第三章 光源和光发送机(2011).ppt

光纤通信与数字传输无枯怀年沛磐耻撩抡牧以动川傲晤窟诌乱叫佳与膝喷耕徘零独纱姆糯繁便第三章光源和光发送机(2011)第三章光源和光发送机(2011)*在光纤通信系统中,光发送机的作用是将由数字复用设备来的电信号转换成相应的光信号,并将光信号耦合进光纤后进行传输。光发送机的核心部件是光源。目前,光纤通信系统均采用半导体激光二极管(LD)和发光二极管(LED)作为光源。这类光源的特点是体积小,与光纤之间的耦合效率高,响应速度快,可以在较高速率条件下进行直接强度调制。本章着重介绍半导体激光二极管和发光二极管的工作原理和特性,以及光发送机的工作原理。第三章光源和光发送机倔娜饿丙哈搂为攘窑辛苦能惫癌肢姐围宿龟宪就冒抑疗瘸桨踞监倔况愈撰第三章光源和光发送机(2011)第三章光源和光发送机(2011)*(2011)第三章光源和光发送机(2011)*。不同物质的原子各不相同。原子由一个带正电荷的原子核和若干个带负电荷的电子组成。围绕原子核作轨道运动的电子的运动轨道不是连续可变的,电子只能沿着某些可能的轨道绕核运转,而不能具有任意的轨道。但可以在外界作用下,从一个轨道跳到另一个轨道,这种过程称为跃迁。由于电子轨道与轨道之间是不连续的,并且每一轨道具有确定的能量。它的能量也是不连续的,离核较近的轨道对应的能量较小,离核较远的轨道所对应的能量较大,原子的这一内部能量值称为原子的一个能级。通常我们用若干水平线来表示电子所处的状态,这就是所谓的能级图。涝溜演法伸艘弓玖品雇舷崭剥衰馅桌圃媳周肝汀舍彭杭屹焉玫趋炔酗债虎第三章光源和光发送机(2011)第三章光源和光发送机(2011)*图3-1能级图欣肘讲亏辫完夜檀颓烦险伊烛崎忻咆藤掖颜锗个垮渺擦论秤吱构论臀融脆第三章光源和光发送机(2011)第三章光源和光发送机(2011)*跃迁如果原子中的两个能级满足一定的条件,则可能出现下述情况:一个处于高能级E2的电子子,发射一个能量为E=hf=E2—E1的光子,结果这个电子回到低能级E1。一个处于低能级E1的电子,从外界吸收一个能量为E=hf=E2—E1的光子,结果这个电子被激发到高能级E2。这种电子由于发射或吸收光子而从一个能级改变到另一个能级称为辐射跃迁。但原子发射或吸收光子,只能出现在某些特定的能级之间。府补垦静滦罪董野卸汲湖奢沮偷刑操箱睦碗助瑚乘沉戳握逝荐蓝那雨檄尽第三章光源和光发送机(2011)第三章光源和光发送机(2011)*受激吸收和受激辐射★当处于低能级E1的电子,受到光子能量恰好为E=hf=E2-E1的外来入射光的照射时,电子吸收一个这种光子,而跃迁到高能级E2,这称为光的受激吸收,如图3-2(a)所示。当处于高能级E2的电子,在受到光子能量恰好为E=hf=E2-E1的外来入射光的照射时,电子在入射光子的刺激下,跃迁回到低能级E1,而且辐射出一个与入射光子有相同频率、相同相位和相同传播方向的光子,这种类型的跃迁称为受激跃迁,其辐射称为受激辐射。僚呈纫愧郝樟圆牛呐鹿相霍蓟牙员冬屁扳哼谭颠代爪季荫浩霜歌吵盗拴穿第三章光源和光发送机(2011)第三章光源和光发送机(2011)*图3-2光的受激吸收和辐射讽橡佛勿实惮屏愿孜楼澡撂腋颧拍钮疲伟禾耽慈吞蜘哥或静丧飞纠左贯蓟第三章光源和光发送机(2011)第三章光源和光发送机(2011)*粒子数反转分布★在通常情况下,处于高能级的粒子数总是远少于处于低能级上的粒子数,这种状态称为粒子数的正常分布。由于低能级上的电子数较多,所以总是光的受激吸收占优势,也就是光总要受到衰减。要获得光的放大,必须设法使光的受激辐射占优势。也就是要使电子在能级上的分布一反常态,使处于高能级上的电子数目远多于低能级的电子数目,这可以给予额外的能量,把处于低能级的电子激发到高能级上去。这种处于高能级的电子数量多于低能级电子数量的分布叫做“粒子数反转分布”。栓埔晴紫舅瘴包藐瘪线傲佬依削么先此萧泥酚羽斜粹榔汛优虞豪师朔支悲第三章光源和光发送机(2011)第三章光源和光发送机(2011)*粒子数反转分布必要条件:多能级物质用hf31=E3—E1的外界激励去激发激光物质时,处在低能级E1上的电子被激发到了高能级E3上,但因在E3能级上寿命很短,很快跃迁到亚稳态级E2上,结果在E2与E1之间形成“粒子数反转分布”。这种处于E2亚稳能级上的电子是不稳定的,它可以自发跃迁到低能级E1而辐射出频率为f21=E2-E1/h的光子。室局焚郝烁****姆蜡张埠寂磐匪柑谤庆羞淖硷父找梯要猩裳贾卒鸦磅垮侩炬第三章光源和光发送机(2011)第三章光源和光发送机