第4章 光通信器件2-打印

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1、半导体发光二极管与激光二极管4.2半导体发光二极管(LED)半导体发光二极管(Light-emittingDiode，LED)基本应用GaAlAs和InGaAsP材料，可以覆盖整个光纤通信系统使用波长范围，典型值为0.85μm、1.31μm及1.55μm。通过电子在能带之间的跃迁，发出频谱宽度在几百nm以下的光。在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带。如果占据高能带（导带）的电子跃迁到低能带（价带）上，就将其间的能量差（禁带能量）以光的形式放出。这时发出的光，其波长基本上由能带差所决定。1、LED发光原理4.2.2LED工作特性能(1)光谱特性。E导带费

2、米能级量EFn发光二极管发射的是自发辐射光，没有谐振腔Ec电子EEEEhv对波长的选择，谱线较宽。hvgcvEgeV光子cvEv空穴hc1.2398E（m）FpEE价带费米能级状态密度在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带；如果占据高能带（导带）的电子跃迁到低能带（价带）上，就将其间的能量差（禁带能量）以光的形式放出；这时发出的光，其波长基本上由能带差所决定。(2)LED的P-I特性(3)LED的温度特性4P-I特性指输出的光功率0℃Relativespectraloutputpower输出功率随注入电流的变化关系3–40

3、°C25℃125°C注入电流较小时，线性/mW2TheoutputspectrumfromAlGaAsLED.Values度好；注入电流较大时，70℃normalizedtopeakemissionat25°C.85°C发光效率变低，甚至出现1LED的温度特性相对较好，一般饱和。不需要加温度控制，但不同温00度下，LED的光谱和P-I特性呈50100150740800840880900Wavelength(nm)现不同的特性。电流/mAOptoelectronics(PrenticeHall)1(4)LED与光纤的耦合LED与光纤的耦合光纤的耦合是指把光源的

4、光功率最大限度的输送到光纤中去。直接耦合：方法简单，效率较低。透镜耦合：可以根据光源做不同的结构，以提高耦合效率。影响耦合效率的主要因素主要是光源的发散角和光纤的数值孔径。4.3光放大器光纤连接器光缆总线盒光-电-光转换中继器结构电接口驱动电路光源组件电信号输入11光发送机光纤跳线光纤光光光纤中继器解22.O/EADME/O.复光缆线路盒光缆线路盒..光纤跳线12...N复..用12...NNN用光检测器组件放大电路电接口电信号输出光缆终端盒光纤连接器光接收机光纤光电中继全光中继光缆光放大器的结构放大器分类不同类型的工作介质，泵浦方

5、式也不同，形成的光输入信号输出信号放大的性能也不同。目前从工作介质上分类，较成熟工作介质的放大器有：掺稀土元素光纤放大器工作介质是掺稀土光纤，泵浦源为半导体激光器；最常用的是掺铒光纤放大器（EDFA）。泵浦光源非线性光学光纤放大器工作介质是常规光纤，泵浦源为高功率激光器，利用非线性工作介质从泵浦源吸收足够的能量，使工作介质处在增益状态；效应对光进行放大。典型代表是SRS（受激拉曼）光纤放大器。当有信号光入射时，由于受激辐射，信号光将得到放大；半导体光放大器只要泵浦的能量足够强，信号光就可以得到连续放大，工作介质工作介质是半导体材料，以注入电流作

6、为泵浦源。代表有F-起到能量传递的作用。P型光放大器等。2三种不同类型的放大器性能比较4.3.3掺铒光纤放大器（EDFA）使用铒离子作为增益介质的光纤放大器，称为掺铒光纤放大器(Erbium-DopedFiberAmplifier)。这些离子在光纤制造过程中被掺)入光纤芯中，使用泵浦光直接对光信号放大，提供光增益。虽然掺杂光纤放大器早在1964年就有研究，但是直到1985年才首次研制成功掺铒光纤。1988年低损耗掺铒光纤技术已相当成熟，其性能相当优良，已可以提供实际使用。放大器的特性，如工作波长、带宽由掺杂介质所决定。掺铒光纤放大器因为工作波长在靠近光纤损

7、耗最小的1.55m波长区，它比其它光放大器更引人注意。常用结构基本组成单级放大中常用的三种泵浦结构泵浦掺铒光纤输入信号输出信号波分复用器前向泵浦结构光隔离器熔接光隔离器各部分作用掺铒光纤(EDF)和高功率泵浦光源是关键器件，EDF的增益取决于Er3+的浓度、光纤长度和直径以及泵浦光功率等多种因素，通常由实验后向泵浦结构获得最佳增益。把泵浦光与信号光耦合在一起的波分复用器和置于两端防止光反射的光隔离器也是不可缺少的。对泵浦光源的基本要求是大功率和长寿命。双向泵浦结构前向泵浦：信号光与泵浦光以同一方向进入掺饵光纤，多级光纤放大器结构——提高泵浦光的利在掺铒光纤的

8、输入端泵浦光较强，其增益