第6光源和光放大器

1、光源和光放大器l发光二极管l发光二极管的工作特性l激光器原理l半导体激光器l半导体激光器的工作特性l窄谱宽和可调谐半导体激光器l光放大器l光纤激光器l垂直腔面发射激光器2通信用光器件：通信用光器件：l光有源器件：需要外加能源驱动工作的光器件。l光无源器件：不需要外加能源驱动工作的光器件。功能：实现系统各组成间信道的互通、分路/和路、复用/解复用、光路转接、波长/频率选择、功率控制、噪声滤除、反向隔离、偏振选择控制等。3光有源器件：光有源器件：l光源：半导体激光器（LD） 分布反馈（DFB）激光器 发光二极管（LED）l光检测器：光电二极管（PD）PIN光电二极管雪崩光电二极管（APD）l光放大

2、器：掺铒光纤放大器（EDFA）4l光无源器件： 光纤连接器和接头 光耦合器 光隔离器与光环行器 光调制器 光波分复用器/解复用器 光开关56半导体激器半导体激器气体激光器固体激光器二氧化碳激光器l半导体光源优点：半导体光源优点： 体积小 效率高 可靠性高 工作波长与光纤低损耗窗口相对应 便于光纤耦合调制速率高l半导体光源：半导体光源： 在注入电流作用下，电子从低能级跃迁到高能态，形成粒子数反转，电子再从高能态跃迁到低能态产生光子而发光。7l能级理论：能级理论：原子由原子核和核外沿固定轨道旋转的电子组成；电子在特定的能级中运动，并通过与外界交换能量发生能级跃迁；能级所对应的能量值是离散的。l能带

3、理论针对半导体材料 价带 导带8l处于高能态（导带）电子不稳定，向低能态（价带）跃迁，而能量以光子形式释放出来，发射光子的能量h等于导带价带能量差，即hEc-EvEg。l发光过程：发光过程： 自发发射：处于高能态的电子按照一定的概率自发地跃迁到低能态上，并发射一个能量为E2-E1的光子； 9l受激发射：处在高能态的电子在外界光场的感应下，发射一个和感应光子一模一样的光子，跃迁到低能态。10l自发发射自发发射 光子随机地向各个方向发射，每次发射没有确定的相位关系 非相干光。 LED通过自发发射过程发光。11l受激发射受激发射 光子的发射方向、相位、频率都与激发它们的光子相同相干光。 LD通过受激

4、发射过程发光。12l半导体的能带： 半导体材料的的能级结构不是分离的能级，而是有一定宽度的带状结构。价带（能量较低）导带（能量较高）禁带13l 能级、费米能级、费米-狄拉克统计分布和费米能级狄拉克统计分布和费米能级 由物理学知识知道，物质是由原子构成的，原子又是由原子核及其外围电子来构成，而电子围绕原子核运动只能有某些一定的不连续的轨道。由于沿每个轨道运行时就有一定相应的能量，这些分立的能量值就称为能级。14l 半导体中的电子虽然是作无规则运动，但是，从量子统计学观点来看，电子在不同能级上占据的几率f(E)还是有规律的，他们服从费米-狄拉克统计分布规律。 1516l即即l式中，式中，f（E） 能量为能量为E的能级被一个电子占据的几率；的能级被一个电子占据的几率；l E 某一能级的能量值；某一能级的能量值；l k 玻耳兹曼常数，玻耳兹曼常数，k=1.3810-23J/K(焦耳焦耳/开开)；l T 绝对温度；绝对温度；l Ef 费米能级，费米能级，l费米能级的物理意义就表示能量为费米能级