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1、光通信用光发射器件目录1概述2光发射器件用材料3光发射器件分类4半导体光发射原理5激光器结构6激光器光电特性7激光器制作工艺8激光器应用1概述1.1解题与相关概念a)光通信----采用光纤作媒介光作载波的数字通信。b)光发射器件-----半导体激光器、发光管、激发器和光泵浦源。c)激光------偏振方向、频率、相位相同的光。d)数字信号-----在时间上分离和幅值上量化的信号。e)模拟信号-----在规定时间内,幅值可以取连续范围内的任意数值的信号。f)光纤的优点-----传输带宽极大(可达几十Tb/s)、传输损耗极小、不怕电磁干扰
2、、不怕高温、重量轻。g)数字通信的优点-----抗噪声能力强、保密性好、设备简单、稳定可靠、适用各种业务要求。h)模/数变换-----若模拟信号带宽为W,当等间隔以不小于2W速率取样时,则离散取样信号可完全恢复原信号。1.2光数字同步通信系统(SDH)在光通信核心网、广域网（包括城域网和局域网）和光纤接入网（包括CATV）中都采用光同步数字通信系统。1.3光发射器件在核心网和广域网 （包括城域网和局域网）光发射器件在核心网和广域网通信系统光端机和光中继器的光发射部分，都是必不可少的关键光电子器件。1.4光发射器件在光纤用户接入网光发射
3、器件在光纤用户接入网（包括三网合一）E-PON、G-PON光模块和CATV光模块的光发射部分中也是必不可少的关键光电子器件。1.5光发射器件在移动通信光纤分布式直放站光发射器件在移动通信光纤分布式直放站光纤的光发射部分中也是必不可少的关键光电子器件。2光发射器件用晶体材料光发射器件一般采用III-V族化合物半导体GaAs、AlGaAs、InP、InGaAsP、InAlGaAs晶体材料;对长波长光发射器件,采用InP、InGaAsP、InAlGaAs等材料，其晶体结构为闪锌矿结构。光发射器件分类按发射方式(或光谱纯度),可分为:激光器(
4、LD);具有相同振动方向相同频率相同相位;高度方向性和窄的光谱宽度(光谱纯度高).发光管(LED);无上述“三同”,谱宽在30nm以上;按波长长短,LD可分为:短波长LD,波长小于1微米,如850nm,980nm;长波长LD,波长在1200nm至1600nm之间;按选模机构(光谐振腔)形式,可分为:Fabry-Perot腔激光器（F-PLD）和分布布喇格反馈（或反射）激光器（DFB-LD）。双异质结构Fabry-Perot腔激光器（F-PLD）典型结构如下：Fabry-Perot腔激光器有多种结构形式，其分类如下：其中，比较成熟的F-
5、PLD主要有脊形波导激光器和掩埋异质结构激光器。按有源层(发光层)材料特点,激光器可分为:半导体化合物体材料（厚度大于20nm)激光器；量子阱结构材料(每层厚度小于15nm)激光器(QW-LD);量子阱结构材料如下图：e)按表面形式,激光器可分为:平面接触激光器；台面（如脊形波导）接触激光器。f)按出射光位置,激光器可分为:边(侧面)发射激光器:g)按调制速率,激光器可分为:中低速LD,这里指小于155Mb/s范围;高速LD,这里指(155-622)Mb/s范围超高速LD,这里指(1-20)Gb/s范围;h)按发射功率,激光器可分为:
6、超大功率激光器（如980nm500mW激光器）;大功率激光器（10mW以上）中小功率激光器（0.2-5.0mW范围）I)按封装方式,激光器可分为:单管同轴、双列直插、小型化DIL、高速蝶形激光器。按激光器集成方式，可分为单管式和集成式激光器。集成方式中，主要有：激光器阵列和光调制器-分布反馈激光器单片集成等。4半导体光发射原理半导体光发射基于激光器有源层材料导带和价带间电子、空穴的复合辐射。a)半导体能带结构和能带间受激发射示意图b)简化能带图和复合辐射示意图c)PN结异质结概念及其能带图PN结和异质结：PN结：同材料、同组分而不同掺
7、杂（p、n）的交界面；异质结：不同材料或不同组份的交界面。PN结、异质结示意图如下：d)半导体激光器工作原理要实现半导体发射激光,必须满足3个基本条件:在正向电流注入下实现粒子数反转分布即处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多;有一个合适的谐振腔,满足相位条件使受激辐射在其中得到多次来回反射而形成较强的稳定的激光振荡.通常有F-P腔和分布反馈(DFB)腔;c)增益大于等于损耗,满足阈值条件R1R2xep[(g-)2L]=1粒子数反转分布示意图粒子数反转：导带电子数很多价带电子数很少只有激光器有源层材料
8、的总光增益大于等于总光损耗,并达到阈值增益时才有稳定的光发射。5激光器核心结构激光器层次很多，作用不同，但其核心结构主要由4部分构成:A)能产生适当激射的光有源层;B)有合适的谐振腔;C)有载流子和光的限制层;D)有施加
