光纖通信系統(tǒng)課件(chapter3)光發(fā)射機(jī)-wenkub.com
2024-12-29 22:46 本頁面
【正文】 分布反饋激光器 (DFB LD)主要和 纖或特殊設(shè)計(jì)的單模光纖耦合，用于超大容量的新型光纖系統(tǒng)。圖 發(fā)光二極管 (LED)的頻率響應(yīng) 半導(dǎo)體光源一般性能和應(yīng)用 ?半導(dǎo)體光源的一般性能表： (LD)和發(fā)光二極管 (LED)的一般性能。定義 fc 為發(fā)光二極管的截止頻率，當(dāng) f = f c =1/(2πτe)時(shí)， |H(fc)|= ， 最高調(diào)制頻率應(yīng)低于截止頻率。 發(fā)光二極管實(shí)際輸出的光子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于有源區(qū)產(chǎn)生的光子數(shù)，一般外微分量子效率 ηd小于 10%。 θ⊥ ≈25176。 發(fā)光二極管發(fā)射的是 自發(fā)輻射光 ， 沒有諧振腔對(duì)波長(zhǎng)的選擇， 譜線較寬 。 分布反饋激光器 的要求： （ 1） 譜線寬度 更窄 （ 2）高速率脈沖調(diào)制下保持 動(dòng)態(tài)單縱模特性 （ 3）發(fā)射 光波長(zhǎng) 更加穩(wěn)定，并能實(shí)現(xiàn)調(diào)諧 （ 4） 閾值電流 更低 （ 5）輸出 光功率 更大 圖 分布反饋 (DFB)激光器 ? (a) 結(jié)構(gòu)； (b) 光反饋 如圖 ，由 有源層 發(fā)射的光，一部分在 光柵波紋峰 反射 (如光線 a)， 另一部分繼續(xù)向前傳播，在鄰近的 光柵波紋峰 反射(如光線 b)。 ? ? 外微分量子效率隨溫度的變化不十分敏感。 溫度升高時(shí)， Ith 增大， ηd減小， 輸出光功率明顯下降，達(dá)到一定溫度時(shí)，激光器就不激射了。弛豫頻率 fr 是調(diào)制頻率的上限，一般激光器的 fr 為 1~2 GHz。 圖 。 圖 GaAlAsDH激光器的近場(chǎng)圖和遠(yuǎn)場(chǎng)圖，近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)是由諧振腔 (有源區(qū) )的橫向尺寸，即平行于 PN結(jié)平面的寬度 w和垂直于結(jié)平面的厚度 t所決定，并稱為激光器的 橫模 。 圖 (b)是 300 Mb/s數(shù)字調(diào)制的光譜特性， 由圖可見，隨著調(diào)制電流增大，縱模模數(shù)增多，譜線寬度變寬。 這些波長(zhǎng)取決于 激光器縱向長(zhǎng)度 L，并稱為激光器的 縱模 。 ? 圖 DH激光器工作原理 ?(a) 雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)； (b) 能帶； (c) 折射率分布； (d) 光功率分布 半導(dǎo)體激光器的主要特性 1. 發(fā)射波長(zhǎng)和光譜特性 ? 半導(dǎo)體激光器的 發(fā)射波長(zhǎng) 等于 禁帶寬度 Eg(eV)，由式 ()得到 ??? h f =Eg???()不同半導(dǎo)體材料有不同的 禁帶寬度 Eg，因而有不同的 發(fā)射波長(zhǎng) λ。 P層帶隙寬，導(dǎo)帶的能態(tài)比有源層高，對(duì)注入 電子 形成了勢(shì)壘，注入到有源層的電子不可能擴(kuò)散到 P層。 圖中標(biāo)出所用材料和近似尺寸。 由于諧振腔內(nèi)的激活物質(zhì)具有粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，可以用它產(chǎn)生的 自發(fā)輻射光 作為入射光。（ CHHL）? 被激發(fā)的載流子以熱的形式把能量傳給晶格而返回到非激發(fā)狀態(tài)。? 更本質(zhì)的非輻射復(fù)合是由俄歇（ Auger）過程產(chǎn)生的復(fù)合。 增益區(qū)的導(dǎo)帶主要是電子，價(jià)帶主要是空穴，結(jié)果獲得 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 ，見圖 (c)。 在 P型和 N型半導(dǎo)體組成的 PN結(jié)界面上，由于存在多數(shù)載流子 (電子或空穴 )的梯度，因而產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成 內(nèi)部電場(chǎng) ， 見圖 (a)。 在費(fèi)米能級(jí)，被電子占據(jù)和空穴占據(jù)的概率相同。電子不可能占據(jù)禁帶。 N2N1的分布，和正常狀態(tài) (N1N2)的分布相反，所以稱為 粒子 (電子 )數(shù)反轉(zhuǎn)分布 。 受激吸收和受激輻射的速率分別比例于 N1和 N2，且比例系數(shù) (吸收和輻射的概率 )相等。 設(shè)在單位物質(zhì)中，處于低能級(jí) E1和處于高能級(jí) E2(E2E1)的原子數(shù)分別為 N1和 N2。 ? 受激輻射 和 自發(fā)輻射 產(chǎn)生的光的特點(diǎn)很不相同。 ? ?h?E2E1自發(fā)發(fā)射躍遷自發(fā)發(fā)射躍遷 (3)受激輻射 在高能級(jí) E2的電子，受到入射光的作用，被迫躍遷到低能級(jí) E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量產(chǎn)生光輻射，這種躍遷稱為 受激輻射 。 3. 在物質(zhì)的原子中，存在許多能級(jí)，最低能級(jí) E1稱為基態(tài)，能量比基態(tài)大的能級(jí) Ei(i=2, 3, 4 …) 稱為激發(fā)態(tài)。 目前光纖通信廣泛使用的光源主要有 半導(dǎo)體激光二極管或稱激光器 (LD)和發(fā)光二極管或稱發(fā)光管 (LED)， 有些場(chǎng)合也使用 固體激光器 。 ? 本節(jié)首先介紹 半導(dǎo)體激光器 (LD)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)和主要特性，然后進(jìn)一步介紹性能更優(yōu)良的 分布反饋激光器 (DFB LD)，最后介
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