光纖通信系統(tǒng)課件(chapter3)光發(fā)射機(jī)-文庫(kù)吧資料
2025-01-04 22:46本頁(yè)面
【正文】 注入 有源層 。結(jié)構(gòu) 中間 有一層厚 ~ μm的窄帶隙 P型半導(dǎo)體，稱為 有源層 ； 兩側(cè) 分別為寬帶隙的 P型和 N型半導(dǎo)體，稱為 限制層 。 這種結(jié)構(gòu)由 三層 不同類型半導(dǎo)體材料構(gòu)成，不同材料發(fā)射不同的光波長(zhǎng)。 圖 激光器的構(gòu)成和工作原理 ? (a) 激光振蕩； (b) 光反饋 式中， γth 為閾值增益系數(shù)， α為諧振腔內(nèi)激活物質(zhì)的損耗系數(shù)， L為諧振腔的長(zhǎng)度， R1， R21為兩個(gè)反射鏡的反射率 激光振蕩的相位條件為 式中， λ為激光波長(zhǎng)， n為激活物質(zhì)的折射率， q=1, 2, 3 … 稱為縱模模數(shù)。 基本的 光學(xué)諧振腔 由兩個(gè)反射率分別為 R1和 R2的平行反射鏡構(gòu)成 ? (如圖 )，并被稱為法布里 珀羅 (Fabry? Perot, FP)諧振腔。? 俄歇過程中，系統(tǒng)的能量守恒定律與動(dòng)量守恒定律必須成立。（ CHHS）兩個(gè)重空穴與一個(gè)電子相碰撞，電子與一個(gè)重空穴復(fù)合，另一個(gè)重空穴被激發(fā)到高能帶上，即輕空穴帶。二個(gè)電子與一個(gè)空穴相碰撞，一個(gè)電子與空穴復(fù)合，另一個(gè)電于獲得能量激發(fā)到導(dǎo)帶內(nèi)高能級(jí)處。但在晶體結(jié)構(gòu)良好的一般激光器中，上述這些復(fù)合小到可以忽略的程度。 在電子和空穴擴(kuò)散過程中，導(dǎo)帶的電子可以躍遷到價(jià)帶和空穴復(fù)合，產(chǎn)生 自發(fā)輻射光 。電子運(yùn)動(dòng)方向與電場(chǎng)方向相反，便使 N區(qū)的電子向 P區(qū)運(yùn)動(dòng)， P區(qū)的空穴向 N區(qū)運(yùn)動(dòng)，最后在 PN結(jié)形成一個(gè)特殊的 增益區(qū) 。 內(nèi)部電場(chǎng)產(chǎn)生與擴(kuò)散相反方向的漂移運(yùn)動(dòng)，直到 P區(qū)和 N區(qū)的 Ef 相同，兩種運(yùn)動(dòng)處于平衡狀態(tài)為止，結(jié)果能帶發(fā)生傾斜，見圖 (b)。 在本征半導(dǎo)體中，摻入受主雜質(zhì)，稱為 P型半導(dǎo)體 ，見圖(c)。 ? () 一般狀態(tài)下，本征半導(dǎo)體的電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的，用 Ef 位于禁帶中央來(lái)表示，見圖 (a)。 Ef 稱為 費(fèi)米能級(jí) ，用來(lái)描述半導(dǎo)體中各能級(jí)被電子占據(jù)的狀態(tài)。 圖 。能量低的能帶稱為 價(jià)帶 ，能量高的能帶稱為 導(dǎo)帶 ，導(dǎo)帶底的能量 Ec 和價(jià)帶頂?shù)哪芰?Ev 之間的能量差 EcEv=Eg稱為 禁帶寬度 或 帶隙 。 問題：如何得到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的狀態(tài)呢 ? 這個(gè)問題將在下面加以敘述。 如果 N2N1，即 受激輻射 大于 受激吸收 ，當(dāng)光通過這種物質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生放大作用，這種物質(zhì)稱為 激活物質(zhì) 。 如果 N1N2，即 受激吸收大于受激輻射 。 這是因?yàn)殡娮涌偸鞘紫日紦?jù)低能量的軌道。 當(dāng)系統(tǒng)處于 熱平衡狀態(tài) 時(shí)，存在下面的分布 ? ()式中， k=1023J/K，為波爾茲曼常數(shù)， T為熱力學(xué)溫度。 ?? 產(chǎn)生 受激輻射 和產(chǎn)生 受激吸收 的物質(zhì)是不同的。 受激輻射 光的頻率、相位、偏振態(tài)和傳播方向與入射光相同，這種光稱為 相干光 。s，為 普朗克常數(shù) ， f12為吸收或輻射的光子頻率。 ? h?E2E1受激發(fā)射躍遷受激發(fā)射躍遷h?h? 受激發(fā)射的光子受激發(fā)射的光子與原光子具有相與原光子具有相同的波長(zhǎng)、相位同的波長(zhǎng)、相位和傳播方向和傳播方向受激輻射 和 受激吸收 的區(qū)別與聯(lián)系 受激輻射 是 受激吸收 的逆過程。E2E1受激吸收躍遷受激吸收躍遷h?(2)自發(fā)輻射 在高能級(jí) E2的電子是不穩(wěn)定的，即使沒有外界的作用， 也會(huì)自動(dòng)地躍遷到低能級(jí) E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量轉(zhuǎn)換為光子輻射出去，這種躍遷稱為 自發(fā)輻射。4. 電子在低能級(jí) E1的基態(tài)和高能級(jí) E2的激發(fā)態(tài)之間的躍遷有三種基本方式： 受激吸收受激吸收 自發(fā)輻射自發(fā)輻射 受激輻射受激輻射 (見圖 )(1)受激吸收 在正常狀態(tài)下，電子處于低能級(jí) E1，在入射光作用下，它會(huì)吸收光子的能量躍遷到高能級(jí) E2上，這種躍遷稱為受激吸收 。 ?光源調(diào)制器調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路放大器光電二極管判決器光纖光纖 光纖光纖中繼器中繼器光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī) 將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)1. 受激輻射和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布2. 有源器件 的物理基礎(chǔ)是 光和物質(zhì)相互作用的效應(yīng) 。 ? 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)，最后介紹可靠性高、壽命長(zhǎng)和價(jià)格便宜的發(fā)光管 (LED)。第 3 章 光發(fā)射機(jī) 半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體激光器的主要特性 分布反饋激光器 發(fā)光二極管 半導(dǎo)體光源一般性能和應(yīng)用 返回主目錄 光源 半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu) 一、半導(dǎo)體激光器的工作原理
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1