第4章 光通信器件ppt课件.ppt

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1、第四章光通信器件4.1半导体激光器4.2半导体发光二极管(LED)4.3光放大器4.4光检测器4.5其他光通信器件9/8/20211安徽工业大学数理学院WenpingZhou4.1半导体激光器4.1.1半导体激光器原理4.1.2激光器的基本组成4.1.3半导体激光器的机理4.1.4制作激光器的材料4.1.5F－P腔激光器*4.1.6量子阱半导体激光器4.1.7分布反馈激光器4.1.8半导体激光器的工作特性*4.1.9光纤通信使用的激光器4.1.10固体蓝光激光器*9/8/20212安徽工业大学数理学院Wenp

2、ingZhou4.1.1～4.1.4半导体激光器原理能带：价带、禁带、导带PN结9/8/20213安徽工业大学数理学院WenpingZhou半导体激光器概述半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器。常用材料有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。9/8/20214安徽工业大学数理学院WenpingZhou半导体激光器工作原理半导体激光器工作原理：是激励方式，利用

3、半导体物质(即利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。形成激光的条件：有源区产生足够的粒子数反转分布；存在光学谐振机制，并在有源区建立起稳定的光振荡。解理面NP耗尽层金属电极金属电极9/8/20215安徽工业大学数理学院WenpingZhou半导体激光器的组成激光工作物质：半导体材料，在被激活的条件下，可以辐射光子。泵浦源：在泵浦源的激励下，工作物质被激活而成为激活物质或增益物质。光学谐振腔：其正反馈作用使光的增益

4、大于损耗，产生激光。9/8/20216安徽工业大学数理学院WenpingZhou光源发射的峰值波长，应在光纤的低损耗窗口之内，即与石英光纤三个低损耗窗口相适应。有足够高的稳定的输出光功率，以满足系统的光中继段距离的要求。(入纤功率必须有数十微瓦至数毫瓦)有高的电光转换效率，低功率驱动，长寿命，高可靠性。单色性和方向性好，以减少光纤的材料色散，提高光缆和光纤的耦合效率。易于调制，响应速度快，以利于高速率大容量的数字信号的传输，温度特性好。体积小，重量轻，便于安装和使用，也利于光源和光纤的耦合。一、光纤通信对光源

5、的基本要求9/8/20217安徽工业大学数理学院WenpingZhou主要介绍三种激光器：1、单纵模(SLM)半导体激光器分布反馈激光器DFB激光器分布布拉格反射(DBR)激光器耦合腔激光器(C3)*2、量子阱(QW)激光器3、光纤激光器*二、光通信用的激光光源—LD9/8/20218安徽工业大学数理学院WenpingZhou1、单纵模(SLM)半导体激光器SLM的思想是使不同纵模具有不同的腔损耗，具有最低光腔损耗的纵模最先达到阈值并成为支配模式。其它邻模由于其高损耗而被区分开，并因高损耗而被阻止从自发辐射中

6、建立。这些邻模携带的功率在总的辐射功率中一般只占很小一部分(<1%)。频率ω纵模发射模损耗线增益单纵模半导体激光器的增益和损耗9/8/20219安徽工业大学数理学院WenpingZhou(a)结构(b)光反馈分布反馈激光器DFB（4.1.7）9/8/202110安徽工业大学数理学院WenpingZhouDFB激光器其反馈并不位于端面上，而是分布在整个光腔长度上，通过折射率周期扰动的内建光栅产生的布拉格散射得到，并使正向和反向传播的波相互耦合。DFB机制产生模式选择的条件为布拉格条件，只有当波长满足下式，耦合才

7、发生。Λ＝m(λB/2n)λB—布拉格波长；Λ—光栅周期；n—模折射率；m—布拉格散射的阶数；对一阶布拉格散射(m=1)，正向和反向耦合最强，对工作于λB=1.55µm的DFB激光器，如果m=1，n=3.3，则Λ=235nm，此光栅可用全息照相技术制造。9/8/202111安徽工业大学数理学院WenpingZhouN型P型光栅有源层DFB激光器DBRDBR激光器DBR泵浦区N型P型DFB激光器中反馈发生在整个光腔有源区长度上，但DBR激光器中的反馈并不发生在有源区内。实际上DBR激光器的末端区域像一面镜子，该

8、镜子对满足方程Λ＝m(λB/2n)的λB光波反射率最大，因而光腔损耗对最靠近λB的纵模最小，而对其它纵模大大增加。两类DFB机制的半导体激光器9/8/202112安徽工业大学数理学院WenpingZhou采用多段DFB和DBR激光器的设计方案，可实现稳定性和可调谐性兼容的SLM激光器。它由三段组成，分别为有源段，相位控制段和布拉格段。可通过注入不同大小的电流分别偏置，注入到布拉格段的电流导致折射率变