光纤通信第5章光源与光发送机.ppt

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1、第5章光源与光发送机光有源器件定义：需要外加能源驱动工作的光电子器件半导体光源(LD,LED,DFB,QW,SQW,VCSEL)半导体光探测器(PD,PIN,APD）光纤激光器（OFL:单波长、多波长）光放大器(SOA,EDFA)光波长转换器(XGM,XPM,FWM)光调制器（EA）光开关/路由器光无源器件定义：不需要外加能源驱动工作的光电子器件光纤连接器（固定、活动,FC/PC,FC/APC）光纤定向耦合器/分支器光分插复用器（OADM)光波分/密集波分复用器（WDM/DWDM)光衰减器（固定、连续）光滤波器（带通、带阻）光纤隔

2、离器与环行器（偏振有关、无关）光偏振态控制器、光纤延迟线、光纤光栅光器件与电器件的类比多波长光源DWDM光调制器光隔离器光耦合器光波长转换光放大DWDM光色散补偿光隔离器光环行器光波长转换OADMDWDM光隔离器光环行器光开关可调谐滤波DWDMOXC光耦合器光调制解调光器件的应用光器件的分类光电变换器件光开关与调制器件光放大器件光色散补偿器件光网络器件光电变换器件F-P腔激光二极管(LD)分布反馈布拉格激光器(DFB)分布布拉格反射激光器(DBR)外腔激光器与Q开关激光器发光二极管(LED)光纤激光器(OFL)垂直腔表面发射激光器

3、(ECSEL)多波长光源与波长可调谐激光器光电探测器(PD、PIN、APD)光调制器件幅度调制机械调制电光调制直接调制电吸收光调制(EA)相位调制偏振调制光电集成芯片(OEIC)光子集成芯片(PIC)光色散补偿器件色散控制色散位移单模光纤非零色散位移单模光纤大有效截面单模光纤色散平坦单模光纤色散补偿色散补偿光纤模块SOA色散补偿光纤光栅色散补偿色散管理光网络器件光耦合透镜（自聚焦透镜、玻璃球透镜）光连接器与光耦合器光隔离器与光环行器光滤波与光波分复用器件光起偏器与偏振控制器光波长转换与光波长路由器件光调制解调器（Modem）光衰减

4、器与光延时器件光开关与光交叉连接器件微光电机械芯片光放大器件掺铒光纤放大(EDFA)掺镨光纤放大(PDFA)掺钕光纤放大(NDFA)分布式光纤放大喇曼光纤放大(SRFA)布里渊光纤放大(SBFA)半导体光放大(SOA)元件：Components器件：Devices模块：Modules系统：Systems第三章有源光器件和无源光器件3.1激光原理的基础知识3.2半导体光源3.3光电探测器3.4无源光器件5.1激光的基础知识5.1.1玻尔的能级假说5.1.2光子5.1.3自发辐射受激辐射和受激吸收5.1.4粒子数反转其中E2和E1分

5、别为跃迁前、后的原子能级能量，h为普朗克常数，ν为电磁辐射的频率。5.1.1玻尔的能级假说h=6.6261×10-34Js能量最低的原子能级称为基态能级，其它能量较高的原子能级称为激发态能级。5.1.2光子若原子从E2→E1，△E=E2–E1，这个差△E将以一个量子的能量形式释放，一个量子的能量被称为光子（photon）。一个光子的能量Ep由下面的公式定义Ep=hν（3.1.3-1）h是普朗克常数(h=6.626×10-34J•S)，而ν是光子的频率。原子从高能级→低能级，对应于光子的辐射；原子从低能级→高能级，对应于光子的吸收。

6、处于高能级的原子自发的辐射一个频率为ν、能量为E的光子，跃迁到低能级，这一过程称为自发辐射。是相位、偏振方向不同的非相干光。E2E1N2N1h5.1.3自发辐射受激辐射和受激吸收1自发辐射(spontaneousradiation)E2E1N2N1全同光子h2受激辐射(stimulatedradiation)在能量为E的入射光子的激励下，原子从高能级向低能级跃迁，同时发射一个与入射光子频率、相位、偏振方向和传播方向都相同的另一个光子，这一过程称为受激辐射。E2E1N2N1h上述外来光也有可能被低能级吸收，使原子从E1E2。

7、在入射光子的激励下，原子从低能级向高能级跃迁，称为受激吸收。3受激吸收(stimulatedabsorption)自发辐射是单向性的；受激跃迁是双向的;自发辐射概率与光强无关；受激跃迁概率正比于光强。自发辐射和受激辐射、吸收的区别：5.1.4粒子数反转在热平衡时，各能级的粒子数目服从玻耳兹曼统计分布:即若E2>E1，则两能级上的原子数目之比k=1.38×10-23J/K为玻耳兹曼常量N2N1N2N1粒子数反转（N2>N1）是实现激光放大的必要条件。为了实现粒子数反转，就需要大量电子跃迁到导带，为此，需要泵浦为跃迁提供能量。此外，还

8、需要亚稳态能级使激发的电子保持一段时间，形成粒子数反转。例如：T～103K；kT～1.38×10-20J～0.086eV;在可见光和近红外，Eg=hv=E2-E1～1eV;说明基态上粒子数最多。此时受激辐射概率<受激吸收概率，不能产生光放大。例题1