2-1 光源.ppt

光纤系统中的光源
光纤系统中常用光源的原理及其主要特性
1、非相干光源    (1)热光源 (2)气体放电光源 (3)发光二极管发光二极管可分为面发射型和边发射型。常用的LED是 InGaAsP/InP双异质结边发光二极管。
2、相干光源    激光器要工作必须具备三个基本条件,即激光物质、光谐振器和泵浦源
激光器
(1)固体激光器(2)液体激光器
(3)气体激光器
(4)半导体激光二极管
(5)光纤激光器
半导体光源
光源是光光纤通信和光纤检测系统的关键器件,其功能是把电信号转换为光信号。目前光纤系统广泛使用的光源主要有半导体激光二极管(LD)和发光二极管(LED), 有些场合也使用固体激光器,例如掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器。
本节首先介绍半导体激光器(LD)的工作原理、基本结构和主要特性,然后进一步介绍性能更优良的分布反馈激光器(DFB - LD),最后介绍可靠性高、寿命长和价格便宜的发光管(LED)。
半导体激光器工作原理和基本结构
半导体激光器是向半导体PN结注入电流, 实现粒子数反转分布,产生受激辐射,再利用谐振腔的正反馈,实现光放大而产生激光振荡的激光,其英文LASER就是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(受激辐射的光放大)的缩写。所以讨论激光器工作原理要从受激辐射开始。
光与物质相互作用的三种基本方式
自发辐射——无外界激励而高能级电子自发跃迁到低能级,同时释放出光子。
受激辐射——高能级电子受到外来光作用,被迫跃迁到低能级,同时释放出光子,且产生的新光子与外来激励光子同频同方向,为相干光。
受激吸收——低能级电子在外来光作用下吸收光能量而跃迁到高能级。
1. 受激辐射和粒子数反转分布
有源器件的物理基础是光和物质相互作用的效应。在物质的原子中,存在许多能级,最低能级E1称为基态,能量比基态大的能级Ei(i=2, 3, 4 …)称为激发态。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1):
图 1能级和电子跃迁
(a) 受激吸收; (b) 自发辐射; (c) 受激辐射
(1) 在正常状态下,电子处于低能级E1,在入射光作用下,它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上,这种跃迁称为受激吸收。电子跃迁后,在低能级留下相同数目的空穴,见图1(a)。
(2) 在高能级E2的电子是不稳定的,即使没有外界的作用, 也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量转换为光子辐射出去,这种跃迁称为自发辐射,见图1(b)。(3) 在高能级E2的电子,受到入射光的作用,被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量产生光辐射,这种跃迁称为受激辐射,见图1(c)。