现代光纤通信系统-第四章ppt课件.ppt

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1、光纤通信系统的组成1第4章光发射机24.1光源34.1.1半导体激光器工作原理和基本结构44.1.1半导体激光器工作原理和基本结构51.受激辐射和粒子数反转分布6自发辐射受激辐射1.受激辐射和粒子数反转分布7自发辐射受激辐射1.受激辐射和粒子数反转分布8波尔兹曼常数k=1.381×10-23J/K，T为热力学温度。吸收物质：N1>N2，受激吸收大于受激辐射，光强呈指数衰减激活物质：N1

2、N型半导体；(c)P型半导体2.PN结的能带和电子分布11当P型和N型半导体形成PN结时，多数载流子(电子或空穴)的梯度引起扩散运动，形成内部电场内部电场产生与扩散相反方向的漂移运动；两种运动达到平衡状态在PN结上施加正向电压，扩散增强。在PN结形成增益区，其导带主要是电子，价带主要是空穴，从而获得粒子数反转分布。2.PN结的能带和电子分布123.激光振荡和光学谐振腔粒子数反转分布是产生受激辐射的必要条件，但还不能产生激光。只有把激活物质置于光学谐振腔中，对光的频率和方向进行选择，才能获得连续的光放大和激光振荡输出。法布里－珀罗(Fabry-Perot,F-P)

3、谐振腔13阈值条件相位条件（谐振条件）3.激光振荡和光学谐振腔144.半导体激光器基本结构15164.1.2半导体激光器的主要特性*发射波长和光谱特性镓铝砷-镓砷(GaAlAs-GaAs)材料适用于0.85μm波段铟镓砷磷-铟磷(InGaAsP-InP)材料适用于1.3~1.55μm波段发射光波长有一定分布，谱线具有明显的模式结构电子伏174.1.2半导体激光器的主要特性*激光束的空间分布－激光器的横模184.1.2半导体激光器的主要特性194.1.2半导体激光器的主要特性*转换效率和输出光功率特性激光器的电/光转换效率用外微分量子效率204.1.2半导体激光器

4、的主要特性图3.10典型半导体激光器的光功率特性(a)短波长AlGaAs/GaAs;(b)长波长InGaAsP/InP214.1.2半导体激光器的主要特性*温度特性激光器输出光功率随温度而变化有两个原因：激光器的阈值电流随温度升高而增大；外微分量子效率随温度升高而减小。T0为激光器材料的特征温度GaAlAs-GaAs激光器：T0=100~150KInGaAsP-InP激光器：T0=40~70K224.1.3分布反馈激光器分布反馈（DFB）激光器23布拉格Bragg（1890~1971）澳大利亚出生的英国物理学家，25岁时发明了有名的布拉格方程，获得了诺贝尔奖2

5、44.1.3分布反馈激光器图3.13分布反馈(DFB)激光器(a)结构；(b)光反馈25商用化的量子阱DFB激光器26该DFB激光器的性能指标参数2728294.1.4发光二极管30314.1.4发光二极管324.1.4发光二极管334.1.4发光二极管344.1.4发光二极管工作特性－P-I特性354.1.4发光二极管工作特性－P-I特性364.1.4发光二极管工作特性－P-I特性374.1.4发光二极管工作特性－P-I特性384.1.4发光二极管工作特性光谱特性一般短波长GaAlAs-GaAsLED谱线宽度为30~50nm，长波InGaAsP-InPLED

6、谱线宽度为60~120nm。随着温度升高或驱动电流增大，谱线加宽，且峰值波长向长波长方向移动，短波长和长波长LED的移动分别为0.2~0.3nm/℃和0.3~0.5nm/℃394.1.5半导体光源一般性能和应用LED通常和多模光纤耦合，用于1.3μm(或0.85μm)波长的小容量短距离系统。LD通常和G.652或G.653规范的单模光纤耦合，用于1.3μm或1.55μm大容量长距离系统，这种系统在国内外都得到最广泛的应用。分布反馈激光器(DFB-LD)主要和G.653或G.654规范的单模光纤或特殊设计的单模光纤耦合，用于超大容量的新型光纤系统，这是目前光纤通信

7、发展的主要趋势。40数字光发射机功能：4.2光发射机把电端机输出的数字基带电信号转换为光信号，并用耦合技术有效注入光纤线路，电/光转换是用承载信息的数字电信号对光源进行调制来实现的。电信号对光源的调制方式：直接强度调制（IntensityModulation），即用电信号对光源的注入电流进行调制，然后使输出光波的强度随调制信号而变化。外调制，利用晶体的电光、磁光和声光等效应对光辐射进行调制。41激光器(LD)和发光二极管(LED)直接光强数字调制原理输出光信号输出光信号IinIin输入电信号输入电信号4.1光发射机两种调制方案：直接调制激光源驱动器光纤光信号输出

8、电信号输入42激光源调制