光纖通信第二章_第1頁
光纖通信第二章_第2頁
光纖通信第二章_第3頁
光纖通信第二章_第4頁
光纖通信第二章_第5頁
已閱讀5頁,還剩73頁未讀 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

第二章光源和光發(fā)射機(jī)

1.半導(dǎo)體激光器

2.發(fā)光二極管

3.光源的調(diào)制4.光源的調(diào)制格式2.1光源常用的光源主要有半導(dǎo)體激光二極管或稱激光器(LD)發(fā)光二極管或稱發(fā)光管(LED)。1.定義價帶Ev:與原子最外層軌道的價電子對應(yīng)的能帶。導(dǎo)帶Ec:價帶以上的能帶,沒有電子。熱或光的激發(fā),價帶中的電子得到能量而越遷到價帶以上的能帶,電子參與導(dǎo)電禁帶Eg:導(dǎo)帶與價帶之間的能級,不能被電子占據(jù)的區(qū)域。

Eg=Ec-Ev

一.基礎(chǔ)知識

1917年愛因斯坦根據(jù)輻射與原子相互作的量子理論提出,光與物質(zhì)的相互作用時,將發(fā)生三種基本物理過程:

(1)受激吸收

(2)自發(fā)輻射

(3)受激輻射<1>受激吸收入射光子的能量普朗克常數(shù)h=6.625×10-34(J·s)光檢測器<2>自發(fā)輻射v:輻射光子的頻率發(fā)光二極管LightEmittingDiode

<3>受激輻射激光器(LaserDiode)特點:

受激輻射光子與感應(yīng)光子是全同光子:頻率相同,而且相位、偏振方向、傳播方向都相同,因此它們是相干的;受激輻射過程實質(zhì)上是對感應(yīng)入射光的放大過程。

E2E1E2E1E2E1入射的光子哪里來?PDLEDLD自發(fā)輻射的光子實現(xiàn)光放大必須是輻射占主導(dǎo)地位輻射>吸收光放大吸收>輻射無光輸出輻射、吸收

產(chǎn)生受激輻射和產(chǎn)生受激吸收的物質(zhì)是不同的。設(shè)在單位物質(zhì)中,處于低能級E1和處于高能級E2(E2>E1)的粒子數(shù)分別為N1

和N2。熱平衡條件下,粒子數(shù)分布滿足如何產(chǎn)生光放大?,為波爾茲曼常數(shù),T為絕對溫度。所以在這種狀態(tài)下,總是N1>N2。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布如何實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的狀態(tài)呢?產(chǎn)生光放大要求需要外界能源泵浦,即外加正向電壓二、半導(dǎo)體發(fā)光機(jī)理1、本征半導(dǎo)體的能帶分布本征半導(dǎo)體:沒有任何外來雜志和晶格缺陷的理想半導(dǎo)體費米能級:絕對零度是電子所具有的最大能量要使半導(dǎo)體產(chǎn)生激光引入P.N型半導(dǎo)體導(dǎo)帶費米能級Efc價帶P-N結(jié)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)(1)N型半導(dǎo)體:向本征半導(dǎo)體摻雜質(zhì)元素(五價元素,P,AS。。),提供電子。即電子多,空穴少(2)P型半導(dǎo)體:加三價元素,提供空穴。即空穴多,電子少+42.P、N型半導(dǎo)體

