第6光源和光放大器

光源和光放大器發(fā)光二極管發(fā)光二極管的工作特性激光器原理半導體激光器半導體激光器的工作特性窄譜寬和可調諧半導體激光器光放大器光纖激光器垂直腔面發(fā)射激光器2通信用光器件：光有源器件：需要外加能源驅動工作的光器件。光無源器件：不需要外加能源驅動工作的光器件。功能：實現(xiàn)系統(tǒng)各組成間信道的互通、分路/和路、復用/解復用、光路轉接、波長/頻率選擇、功率控制、噪聲濾除、反向隔離、偏振選擇控制等。3光有源器件：光源：半導體激光器（LD）分布反饋（DFB）激光器發(fā)光二極管（LED）光檢測器：光電二極管（PD）PIN光電二極管雪崩光電二極管（APD）光放大器：摻鉺光纖放大器（EDFA）4光無源器件：光纖連接器和接頭光耦合器光隔離器與光環(huán)行器光調制器光波分復用器/解復用器光開關56半導體激器氣體激光器固體激光器二氧化碳激光器半導體光源優(yōu)點：體積小效率高可靠性高工作波長與光纖低損耗窗口相對應便于光纖耦合調制速率高半導體光源：

在注入電流作用下，電子從低能級躍遷到高能態(tài)，形成粒子數(shù)反轉，電子再從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)產(chǎn)生光子而發(fā)光。7能級理論：原子由原子核和核外沿固定軌道旋轉的電子組成；電子在特定的能級中運動，并通過與外界交換能量發(fā)生能級躍遷；能級所對應的能量值是離散的。能帶理論——針對半導體材料價帶導帶8處于高能態(tài)（導帶）電子不穩(wěn)定，向低能態(tài)（價帶）躍遷，而能量以光子形式釋放出來，發(fā)射光子的能量hυ等于導帶價帶能量差，即hυ＝Ec-Ev＝Eg。發(fā)光過程：

自發(fā)發(fā)射：處于高能態(tài)的電子按照一定的概率自發(fā)地躍遷到低能態(tài)上，并發(fā)射一個能量為E2-E1的光子；

9受激發(fā)射：處在高能態(tài)的電子在外界光場的感應下，發(fā)射一個和感應光子一模一樣的光子，躍遷到低能態(tài)。10自發(fā)發(fā)射

光子隨機地向各個方向發(fā)射，每次發(fā)射沒有確定的相位關系—非相干光。

LED通過自發(fā)發(fā)射過程發(fā)光。11受激發(fā)射

光子的發(fā)射方向、相位、頻率都與激發(fā)它們的光子相同——相干光。

LD通過受激發(fā)射過程發(fā)光。12半導體的能帶：半導體材料的的能級結構不是分離的能級，而是有一定寬度的帶狀結構。價帶（能量較低）導帶（能量較高）禁帶13

能級、費米-狄拉克統(tǒng)計分布和費米能級由物理學知識知道，物質是由原子構成的，原子又是由原子核及其外圍電子來構成，而電子圍繞原子核運動只能有某些一定的不連續(xù)的軌道。由于沿每個軌道運行時就有一定相應的能量，這些分立的能量值就稱為能級。14

半導體中的電子雖然是作無規(guī)則運動，但是，從量子統(tǒng)計學觀點來看，電子在不同能級上占據(jù)的幾率f(E)還是有規(guī)律的，他們服從費米-狄拉克統(tǒng)計分布規(guī)律。1516即式中，f（E）——能量為E的能級被一個電子占據(jù)的幾率；

E——某一能級的能量值；

k——玻耳茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K(焦耳/開)；

T——絕對溫度