《激光器及光发射机》PPT课件

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1、激光器及光发射机光纤通信原理第三章光源调制器驱动电路放大器光电二极管判决器光纤光纤中继器光发射机将电信号转变为光信号第三章激光器及光发射机3.1半导体激光器4.1.1法布里-珀罗型激光器F-PLD4.1.2分布反馈激光器DFBLD4.1.3分布Bragg反射型激光器DBRLD4.1.4量子阱激光器QWLD4.1.5垂直腔面发射激光器VCSEL3.2半导体激光器的工作特性3.3光发射机3.1半导体激光器LD激光器被视为20世纪的三大发明（还有半导体和原子能）之一，特别是半导体激光器LD倍受重视。光纤通信中最常用的光源是半导体激光器LD和发

2、光二极管LED。主要差别：发光二极管输出非相干光；半导体激光器输出相干光。发光二极管LED对于光纤通信系统，如果使用多模光纤且信息比特率在100～200Mb/s以下，同时只要求几十微瓦的输入光功率，那么LED是可选用的最佳光源。比起半导体激光器，因为LED不需要热稳定和光稳定电路，所以LED的驱动电路相对简单，另外其制作成本低、产量高。LED的主要工作原理对应光的自发发射过程，因而是一种非相干光源。LED发射光的谱线较宽、方向性较差，本身的响应速度又较慢，所以只适用于速率较低的通信系统。在高速、大容量的光纤通信系统中主要采用半导体激光器

3、作光源。发光二极管LED半导体激光器LD半导体激光器的优点：尺寸小，耦合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可直接调制，相干性好。按结构分类：F-PLD、DFBLD、DBRLD、QWLD、VCSEL按波导机制分类：增益导引LD和折射率导引LD按性能分类：低阈值LD、超高速LD、动态单模LD、大功率LD3.1.1法布里-珀罗型激光器F-PLDF-PLD是最常见最普通的LD.由外延生长的有源层和有源层两边的限制层构成，谐振腔由晶体的两个解理面构成。通常为双异质结（DH）LD。激光器实质上是一个受激发射的光振荡放大器。F-PLD基本

4、工作原理实现F-PLD激射工作的四个基本条件：要有能实现电子和光场相互作用的工作物质要有注入能量的泵浦源（光泵或者电泵浦）要有一个F-P谐振腔要满足振荡条件1.光的自发发射、受激吸收和受激发射工作物质和泵浦源是实现光的自发发射、受激吸收和受激发射的最基本条件。自发发射：大量处于高能级的粒子，各自分别发射一列一列频率为=(E2-E1)/h的光波，但各列光波之间没有固定的相位关系，可以有不同的偏振方向，沿所有可能的方向传播。各光子彼此无关。受激发射：处于高能级E2的粒子受到光子能量为的光照射时，粒子会由于这种入射光的刺激而发射出与入射光

5、一模一样的光子，并跃迁到低能级E1上。有相同的偏振方向和传播方向。双能级原子系统的三种跃迁hE2E1自发发射跃迁E2E1受激吸收跃迁hhE2E1受激发射跃迁hh受激发射的光子与原光子具有相同的波长、相位和传播方向自发发射和受激发射的特点自发发射的同时总伴有受激发射发生。在热平衡情况下，自发发射占绝对优势。当外界给系统提供能量时，如采用光照（即光泵）或电流注入（即电泵），打破热平衡状态，大量粒子处于高能级，即粒子数反转后，在发光束方向上的受激发射比自发发射的强度大几个数量级。总结激光发射的首要条件：工作物质（即能实现粒子跃迁的晶

6、体材料，如GaAs和InGaAsP）外界供给能量满足粒子数反转（常采用电流注入法）2.F-P谐振腔只有增益介质而无光学反馈装置，便不能形成激光将已实现粒子数反转分布的系统置于严格平行的一对反射镜之间便形成F-P谐振腔。光在两个反射镜之间往返多次过程中，得到放大。3.振荡条件当增益超过由部分反射和散射等多种因素引起的总损耗，经过谐振腔的选频作用，特定频率的光波在谐振腔内积累能量并通过反射镜射出，形成激光（相干光）。振幅条件相位条件：n-有源层折射率；L-腔长m-任意整数；-波长满足相位条件的频率有无限多个，只有那些在谱线中心附近的频率

7、才能满足振荡条件，所以激光器的振荡频率只能取有限个分立值。ModesproducedinaTypicalFabry-PerotLaserSpectralwidthandLinewidthatFWHM(FullWidthHalfMaximum)OutputspectrumchangesaspowerisappliedTypicalmodehoppingbehaviorF-PLD在高速调制下，或在温度和注入电流变化时，不再维持原激射模式，而会出现模式跳跃和谱线展宽，这对高速应用很不利。为了维持单模，减小光谱展宽，需研究动态单模激光器DFB

8、LD及DBRLD（光纤通信最有前途的实用化器件）F－PLD的结构很难将光导引到光纤增益导引半导体激光器：沿激光长度方向放置一个窄的条形电极，将注入电流限制在一个窄条里。缺点：光功率增大时，光斑尺寸不稳定，模