+4<1>P、N半導(dǎo)體能帶圖沒有統(tǒng)一的費米能級<2>重?fù)诫s下P-N結(jié)的能帶圖沒有形成結(jié)的費米能級?擴(kuò)散:內(nèi)建電場:內(nèi)建電場電場的作用:<3>P-N結(jié)正向加壓后的能帶圖粒子數(shù)反轉(zhuǎn)區(qū)域。稱為”有源區(qū)”正向偏壓消弱的內(nèi)建電場,空間電荷區(qū)變小。實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)自發(fā)補輻射>受激蠟輻射非相龍干光京占主誦導(dǎo)地莊位,刪普通血光輻射>吸收實現(xiàn)雅粒子交數(shù)反猾轉(zhuǎn)分逐布2.尋1.淹2激光門激射督條件1.激射睡的條燦件:粒子陵數(shù)反拋轉(zhuǎn)分果布穩(wěn)定怒的激盤光振螺蕩(輻拉射有困受激柄輻射洋、自欠發(fā)輻圖射)受激探輻射>>自發(fā)史輻射相干店光占絨主導(dǎo)歇地位知,為刊激光2.半導(dǎo)鋼體激魂光器靜的發(fā)涼射波秘長2.啞1.無3結(jié)構(gòu)暴理論1.半拳導(dǎo)體查激光淘器的俯通用您結(jié)構(gòu)(1)有敞源區(qū)(2)光躁反饋耗裝置(3)頻斜率選符擇元腰件(4)光吐束的盡方向產(chǎn)選擇元羨件(5)光恩波導(dǎo)LD功能截組成誕與模池式輸冶出的議關(guān)系同質(zhì)承結(jié)單異策質(zhì)結(jié)2.有源慮區(qū)的溫典型灶結(jié)構(gòu)量子寨阱雙異衡質(zhì)結(jié)<1全>同質(zhì)忠結(jié)半撥導(dǎo)體兼激光統(tǒng)器缺點綢:發(fā)寄光不湊集中宋,強(qiáng)宰度低博,需獨要較雷大的在注入于電流蘿。器鍋件工寶作時女發(fā)熱渣非常陸嚴(yán)重騰,必增須在胸低溫選環(huán)境厚下工橋作,不可茶能在牛室溫晌下連暫續(xù)工備作。PN結(jié)是同斥一種喂半導(dǎo)進(jìn)體材臺料構(gòu)側(cè)成的套,P區(qū)、N區(qū)具庭有相同鏡的帶季隙、接猶近相賄同的報折射塌率(馳摻雜經(jīng)后折拍射率急稍有殺變化啊,但辰很小唇。不同掏帶隙共的材襖料限逐制載璃流子不同詳折射薪率的讀材料帳限制勤光波<2啊>雙異芝質(zhì)結(jié)窩半導(dǎo)刊體激易光器DH激光貢器工決作原艇理n折射率P光~5%nD~5%nD激光池器是轟由反射陰率為10染0%(R=法1)的全征反射躍鏡與反射厘率為90族%~辣95千%(R<墊1)的部敬分反袋射鏡混平行殘放置調(diào)在工味作物疲質(zhì)兩裁端以因構(gòu)成稈光學(xué)璃諧振陜腔。駕并被恐稱為法布究里-珀羅(Fa擦br聯(lián)yPe營ro抱t,F(xiàn)-煤P)諧振磨腔。3.法布姨里-珀羅(F-醬P)諧振孤腔要產(chǎn)體生激我光振袍蕩還踩要滿港足:閾值攏條件相位據(jù)條件(1)閾門值條獄件為閾值槍增益乘系數(shù),α為諧粒振腔暢內(nèi)激活延物質(zhì)凝的損撈耗系躍數(shù),L為諧振朵腔的鍬長度,R1,R2<趕1為兩抗個反射嗽鏡的淚反射朵率。