半導(dǎo)體的 PN結(jié)上，若光子能量足夠大，則半導(dǎo)體材料中價帶的電子吸收光子的能量，從價帶越過禁帶到達(dá)導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶中出現(xiàn)光電子，在價帶中出現(xiàn)光空穴，即光電子 —空穴對 69 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) ? 圖 325 半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng) 70 半導(dǎo)體的光電效應(yīng) ? 當(dāng)光照射在某種材料制成的半導(dǎo)體光電二極管上時，若有光電子 —空穴對產(chǎn)生，顯然必須滿足如下關(guān)系，即 ? λc稱為截止波長， fc稱為截止頻率。 gcgcEhchEf???71 光纖通信中常用的半導(dǎo)體光電檢測器 1． PIN光電二極管 2． APD雪崩光電二極管 72 1． PIN光電二極管 ? 圖 326 PIN光電二極管能帶圖 73 1． PIN光電二極管 ? 圖 327 PIN光電二極管結(jié)構(gòu)示意圖 74 2． APD雪崩光電二極管 ? 如果能使電信號進(jìn)入放大器之前，先在光電二極管內(nèi)部進(jìn)行放大，這就引出了一種另外類型的光電二極管，即雪崩光電二極管，又稱 APD（ Avalanche Photo Diode ? 它不但具有光 /電轉(zhuǎn)換作用，而且具有內(nèi)部放大作用，其內(nèi)部放大作用是靠管子內(nèi)部的雪崩倍 75 2． APD雪崩光電二極管 ? （ 1）雪崩光電二極管的雪崩倍增效應(yīng) ? ——在二極管的 PN結(jié)上加高反向電壓，在結(jié)區(qū)形成一個強(qiáng)電場；在高場區(qū)內(nèi)光生載流子被強(qiáng)電場加速，獲得高的動能，與晶格的原子發(fā)生碰撞，使價帶的電子得到了能量；越過禁帶到導(dǎo)帶，產(chǎn)生了新的電子 —空穴對；新產(chǎn)生的電子 —空穴對在強(qiáng)電場中又被加速，再次碰撞，又激發(fā)出新的電子 —空穴對 …… 如此循環(huán)下去，形成雪崩效應(yīng)，使光電流在管子內(nèi)部獲得了倍增。 76 2． APD雪崩光電二極管 （ 2 ? 目前光纖通信系統(tǒng)中，使用的雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)型式，有保護(hù)環(huán)型和拉通（又稱通達(dá)）型。 ? 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)）。 77 2． APD雪崩光電二極管 ? 圖 328 雪崩光電二極管的結(jié)構(gòu)和能帶示意圖 78 光電檢測器的特性 1．響應(yīng)度 R0和量子效率 η 2．響應(yīng)時間 3．暗電流 ID 4．雪崩倍增因子 G 5．倍增噪聲和過剩噪聲系數(shù) F（ G） 79 1．響應(yīng)度 R0和量子效率 η ? 響應(yīng)度和量子效率都是描述這種器件光電轉(zhuǎn)換能力的一種物理量。 ? （ A/W） ? 光電二極管的響應(yīng)度和量子效率與入射光波頻率有關(guān)。 ?hfeRIR??00p0P80 2．響應(yīng)時間 ? 響應(yīng)時間是指半導(dǎo)體光電二極管產(chǎn)生的光電流隨入射光信號變化快慢的狀態(tài)。 ? ? 一個快速響應(yīng)的光電檢測器，它的響應(yīng)時間一定是短 ? 上面討論的響應(yīng)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(dāng)沒有光照射時，光電檢測器應(yīng)無光電流輸出。但是實際上由于熱激勵、宇宙射線或放射性物質(zhì)的激勵，在無光情況下，光電檢測器仍有電流輸出，這種電流稱為暗電流。 ? 嚴(yán)格地說，暗電流還應(yīng)包括器件表面的漏電流。 ? 由理論研究可知，暗電流將引起光接收機(jī)噪聲 82
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