【正文】 . 但是過大的 w會(huì)導(dǎo)致渡越時(shí)間的增大 折衷取值范圍： 1/as w 2/as 不同參數(shù)條件下，光電二極管的脈沖響應(yīng) Institude of Lightwave Technology帶寬 設(shè) RT是負(fù)載電阻和放大器輸出電阻的組合， CT是光電二極管結(jié)電容和放大器輸入電容之和，則檢測器可以近似為一個(gè)RC低通濾波器，其帶寬為： TT CRB ?2 1?例：如果光電二極管的電容為 3 PF， 放大器電容為 4 PF， 負(fù)載電阻為 1 K歐姆，放大器輸入電阻為 1歐姆，則 CT = 7 PF，RT =1 K歐姆，所以電路帶寬： 如果將負(fù)載電阻降為 50歐姆，電路帶寬增加為 455 MHz。 例如：耗盡層為 10 ?m的 Si光電二極管 電場強(qiáng)度： 20220 V/cm 電子最大速度： x 106 cm/s 空穴最大速度： x 106 cm/s 極限響應(yīng)時(shí)間： ~ ns 光載流子渡越時(shí)間 耗盡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光生載流子 Institude of Lightwave Technology光載流子擴(kuò)散時(shí)間 耗盡區(qū)外產(chǎn)生的光生載流子 p區(qū)或 n區(qū)產(chǎn)生的載流子 向耗盡區(qū)擴(kuò)散 在耗盡區(qū)內(nèi)漂移到電極 存在問題：較長的擴(kuò)散時(shí)間會(huì)影響光電二極管的響應(yīng)時(shí)間 解決辦法：盡量擴(kuò)大耗盡層寬度 擴(kuò)散速度 漂移速度 Institude of Lightwave Technology當(dāng)檢測器受到階躍光脈沖照射時(shí)，響應(yīng)時(shí)間可使用輸出脈沖的上升時(shí)間 ?r和下降 ?f 時(shí)間來表示。 影響這三個(gè)因素的參數(shù)有：耗盡區(qū)寬度w、吸收系數(shù) as、等效電容、等效電阻等。 Institude of Lightwave Technology 光電二極管的響應(yīng)速度是指它的光電轉(zhuǎn)換速度 。 代入相應(yīng)數(shù)值后 ， 可以得到： 從上式可以看出：在工作波長一定時(shí) ，η 與 ρ 具有定量的關(guān)系 。 量子效率定義為通過結(jié)區(qū)的載流子數(shù)與入射的光子數(shù)之比 ，常用符號(hào) η 表示： 2. 量子效率 Institude of Lightwave Technology 式中： e是電子電荷 ， 其值約為 1019G； ν 為光頻 。 響應(yīng)度可以表示如下： 式中： Ip為光生電流的平均值 (單位： A)； P為平均入射光功率值 (單位： W)。 地，以防漏電擊穿器件。 ASE: 發(fā)輻 射， 輸 出 功率 較 高 ； 出光 頻譜較寬 ，也在幾十 nm。 n SLD： 輻 射， 輸 出 功率很高 ； FP腔的 篩選 作用（ 這 是它跟激光器的最大不同）， 輸 出光的頻譜較寬 ，在幾十 nm。 n 理想的超輻射光是一種相位不一致的非相干光。我們把放大了的自發(fā)發(fā)射稱為超輻射。 2. 在一些需要功率高、調(diào)制速率快、單色性好的光源的傳感器設(shè)計(jì)中需要 Laser。 Institude of Lightwave Technology常見光纖傳感器的原理及應(yīng)用 基本的光纖測量 光纖光柵傳感器 2 3 4 主要內(nèi)容 OTDR與分布式光纖傳感器 5 信號(hào)的檢測與處理 6 Institude of Lightwave Technology光功率的檢測 光纖損耗的檢測 光譜的檢測 光相位的檢測 Institude of Lightwave Technology光有源器件 n 定義：需要外加能源驅(qū)動(dòng)工作的光電子器件 – 半導(dǎo)體光源 (LD,LED,DFB,DBR,QW,VCSEL) – 半導(dǎo)體光探測器 (PD,PIN,APD） – 光纖激光器（ OFL:單波長、多波長） – 光放大器 (SOA,EDFA) – 光波長轉(zhuǎn)換器 (XGM,XPM,FWM) – 光調(diào)制器 – 光開關(guān) /路由器 Institude of Lightwave Technology原子的激發(fā)和輻射 E2 E1 N2 N1 h? 1. 