【正文】 腔軸傳播的光波在腔內(nèi)擇優(yōu)放大，因而諧振腔的作用可使輸出光有良好的方向性。這樣沿諧振腔軸方向傳播的光波將在腔的兩反射鏡之間來回反射，多次反復(fù)地通過激活介質(zhì)，使光不斷地被放大。 ? （ 3）光學(xué)諧振腔 ? 提供必要的反饋以及進(jìn)行頻率選擇 ， 光學(xué)諧振腔是由兩個(gè)反射鏡組成 ， 其一是全反 （ M1） 的 ， 另一個(gè)是部分透過 （ M2） 的 。 ? （ 2） 泵浦源 ? 使工作物質(zhì)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的外界激勵源 ? N2N1 , 受激輻射 受激吸收 ，從而有光的放大作用。 2. 激光器的基本結(jié)構(gòu) ? 激光器的基本結(jié)構(gòu)如圖 31所示 ， 它是由三部分組成的 ， 即： 工作物質(zhì) 、 諧振腔 （ 半反鏡和全反鏡 ） 和泵浦源 （ 激勵源 電源 ） 。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 ? 激光器的作用 ? 激光器是利用受激輻射過程產(chǎn)生光和光放大的一種器件 ， 從它發(fā)出的光具有極好的 相干性 、 單色性 、 方向性和極高的亮度 ， 便于人們控制它和利用它 。 受激輻射與受激吸收的特點(diǎn)： 受激輻射是半導(dǎo)體激光器發(fā)光的基礎(chǔ)。 3）過程可以使光得到放大。 對于 N1＜ N2的狀態(tài)，稱作為負(fù)溫度狀態(tài) ,即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)。 E3 E2 E1 能帶 導(dǎo)帶 禁帶 價(jià)帶 一、半導(dǎo)體發(fā)光機(jī)理 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 電子在 E2和 E1之間的躍遷有三種基本方式 :自發(fā)輻射、受激吸收、受激輻射。 發(fā)光二極管用 LED：熒光 激光二極管用 LD：激光 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 電子以原子核為中心，按不同的電子層排列在原子核周圍旋轉(zhuǎn)，這些特定的電子層稱為 能級 ，對半導(dǎo)體材料，電子的能級重疊在一起形成 能帶 。 光源與光器件 電子電氣工程系電子信息技術(shù)教研室 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 ? 掌握光與物質(zhì)的作用過程 ? 掌握半導(dǎo)體激光器的發(fā)光機(jī)理及其特性 ? 掌握半導(dǎo)體二極管的發(fā)光機(jī)理及其特性 ? 了解光纖通信系統(tǒng)的實(shí)用光源 ? 掌握光電二極管和雪崩光電二極管的結(jié)構(gòu)及原理 ? 了解各種光無源器件的類型及其作用 ? 掌握常用光纖連接器的特點(diǎn) 光檢測器 光放大器 光源 光無源器件 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 ? 對光源的要求： ? 性能好、壽命長、使用方便 ? 1）發(fā)射光波長必須在光纖的低損耗窗口； ? 2）光源的輸出功率要足夠大 ? 3）溫度特性優(yōu)良 ? 4）光源的發(fā)光譜寬度要窄 ? 5）光源應(yīng)具有高度的可靠性 ? 6）省電 , 且體積小、 重量輕 ? 7）光源器件應(yīng)便于調(diào)制 , 調(diào)制速率能適應(yīng)系統(tǒng)要求。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 ? 常用的兩種光源器件 , 即半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體發(fā)光二極管。其中能量低的能帶稱為 價(jià)帶 E1，能量高的能帶稱為 導(dǎo)帶 E2， E2和 E1之間的能量差稱為禁帶，電子不可能占據(jù) 禁帶 。 (a) 自發(fā)輻射 （ 點(diǎn)擊動畫 ） hf12 初態(tài) E 2 E 1 終態(tài) E 2 E 1 光源 自發(fā)輻射是發(fā)光二極管的理論基礎(chǔ) hf12 初態(tài) E 2 E 1 終態(tài) E 2 E 1 (b) 受激吸收 （ 點(diǎn)擊動畫 ） 光源 受激吸收是光電檢測器的基礎(chǔ) hf12 初態(tài) E 2 E 1 終態(tài) E 2 E 1 (c) 受激輻射 （點(diǎn)擊動畫） 受激輻射是半導(dǎo)體激光器的基礎(chǔ) 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 設(shè)在單位物質(zhì)中 ， 處于低能級 E1和處于高能級 E2（ E2＞ E1）的電子數(shù)分別為 N1和 N2. 正常的狀態(tài)下， N1＞ N2， 即低能級上的電子數(shù)多，這種狀態(tài)稱為熱平衡狀態(tài)（即正常分布狀態(tài)）。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 1）外來光子能量等于躍遷的能級之差 hν ＝ E2－ E1 2）受激過程中發(fā)射的光子與外來光子不僅頻率相同，而且相位、偏振方向、傳播方向度相同，稱它們?yōu)?全同光子。因?yàn)槭芗み^程中發(fā)射出來的光子與外來光子是全同光子，相疊加的結(jié)果使光增強(qiáng)，使入射光得到放大。 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是物質(zhì)產(chǎn)生光放大的必要條件。 因而這種光源被用作光纖通信系統(tǒng)的光源 。 圖 31 半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu) 激活物質(zhì) 使工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài) 完成頻率選擇及反饋?zhàn)饔? 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 ? （ 1） 工作物質(zhì) ? 要使受激輻射過程成為主導(dǎo)過程 ， 必要條件是在介質(zhì)中造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 。 ? 工作物質(zhì)已被激活，成為激活物質(zhì)或稱增益物質(zhì)。 ? 返回 圖 32諧振腔 諧振腔的光軸與工作物質(zhì)的長軸相重合。而沿其他方向傳播的光波很快地逸出腔外。 全反射鏡 部分反射鏡 激光輸出 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 半導(dǎo)體激光器 用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器 , 稱為半導(dǎo)體激光器 (LD)。 下面介紹 F P腔激光器中的同質(zhì)結(jié)和雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器。 如圖 3 3所示為同質(zhì)結(jié)砷化鎵半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)。 其閾值電流 (激光器開始產(chǎn)生激光時(shí)的注入電流 )較大 。 室溫下只能工作在脈沖狀態(tài) , 且脈沖的重復(fù)頻率不高 , 約為幾十千赫茲 , 脈沖的寬度很窄 , 約為 100 ns。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 2) 雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器 雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)如圖 3 4所示 , (N)InGaAsP是發(fā)光的作用區(qū) (有源區(qū) ), 其上、 下兩層稱為限制層 , 它們和作用區(qū)構(gòu)成光學(xué)諧振腔。 最下面一層 N型 InP是襯底 , 頂層(P+)InGaAsP是接觸層 , 其作用是為了改善和金屬電極的接觸。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 圖 3 – 4 雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu) 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件