激光禁振蕩麗需要浴滿足僚的閾值挪條件為(2)相劫位條豎件只有賞滿足湊相位隊條件天的波瞧長才詠會被紫加強(qiáng)縱模虧的諧摟振相絞位條紋件為紅:q:模畜數(shù)λ:波怕長n:介際質(zhì)折浙射率諧振米腔的燙長度L等于跟半波撇長的棍整數(shù)望倍q:(2)相津位條鏟件或(2)相廟位條收件F-哀P腔的隙縱模絮起振善特性4布喇坊格(Br泰ag窗g)反射浴器分為閑兩種巷類型值:分漲布反菌饋式孫和耦統(tǒng)合腔蝴式分布形反饋解式半畝導(dǎo)體鼓激光允器是被一種我可以稅動態(tài)挑控制炊的單像縱模軌激光切器,踐分為足:1、DF蜘B分布拒反饋指激光架器2、DB表R分布沃布喇扒格反輛射器5.光兆波導(dǎo)塊的實即現(xiàn)光波足導(dǎo)水隱平方斤向限裳制的衡兩種咳技術(shù)2.和1.醫(yī)4典型春分類1.F-巡壽P腔激組光器F-燈P腔激嘴光器薯的基欺本原誤理DF虹B和DB張R激光才器的李構(gòu)成2.分葛布反魔饋(DF湊B)和掉分布Br偽ag朱g反射渴(DB畝R)LDF-承P和DF廈B激光籌器比穗較①波長文選擇修性好②譜街線窄GH射z,顫波長乎穩(wěn)定探性好③橡動態(tài)糕譜線朝好④合線性鳥好(涼有線祝電視兔)。3.量繼子阱米激光前器量子揮阱激慢光器在的特稿性(1)閾雞值電遙流低(2)波宗長可涂調(diào)諧(3)線乖寬窄清,頻抽率啁乓啾低(4)調(diào)窩制速雄率高(5)溫微度穩(wěn)粒定性外強(qiáng)激光友器的瓜多模欠及單鞠模輸碰出譜激光算器的合縱模掃反映躬了它菌的發(fā)貓射光吊譜性押質(zhì)。2.澇1.耗5模式賭概念(1)縱繞模數(shù)并隨注自入電階流變潑化(2)峰久值波販長隨鋸溫度帥變化拒(3)動穿態(tài)譜司線展果寬2.花1.偽6半導(dǎo)仁體激施光器犁的基扶本特臥性1.伏安拳特性2.偷P-抵I特性3.光譜禾特性4.光束特性5.特征重溫度1.伏豈安特余性I>Ith發(fā)激瓣光(鳳激光稅區(qū))I<Ith發(fā)熒捕光(賞熒光積區(qū))目前Ith<1染0mA工作貢溫度閥升高哄,閾黨值電確流增短大使用嚷時間奏增加虧,閾凈值電賓流增充大2.閾值忍特性Ith(輸挑出特泥性)饑:P-躲I曲線2.找P-頃I特性(1)閾戚值電扛流(Ith)(2)功赤率線靠性度(3)光那輸出猛飽和己度(4)激蘭光器距效率電光杜轉(zhuǎn)換忙效率功率舒效率:內(nèi)量利子效垂率:外量卷子效彩率外微塵分量骨子效嗎率3.溫度勺特性光功饞率注入監(jiān)電功筋率熱能結(jié)區(qū)召溫度君升高襖,Ith增大嘆,引被起輸滲出功礦率變墳化由圖著看出蛇:T升高縮慧,P下降核、Ith增大會。對于鏟長波踢長InGaAsP激光車器,T0的典私型值謊為50~70楚K;對迷于短氣波長馬的GaAs激光柏器,T0>1隨20煩K??稍埔奍nGaAsP激光奇器對保溫度剖較敏回感。4.光譜樂特性把光強(qiáng)下降居一半時的兩點支間波四長范踩圍定義為輸誓出譜線秧寬度(半橫功率復(fù)點全嘆寬FW葡HP),底用桐表鑄示。圖為膠半導(dǎo)呈體激艷光器忠的直半接調(diào)諸制頻桃率特漫性。張弛率頻率fT是調(diào)制抗頻率的上限,一匆般激追光器御的fT為1~付2簡GH櫻z。在糟接近fT處,數(shù)字乏調(diào)制要產(chǎn)都生張弛億振蕩,模擬判調(diào)制要產(chǎn)怎生非線掠性失冰真。5.頻率野特性2.梨2.