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时间:2020-03-08
《光纤通信技术 教学课件 作者 彭利标 Fiber4-1光源和光发射机.ppt》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第4章光源与光发射机内容提要:§4.1光发射机概述§4.2LED及组件§4.3LD及组件§4.4光的调制§4.5光发射机组成本章教学提示教学目的:了解光源的发光过程、光源的种类。掌握半导体光源的组成结构和各组成部分的作用,光调制器的种类及特点。掌握光发射机的组成原理。教学重点:半导体激光器组件的结构,光调制器的特点、应用场合,主要参数。光发射机的组成原理。§4.1光发射机概述一、光纤通信系统图二、光端机结构图两种结构:光/电/光转换全光网络(EDFA)单信道全光中继数字通信光--电--光中继的数字通信1、波长单一:对光源所发出光的波长要尽量单一(线宽Δλ1/2越小越好)
2、;2、低损耗窗口:光源发出波长应位于光纤的三个低损耗窗口(λ0应为0.85μm、1.31μm、1.55μm)三、光源的基本要求:3、功率大:对光源所发光的功率要求越大越好,以便远距离传输。4、电光转换效率高节能散热,可靠性高,寿命长,温度稳定性好。5、方向性好(前向光、背光)体积小,与光纤之间有较高的耦合效率6、光源的噪声N要小提高信噪比。7、响应速度快可进行光强度调制,携带信号。四、常用的光源1、半导体光源特点:(1)低损耗传输半导体光源发出的光波长适合在光纤的低损耗窗口传输;(2)体积小半导体光源体积小,发光面积和光纤的纤芯直径在同一数量级,与光纤有较高的耦合度,提
3、高光信号与光纤的耦合效率;(3)调制方便很方便地将基带信号电流注入光源驱动电路,进行强度调制,达到非相干调制的目的。(4)可靠性高半导体光源的可靠性高,寿命长,不仅发射功率大、与光纤的耦合效率高、响应速度快,而且发出的光相干性好,所以半导体光源在高速率、大容量数字光纤通信系统中得到了广泛应用。2、半导体光源的形式:(1)LED及组件(LightEmittingDiode)(2)LD及组件(LaserDiode)。一、光源的类型1、信号转换在光纤通信系统中,首先要将电信号转换为光信号,这就需要通信光源。2、常用光源半导体发光二极管LED(LightEmittingDiod
4、e)半导体激光二极管LD(LaserDiode)另外还有光纤激光器等光源。§4.2LED及组件1、正向导通:当PN结加上正向电压时:P(+)IN(-)2、反向截止:当PN结加反向电压时:I=03、PN结有源层----发光主题正向导通二、PN结具有单向导电性三、同质结和异质结1、同质结:早期研制的半导体激光器LD和发生二极管LED一般采用同质结构。同质结就是在PN结的两边使用相同的半导体材料,如硅材料(但分P型硅、N型硅)。2、同质结的特点采用同质结结构的激光器存在如下问题:首先是对光波的限制不完善;其次是对载流子的限制不完善结果:阈值电流Ith大3、(双)异质结为了降低
5、同质结半导体激光器的阈值电流Ith,就要从上述两个方面改进。双异质结(DH)是窄带隙有源区(GaAs)材料被夹在宽带隙的材料(GaAlAs)之间构成。由于双异质结激光器在有源区两侧,既限制了载流子,又限制了光波。所以它的光强分布基本被约束在有源区,而且阈值电流大大降低。四、半导体发光二极管(LED)1、LED材料选择光纤系统中发光二极管LED采用:Ga(镓)、As(砷)、In(铟)、P(磷)、Al(铝)等材料的化合物制成。例如:以GaAs为衬底的GaAs或GaAlAs(异质结)以InP为衬底的InGaAs或InGaAsP材料制成(异质结)。2、LED的发光结构(1)LE
6、D的分类从结构上分:正(表)面发光型(SLED)侧面(边)发光型(ELED)(2)LED的发光特点光纤通信系统中为侧面发光型(ELED),激光二极管LD的结构相似,可提高与光纤的耦合效率,带宽较宽,而且光谱的线宽Δλ1/2较窄。发光的发散角度3、LED的发射波长(1)lGaAs/GaAs半导体发光二极管LED,其发射光的峰值波长λ0为0.8~0.95μm,(2)InGaAsP/InPLED发射光的峰值波长λ0为1.3和1.55μm。且一般为高功率LED。(3)波长λ0计算频率为:υ=Eg/h波长λ为:λ=c/υ=(3×108×106μm)h/Eg=1.2396/Eg(μ
7、m)单位:Eg:ev(1.6022×10-19J)λ:μm×103nm(4)典型材料波长GaAs的Eg=1.435eV,故可用它来制作0.85μm波长的红外LED。GaAlAs/GaAs制作的LED,发射光峰值波长λ0为0.8~0.95μm,InGaAsP/InP制作的LED,发射光峰值波长λ0为1.3和1.55μm。InGaAsP的Eg=0.75~1.35eV,对应的发射波长为1.65~0.92μm4、LED的特点(1)LED的主要用途发光二极管(LED)是低速、短距离光通信系统中常用光源。目前广泛采用PN异质结制造。(2)LED的发光
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