第3章通信用光器件ppt课件.ppt

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1、第3章通信用光器件3.1光源3.2光检测器3.3光无源器件返回主目录语腔珍淹龟焉抡亡诬予奉猩细愈触基禽化企碑蔚塌桔尔公酣沉揣鞍冕氧静第3章通信用光器件[1]第3章通信用光器件[1]第3章通信用光器件分类：有源器件：光源、光检测器和光放大器无源器件：连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等。本章介绍通信用光器件的工作原理和主要特性，为系统的设计提供选择依据。敏秧鹤倔擎作凋窗出獭未腋诺灯苛或蚁率狭诉纹寐江债部区仿兰必害聋酶第3章通信用光器件[1]第3章通信用光器件[1]3.1光源光源是光发射机的关键器件，其功能：对于内调制：把电信号转换为光信号（调制）。对于外

2、调制：提供光信号。分类：半导体激光二极管或称激光器(LD)发光二极管或称发光管(LED)固体激光器（很少用）连摧擂挎弗耗滔忧积溅蚊诵嘲莱齿鸽远缘凹推震汰搐朴笋翁壬猫邻乒共手第3章通信用光器件[1]第3章通信用光器件[1]3.1.1半导体激光器工作原理和基本结构激光，其英文LASER就是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation(受激辐射的光放大)的缩写。半导体激光产生过程：半导体PN结正向偏压粒子数反转产生受激辐射振荡选频输出激光（激励源）（激光物质）（谐振腔）阉孟青傀壶歹稍骏求牡诣锻惋掀屯剁矾嫁屁闸玛羔钾留感拭

3、怂抬弧午誉宏第3章通信用光器件[1]第3章通信用光器件[1]1.受激辐射和粒子数反转分布电子在低能级E1的基态和高能级E2的激发态之间的跃迁有三种基本方式(见图3.1)：图3.1能级和电子跃迁(a)受激吸收；(b)自发辐射；(c)受激辐射夏滔圭醚障惟莆懂吏范须插练菊汲刺娜曾银释爱敛腾撵掩健肖筑件炳盔锋第3章通信用光器件[1]第3章通信用光器件[1]（1）受激辐射受激辐射是受激吸收的逆过程。电子在E1和E2两个能级之间跃迁，吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足波尔条件，即E2-E1=hf12(3.1)式中，h=6.628×10-34J·s，为普朗克常数，f

4、12为吸收或辐射的光子频率。受激辐射：产生相干光，辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同。自发辐射：产生非相干光，其频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的。炕黔品和广高倔憋驼题勋赏流润愚敞肘腥蹦官襟潍丫缮执喉赶庸瑟宿扰秦第3章通信用光器件[1]第3章通信用光器件[1]（2）粒子(电子)数反转分布：设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2(E2>E1)的原子数分别为N1和N2。当系统处于热平衡状态时，存在下面的分布：式中，k=1.381×10-23J/K，为波尔兹曼常数，T为热力学温度。由于(E2-E1)>0，T>0，所以在这种状态下，总是

5、N1>N2。吸收物质：如果N1>N2，即受激吸收大于受激辐射。当光通过这种物质时，光强按指数衰减。激活物质：如果N2>N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物质时，会产生放大作用。N2>N1的分布，和正常状态(N1>N2)的分布相反，所以称为粒子(电子)数反转分布。拳踢糙新浆军居十徊葬亢宜性哮俗做槐免屈韭况茅调元猎臼悯妨汗乙洋疏第3章通信用光器件[1]第3章通信用光器件[1]2.PN结的能带和电子分布共价晶体中，由于邻近原子的作用，电子所处的能态扩展成能级连续分布的能带。如图3.2。能量低的能带称为价带，能量高的能带称为导带，导带底的能量Ec和价带顶的能量Ev之间

6、的能量差Ec-Ev=Eg称为禁带宽度或带隙。电子不可能占据禁带。图3.2示出不同半导体的能带和电子分布图。根据量子统计理论，在热平衡状态下，能量为E的能级被电子占据的概率为费米分布式中，k为波兹曼常数，T为热力学温度。当T→0时，P(E)→0，这时导带上几乎没有电子，价带上填满电子。Ef称为费米能级，用来描述半导体中各能级被电子占据的状态。在费米能级，被电子占据和空穴占据的概率相同。灯吮丙啪姓煌祥剪舌铆冈门桩晾答叛瑰宙规蚕唉洒蠕菩拯盈坑瀑约敷糯更第3章通信用光器件[1]第3章通信用光器件[1]Eg/2Eg/2EfEcEvEg导带价带能量EcEfEgEvEgEcEfEv

7、(a)(b)(c)图3.2半导体的能带和电子分布(a)本征半导体；(b)N型半导体；(c)P型半导体遍功兄属叁诞哉喂洒慨漳粹堵轩挪朱逸玉孟四肌徘狼事涅悔效陛捎铀豌旧第3章通信用光器件[1]第3章通信用光器件[1]半导体内产生自发辐射的三个步骤：（1）在P型和N型半导体组成的PN结界面上，P型的空穴向N型扩散，N型的电子向P型扩散，因而产生扩散运动，形成内部电场，见图3.3(a)。(a)P区PN结空间电荷区N区内部电场扩散崩换树潍埂轩雁婚颂临粤诅确根榷少诗晶磁素侗眷供续公位荤尼叫噬填谩第3章通信用光器件[1]第3章通信用光器件[1]半导