發(fā)光花二極君管1.發(fā)光熔機(jī)理盞:自翁發(fā)輻追射種類車:面拒發(fā)光險二極炸管邊發(fā)強(qiáng)光二讀極管2.發(fā)光憑二極岔管特難性<1臂>行P-跡I特性軍及溫明度特刑性非閾陷值器型件,p隨電問流增研大,歲并在園大電關(guān)流時圓逐漸講飽和P隨溫獻(xiàn)度升拳高而遍降低喜,相很對LD來說補,LE動D受溫銷度影飲響小<2使>光譜面特性一般輸短波灰長Ga土Al辛As典-G劑aA刮sLE吵D譜線笑寬度侍為30仰~5別0航nm,長民波In蔬Ga研As膠P-雷In辣PLE笛D譜線域?qū)挾日聻?0體~1驢20嫩n志m<3謠>調(diào)制塞特性小電舒流,LE士D線性猶好大電扇流,LE加D逐漸吵飽和模擬璃傳輸安需要LE適D工作犁在線可性區(qū)同時奶需要涼線性善補償數(shù)字鍵調(diào)制界:電抖流直房誠接調(diào)銷制光框源模擬活調(diào)制姿:先紹將LE賊D直流家偏執(zhí)特點玻:強(qiáng)度烏調(diào)制(I研M)只適徹用于乓半導(dǎo)供體光玩源簡單習(xí)方便咬,價尼格便去宜,山但動謊態(tài)譜如線的襲展寬帶嚴(yán)重皮,不覆適合用高速夕、長督距離塵傳輸舅系統(tǒng)刻。1、直極接調(diào)壩制示五意圖注入追電流2.茂3.耳1光源最的兩阿種調(diào)何制方偶式調(diào)制電信號激光輸出半導(dǎo)體光源調(diào)制電路2、間清接調(diào)浸制示請意圖特點族:啁啾講小,適用常于10Gb癢/s及更高速沖率傳雖輸系谷統(tǒng)有些線調(diào)制摩器偏柜振相霉關(guān)2.鞠3.健2光源襖的直美接調(diào)要制數(shù)字川調(diào)制模擬洪調(diào)制LD數(shù)字稅調(diào)制雄過程冬的瞬效態(tài)分趙析什么拾是瞬廣態(tài)現(xiàn)鉆象?半導(dǎo)尿體激樣光器荒在進(jìn)蔑行直朱接調(diào)誼制時圍顯示綁出來蓬的現(xiàn)糕象。主要逗瞬態(tài)臨現(xiàn)象:張弛姑振蕩電光獎延遲光脈沖瞬態(tài)響應(yīng)波形1.階蜜躍響塘應(yīng)的狂瞬態(tài)判分析—電子續(xù)和光彩子相石互作捉用t=嬸0:階躍碗電流匠脈沖某注入0-td:對導(dǎo)脅帶底銀部填煙充電呈子,健使材電子南密度它達(dá)到nthtd–t1:激光表器開撈始激梳射,浸光場掏建立丘,導(dǎo)燥帶中雄電子釣的超烏量填送充t1–t2錯:有源妄區(qū)過連量復(fù)勉合t2–t3:過量鞭復(fù)合獄持續(xù)璃,電峰子密桂度降救到nth以下才,S也下餐降t3以后轎:重新帽對導(dǎo)能帶底槐部填丘充電疲子2.張馳拍振蕩勉的角塘頻率殼和衰協(xié)減時對間(1握)張弛及振蕩裳頻率些隨j的增加康而增陵加。(2豬)張弛共振蕩吊幅度鄉(xiāng)豐衰減姿時間憤隨j的增加授而減付小。3.電城光延學(xué)遲時小間電光義延遲蒸過程浸發(fā)生碧在閾路值以武下加直窗流偏抓置后摘的延億遲時床間電光車延遲運時間僑隨注窗入電謀流的增加貝而減犯小(j襯>jt置h)。減小霞電光堅延遲賠時間種、抑負(fù)制張罪弛振降蕩、斬提高淡調(diào)至武速率較小紙的調(diào)零制電黃流可通獲得座足夠醬的光尤功率光譜甚譜線噸窄(皇提高烤頻譜枕利用懶率和蠟通信鋸容量復(fù))4.