光纤通信技术第四章.pptx

光源
调制器
驱动电路
放大器
光电二极管
判决器
光纤
光纤
中继器
光发射机
将电信号转变为光信号
第四章激光器及光发射机
半导体激光器
法布里-珀罗型激光器F-P LD
分布反馈激光器DFB LD
分布Bragg反射型激光器DBR LD
量子阱激光器QW LD
垂直腔面发射激光器VCSEL
半导体激光器的工作特性
光发射机
半导体激光器LD
激光器被视为20世纪的三大发明(还有半导体和原子能)之一,特别是半导体激光器LD倍受重视。
光纤通信中最常用的光源是半导体激光器LD和发光二极管LED。
主要差别:
发光二极管输出非相干光;
半导体激光器输出相干光。
发光二极管LED
对于光纤通信系统,如果使用多模光纤且信息比特率在100~200Mb/s以下,同时只要求几十微瓦的输入光功率,那么LED是可选用的最佳光源。
比起半导体激光器,因为LED不需要热稳定和光稳定电路,所以LED的驱动电路相对简单,另外其制作成本低、产量高。
LED的主要工作原理对应光的自发发射过程,因而是一种非相干光源。
LED发射光的谱线较宽、方向性较差,本身的响应速度又较慢,所以只适用于速率较低的通信系统。
在高速、大容量的光纤通信系统中主要采用半导体激光器作光源。
发光二极管LED
半导体激光器LD
半导体激光器的优点:尺寸小,耦合效率高,响应速度快,波长和尺寸与光纤尺寸适配,可直接调制,相干性好。
按结构分类: F-P LD、 DFB LD、 DBR LD、 QW LD、 VCSEL
按波导机制分类:增益导引LD和折射率导引LD
按性能分类:低阈值LD、超高速LD、动态单模LD、大功率LD
法布里-珀罗型激光器F-P LD
F-P LD是最常见最普通的LD.
由外延生长的有源层和有源层两边的限制层构成,谐振腔由晶体的两个解理面构成。通常为双异质结(DH)LD。
激光器实质上是一个受激发射的光振荡放大器。
F-P LD基本工作原理
实现F-P LD激射工作的四个基本条件:
要有能实现电子和光场相互作用的工作物质
要有注入能量的泵浦源(光泵或者电泵浦)
要有一个F-P谐振腔
要满足振荡条件
1. 光的自发发射、受激吸收和受激发射
工作物质和泵浦源是实现光的自发发射、受激吸收和受激发射的最基本条件。
自发发射:大量处于高能级的粒子,各自分别发射一列一列频率为=(E2 -E1) /h的光波,但各列光波之间没有固定的相位关系,可以有不同的偏振方向,沿所有可能的方向传播。各光子彼此无关。
受激发射:处于高能级E2的粒子受到光子能量为的光照射时,粒子会由于这种入射光的刺激而发射出与入射光一模一样的光子,并跃迁到低能级E1上。有相同的偏振方向和传播方向。
双能级原子系统的三种跃迁
h
E2
E1
自发发射跃迁
E2
E1
受激吸收跃迁
h
h
E2
E1
受激发射跃迁
h
h
受激发射的光子与原光子具有相同的波长、相位和传播方向