《光源与光发送机》PPT课件

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1、光源与光发送机5.1半导体光源的物理基础5.2半导体光源的工作原理5.3光源的工作特性5.4光发送机5.5驱动电路和辅助电路光源的重要性！光源是光纤通信系统的关键器件，它产生光通信系统所需要的光载波，其特性的好坏直接影响光纤通信系统的性能。如果没有光载波，所有的信息就不能传输。系统需要什么样的光源？1、合适的发光波长光源的发光波长应符合目前光纤通信的三个低损耗窗口（0.85，1.31，1.55微米），也就是说光源的发光波长应与光纤的工作窗口相一致。目前光通信系统中作为第一窗口的0.85微米已基本不用，1.31微米的第二窗口正在大量应用，并且光纤通信系统正在向1.55微米的第三窗口转移。2

2、、足够的输出功率光源的输出功率发须足够大，光源输出功率大小影响光通信系统的中继距离。光的的输出功率越大，系统的中继距离就越长。但这个结论是有条件的，即如果光源的输出功率太大，使光纤工作于非线性状态，则是光纤通信系统不允许的。当然，目前的问题不是光纤的功率太大，而是不够。因此，还应努力提高光源输入光纤的光功率，以增大中继距离。一般光源的输出功率大于1mw。3、可靠性高，寿命长光源的工作寿命长，通信才可靠。目前通信工程要求光源平均工作寿命为小时（约100年），一般不允许中断通信。设一个通信系统中有10个光源，假如其中一个光源发生故障，会使整个系统中断工作。从故障的概率来说，该系统发生中断能信

3、故障的时间间隔为10万小时（约10年），这是实用通信工程对元器件的要求。4、输出效率高输出光功率与所消耗的直流电功率的比值叫做输出功率。要求输出效率尽量高，即耗电尽量省，而且要在低压下工作。这样对无人中继站的供电就较为方便。目前输出效率的标准是大于10%，将来希望达到50%。5、光源的谱线宽度窄光谱宽度是光源发光波长范围。希望光波也能够和无线电波一样，只在一个频率振荡。实际上这很难做到，只能要求光谱尽量窄，光源的光谱宽度直接影响到系统的的传输带宽，它与光纤的色散效应相结合，就产生了噪声，影响通信系统的传输容量和中继距离。6、聚光性好要求光源发光尽量集中，会聚到一点，尽可能多地把光送过光纤

4、，即耦合效率高，这样进入光结的功率大，系统中继距离就可增加。7、调制方便调制是把话音等信息附载在光波上，如何高效地用电信号来调制光波是决定系统成败的关键。8、价格低廉，体积小，应用方便5.1半导体光源的物理基础1.孤立原子的能级原子是由原子核和围绕原子核旋转的电子构成。围绕原子核旋转的电子能量不能任意取值，只能取特定的离散值，这种现象称为电子能量的量子化。电子既绕原子核旋转（动能），又作自旋运动（位能），动能和位能之和称为内能。1913年丹麦物理学家玻尔提出了原子只能处于由不连续能级表征的一系列状态（定态），对于每一种运动状态来说，都具有一定的内能（位能和动能之和）。内能是一些不连续的特

5、定值，对应电子运动的特定轨道，这些特定的轨道称为能级。电子通过与外界交换能量从一种运动状态转变为另一种运动状态。不同的原子具不同的能级结构，一个原子中，最低的能级称为基态，其余的称为高能态（激发态）。2.半导体的能带在大量原子相互靠近形成半导体晶体时，由于半导体晶体内部电子的共有化运动，使孤立原子中离散能级变成能带。在图5.2中，半导体内部自由运动的电子(简称自由电子)所填充的能带称为导带；价电子所填充的能带称为价带；导带和价带之间不允许电子填充，所以称为禁带，其宽度称为禁带宽度，用Eg表示，单位为电子伏特(eV)。图5.2半导体的能带结构光与物质的相互作用爱因斯坦在玻尔工作的基础上于

6、1916年发表辐射理论，而这正是激光理论的核心基础，因此爱因斯坦被认为是激光理论之父。这篇论文中，爱因斯坦区分三种过程，自发辐射、受激吸收、受激辐射。自发辐射处于高能级的电子状态是不稳定的，它将自发地从高能级(在半导体晶体中更多是指导带的一个能级)运动(称为跃迁)到低能级(在半导体晶体中更多是指价带的一个能级)与空穴复合，同时释放出一个光子。由于不需要外部激励，所以该过程称为自发辐射。这种辐射的特点是每个原子的跃迁的自发的，独立的，不需要外界的影响。因此根据能量守恒定律，自发辐射光子的能量为：式中：h为普朗克常数，其值为6.626×10-34J·s；f为光子的频率；E2为高能级能量

7、；E1为低能级量。应用：LED自发辐射的特点:1）没有外界作用，属于自发跃迁；2）原子存在一系列的能级，使得原子从高能级跃迁到低能级时的光子是多频率的，因而谱线较宽；3）即使有些电子存在相同的能级差，它们发射光子的频率是相同的，但是它们自发辐射的相位、方向、偏振方向各不相同，是不相干光。4）发射光子的频率决定于所跃迁的能级。受激吸收在外来光子激励下（外部光照射），电子吸收外来光子能量而从低能级跃迁到高能级，变成自由电子。受激吸收过