直流粘偏置婦的作吳用2.橋3.邀3直接漁調(diào)制怎激光郵發(fā)射老機(jī)1、激玩光器透的實映用組煮件2、光吼發(fā)射辟機(jī)的劉組成輸入接口線路編碼調(diào)制電路光源控制電路光信號輸出電信號輸入1)偏蓮置電犧流大洽小的趟選擇(1)加慢大直犁流偏瘦置電休流使名其逼非近閾談值(2)加大借直流白偏置瘡電流戚會使鬼激光測器的傲消光包比惡暫化。0(4)實畏驗觀思察到狡異質(zhì)概結(jié)激趴光器畏的散坊粒噪些聲在促閾值涌處常椅有一僵很陡御的峰蘿值,爸因此I0的選護(hù)取應(yīng)普避開屋此峰扣值。(1)足囑夠的悼光脈壁沖幅港度(2)減錦小光默源負(fù)刺擔(dān)(3)避隆開可啄能發(fā)繳生自千脈動樸的區(qū)牌域調(diào)制奪電流旋的選練擇:2)激稱光器膊的調(diào)墻制電氣路快的搞開關(guān)脫速度保持軍良好紀(jì)的電流脈塑沖波眨形3)激淋光器達(dá)控制軋電路穩(wěn)定遇方法:軟(1)自六動功發(fā)率控浪制(2)自錄動溫虹度控量制自動礎(chǔ)溫度剖控制肯(AT勤C)激光召器致冷借器熱敏竄電阻控制舊電路熱導(dǎo)熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻熱敏升電阻半導(dǎo)得體制慰冷器們(TE蔬C):珀爾虛帖效害應(yīng)(2)自準(zhǔn)動功液率控修制(AP踐C)(2)自留動功身率控怎制(AP蝦C)外微歇分量遍子對秋溫度簡不太侄敏感數(shù),一沿般采齡用平爛均功嬸率功涼率控姑制法嫂:監(jiān)喇測平林均光戶功率麗,循控制2.癥4.瓣1間接匯調(diào)制蠢的類羞型和躁特點特點以:啁啾浴小,適用細(xì)于10Gb它/s及更高速件率傳紀(jì)輸系定統(tǒng)有些盜調(diào)制太器偏扎振相嚼關(guān)電光慶調(diào)制否:電描光效檢應(yīng)—電致崖雙折敢射現(xiàn)便象磁光儀調(diào)制繞:磁雁光效廁應(yīng)—法拉掙弟電疲磁偏史轉(zhuǎn)效未應(yīng)聲光使調(diào)制心:聲亡光效憑應(yīng)—布拉峰格效花應(yīng)和不喇曼-奈斯影衍射電吸觸收調(diào)迷制:Fr砍an孝z-ke漆ld劍ys艦h效應(yīng)紐奉和量或子約毅束的St旋ar母k效應(yīng)2.的4.播2電光衡調(diào)制滋和波降導(dǎo)調(diào)輝制器M-孫Z(Ma恨ch峰-Za廢hn吐de膛r)電唐光波笑導(dǎo)調(diào)棒制器2.舞4.專3電吸脂收調(diào)由制器EA調(diào)制錯器的畝基本時原理言是:君改變碌調(diào)制維器上美的偏貢壓,獲使多浙量子繳阱(MQ揉W)的仙吸收旺邊界棵波長疑發(fā)生將變化臘,進(jìn)紛而改短變光刪束的惰通斷賴,實部現(xiàn)調(diào)罪制。EA調(diào)制土器容連易與為激光陡器集聽成在左一起蘭。2.孝5光源追的調(diào)阿制格腳式2.覽5.嫂1光調(diào)鄰制格介式的促類型1.通乖斷鍵蓬控(OO沿K)2.M進(jìn)制爺相移圍鍵控謊(MP慚SK

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論