自發(fā)輻射 原子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的 會(huì)自發(fā)躍遷到低能級 同時(shí)放出一個(gè)光子 這個(gè)過程叫 自發(fā)輻射 Institude of Lightwave Technology2. 受激吸收 E2 E1 N2 N1 h? ● 原子就可能 吸收 光子 而從低能級躍遷到高能級 這個(gè)過程叫 受激吸收 ● 原子就可能 吸收 光子而從低能級躍遷到高能級原子就可能 吸收 光子這個(gè)過程叫受激吸收而從低能級躍遷到高能級原子就可能 吸收 光子當(dāng)入射光子的能量 h? 等于 E2 ? E1時(shí) 另有某個(gè)能量為 E2的高能級 若原子處在某個(gè)能量為 E1的低能級 Institude of Lightwave Technology 若入射光子的能量 h? 等于原子高、低 能級的能量差 E2 ? E1 且高能級上有原子存在時(shí) 入射光子 的電磁場就會(huì)誘發(fā)原子 從高能級 躍遷 到低能級 同時(shí) 放出一個(gè)與入射光子 完全相同 的光子 3. 受激輻射 Institude of Lightwave Technology全同光子 : h? E2 E1 N2 N1 ● ● 頻率 相位 振動(dòng)方向 傳播方向 相同 ?受激輻射有光放大作用 好激光器： / 量 子 態(tài) 個(gè)光子2022? Institude of Lightwave Technology??1?s ??10ms 980nm E3 E1 E2 1480nm 鉺離子（ Er3+）的能帶結(jié)構(gòu)和光放大原理 Institude of Lightwave Technology光耦合器 (合波器 ) 光隔離器 光濾波器 光隔離器 摻鉺光纖 (10–50m) 泵浦光源 光輸出 EDFA的組成部分 : 摻鉺光纖 , 泵浦光源 ,光耦合器 (合波器 ), 光隔離器 ,光濾波器 光輸入 Institude of Lightwave TechnologyEDFA的增益譜 Institude of Lightwave TechnologyPN結(jié) NPf f ge V E E E? ? ?耗盡區(qū) Institude of Lightwave Technology3 )使激光具有極好的 單色性 （選頻） 激勵(lì)能源 全反射鏡 部分反射鏡 激光 1. 光學(xué)諧振腔的作用 光學(xué)諧振腔的作用2 )增強(qiáng) 光放大 作用（相當(dāng)于延長了工作物質(zhì)） 1 )使激光具有極好的 方向性 （沿軸線） 光學(xué)諧振腔的作用 Institude of Lightwave Technology半導(dǎo)體激光器的工作特性 光 電流 (LI) 特性和光譜特性 IIth:閾值條件 。 Ith:閾值電流 Institude of Lightwave Technology可靠性較高 室溫下連續(xù)工作時(shí)間長 光功率－電流線性度好 價(jià)格非常便宜 驅(qū)動(dòng)電路較為簡單 輸出功率小 發(fā)射角大 譜線寬 響應(yīng)速度低 效率高 體積小 調(diào)制速率快 單色性好 響應(yīng)速度高 LED Laser 1. 在一些簡易的光纖傳感器的設(shè)計(jì)中，如果 LED能夠勝任，選用它作為光源即可大大降低整個(gè)傳感器的成本。 Institude of Lightwave Technology超輻射的概念 n 超輻射光是有自發(fā)發(fā)射光子在增益介質(zhì)中傳播經(jīng)歷了受激放大過程而得到的。 n 這是一種強(qiáng)激發(fā)狀態(tài)下定向的輻射現(xiàn)象，當(dāng)激發(fā)密度足夠高時(shí)，自發(fā)發(fā)射的光子受激放大呈雪崩式倍增，發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)強(qiáng)度超線性地急劇增加，譜線寬度變窄，由初始的自發(fā)發(fā)射占主導(dǎo)地位很快地演變?yōu)橐允芗ぐl(fā)射為主要特征。 Institude of Lightwave Technology光功率 — 電流特性 Institude of Lightwave Technology Institude of Lightwave Technology In