光纖通信的基本器件1-在線瀏覽
2025-02-01 22:45本頁面
【正文】 圖 3 – 5 DFB LD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 半導(dǎo)體激光器的工作特性 1) 閾值特性 閾值電流 (Ith)是指使 LD輸出光功率急劇增加 , 產(chǎn)生激光振蕩的激勵電流。 圖 3 – 6 P I曲線 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 ? 當(dāng)激勵電流 IIth時 , 有源區(qū)無法達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn) , 也無法達(dá)到諧振條件 , 自發(fā)輻射為主 , 輸出功率很小 , 發(fā)出的是熒光 。 ? 對于激光器來說 , 要求閾值電流越小越好。 圖 3 – 7 輸出光光譜 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 當(dāng)激勵電流 IIth時 , 說明發(fā)出的是熒光 , 光譜很寬 (幾十納米 )。 對于半導(dǎo)體激光器來說 , 要求其輸出光譜越窄越好。 圖 3 – 8 溫度對閾值電流的影響 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 半導(dǎo)體發(fā)光二極管 (LED) 半導(dǎo)體發(fā)光二極管是利用半導(dǎo)體 PN 結(jié)進(jìn)行自發(fā)輻射器件的統(tǒng)稱。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 一般的半導(dǎo)體發(fā)光二極管與光纖通信專用的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的異同如下 : 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 半導(dǎo)體發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器的區(qū)別 發(fā)光二極管沒有光學(xué)諧振腔 , 采用自發(fā)輻射 , 發(fā)出的是熒光 (非相干光 ), 不是激光 , 光譜的譜線寬 , 發(fā)散角大。 雖然發(fā)光二極管無法發(fā)出激光 , 但它還是有很多優(yōu)點(diǎn) , 如： 使用壽命長 , 理論推算可達(dá) 108～ 1010小時 。 輸出光功率與激勵電流線性關(guān)系好 。 價格低等。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 1） . LED的結(jié)構(gòu) 為了獲得高輻射度 , LED常采用雙異質(zhì)結(jié)芯片 (但沒有光學(xué)諧振腔 ), 構(gòu)成材料主要有 GaAs 、 InGaAsP、 AlGaAs等。 發(fā)光區(qū)是呈圓柱形的有源區(qū) , 其直徑約為 50 μ m, 厚度約為 μ m, 能夠發(fā)出波長為 μ m～ μ m的輻射光 , 圓形光束反散角為 120176。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 圖 3 – 9 面發(fā)光型 LED結(jié)構(gòu) 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 ② 邊發(fā)光型 LED結(jié)構(gòu) 圖 3 10所示是采用雙異質(zhì)結(jié) InGaAsP/InP的邊發(fā)光型 LED結(jié)構(gòu)。 , 垂直反散角為 25176。 。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 圖 3 – 10 邊發(fā)光型 LED結(jié)構(gòu) 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 2） 發(fā)光原理 當(dāng)激勵電流注入時 , 注入的載流子在擴(kuò)散過程中進(jìn)行復(fù)合 , 發(fā)生自發(fā)輻射 , 產(chǎn)生具有一定波長的自發(fā)輻射光 , 發(fā)射光經(jīng)透鏡構(gòu)成的聚焦系統(tǒng)發(fā)射出去 , 直接射入光纖的端面 , 然后在光纖中傳輸 , 這就是發(fā)光二極管的基本工作原理。 圖 3 – 11 LED的譜線 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 ② 輸出光功率特性 LED輸出光功率特性曲線如圖 3 12所示。 驅(qū)動電流 I較小時 , PI曲線的線性較好 。 一般情況下 , LED工作電流為 50 mA～ 100 mA, 輸出光功率為幾毫瓦 , 由于反散角大 , 出纖功率 (耦合到光纖中的功率 )只有數(shù)百微瓦。 一般使用時不需要溫度控制電路。 所以 LED適用于中短距離、 中小容量的光纖通信系統(tǒng)。 這兩種光源器件的比較見表 3 1。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 表 3 – 1 LD與 LED的比較 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 作用 光電檢測器的作用：把光信號轉(zhuǎn)換為電信號， 光電檢測器是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。 分類 光電二極管（ PIN） 雪崩光電二極管（ APD） 一、概述 二、 PIN光電二極管 圖 313 光電二極管結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu) 工作原理畫 在耗盡層 形成漂移電流 。 工作原理 （點(diǎn)擊動畫） APD的雪崩倍增效應(yīng)，是在二極管的 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。 三、雪崩光電二極管 特點(diǎn) 圖 3 – 13 APD雪崩示意圖 光電檢測過程 用雪崩光電二極管 (APD)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程如圖所示。對三種電流．即信號、背景和暗電流產(chǎn)生雪崩增益；系統(tǒng)的輸出包含信號和噪聲。 ?光放大器是一種不需要經(jīng)過光 /電 /光變換而直接對光信號進(jìn)行放大的有源器件 光纖通信的基本器件 把鉺離子從 E1能級“泵”到 E3能級，使其形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，為受激幅射創(chuàng)造條件。 把泵浦光與信號光合并在一起輸入到摻鉺光纖中 信號光和與泵浦光同時沿?fù)姐s光纖傳 輸，泵浦光的能量被光纖中的鉺離子吸收而躍遷到更 高的能級，并可以通過能級間的受激發(fā)射轉(zhuǎn)移為信號光的能量。 首先將光纖中送來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號 ， 然后對電信號進(jìn)行放大 ， 最后再將放大了的電信號轉(zhuǎn)換為光信號送到光纖中去 ， 如圖 314所示 。此類放大器 的工作原理與激光器相同，都利用能級間 躍遷產(chǎn)生的受激輻射工作。 非線性光學(xué)放大器 利用光纖中的非線性現(xiàn)象進(jìn)行光信號放大，即利用受激拉曼散射和受激布里淵散射。 摻稀土金屬光纖放大器 光纖中摻入適量稀土金屬雜質(zhì)，利用稀土金屬原子特有的能級結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光信號放大。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 摻鉺光纖放大器的組成及工作原理 摻鉺光纖放大器主要由摻鉺光纖 (EDF)、 泵浦光源、 耦合器、 隔離器等組成， 如圖 327所示。 摻鉺光纖是一段長度約為 10 m~100 m的石英
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