《光纖通信》第4講光器件1

第四講(1)光源Opticalsource2024/3/32主要內(nèi)容一、半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu)☆二、半導(dǎo)體光源之一:LD☆

三、光發(fā)射機(jī)基本組成及驅(qū)動(dòng)電路和自動(dòng)功率控制☆四、半導(dǎo)體光源之二:LED五、光電檢測(cè)器及光接收機(jī)☆2024/3/33引言一、光纖通信系統(tǒng)對(duì)光源的基本要求：

（1）穩(wěn)定性好，可在室溫下連續(xù)工作；（2）尺寸和結(jié)構(gòu)要??；（3）光波應(yīng)匹配光纖的兩個(gè)低損耗波段；（4）信號(hào)調(diào)制容量大。2024/3/34引言二、最常用的發(fā)光器件：（1）LD：半導(dǎo)體激光二極管或稱激光器(LD)a.極窄的光譜帶寬；b.極大的調(diào)制容量；

c有定向輸出特性；d.輻射具有光相干特性。適用于長距離，大容量，高碼速系統(tǒng)（2）LED：發(fā)光二極管或稱發(fā)光管(LED)a.非相干的自發(fā)輻射；

b.結(jié)構(gòu)及工作方式簡(jiǎn)單；適用于短距離，低速，模擬系統(tǒng)

2024/3/35第一節(jié)半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩的。

激光，其英文LASER就是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation(受激輻射的光放大)的縮寫。所以討論激光器工作原理要從受激輻射開始。一、受激輻射和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布有源器件的物理基礎(chǔ)是光和物質(zhì)相互作用的效應(yīng)。在物質(zhì)的原子中，存在許多能級(jí)，最低能級(jí)E1稱為基態(tài)，能量比基態(tài)大的能級(jí)Ei（i=2，3，4…）稱為激發(fā)態(tài)。2024/3/36以前所學(xué)過的有關(guān)知識(shí)

半導(dǎo)體是由大量原子周期性有序排列構(gòu)成的共價(jià)晶體。在這種晶體中，由于鄰近原子的作用，電子所處的能態(tài)擴(kuò)展成能級(jí)連續(xù)分布的能帶。能量低的能帶稱為價(jià)帶，能量高的能帶稱為導(dǎo)帶，導(dǎo)帶底的能量Ec和價(jià)帶頂?shù)哪芰縀v之間的能量差Ec-Ev=Eg稱為禁帶寬度或帶隙。電子不可能占據(jù)禁帶。2024/3/37受激輻射和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布

電子在低能級(jí)E1的基態(tài)和高能級(jí)E2的激發(fā)態(tài)之間的躍遷有三種基本方式：

1.光的受激吸收：

stimulatedtransition

2.光的自發(fā)輻射：

spontaneousemission

3.光的受激輻射:

stimulatedemissionofradiation

EEcEvEg光子hfEcEvEg光子hfEcEvEg光子hf光子hfEE空穴復(fù)合留下空穴2024/3/38受激輻射和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布（續(xù)）

受激輻射和自發(fā)輻射產(chǎn)生的光的特點(diǎn)很不相同。受激輻射光的頻率、相位、偏振態(tài)和傳播方向與入射光相同，這種光稱為相干光。自發(fā)輻射光是由大量不同激發(fā)態(tài)的電子自發(fā)躍遷產(chǎn)生的，其頻率和方向分布在一定范圍內(nèi)，相位和偏振態(tài)是混亂的，這種光稱為非相干光。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(jí)E1和處于高能級(jí)E2(E2＞E1)的粒子數(shù)分別為N1和N2。當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，存在下面的分布：

N2/N1=exp(-(E2-E1)/kT)2024/3/39受激輻射和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布（續(xù)）

N2/N1=exp(-(E2-E1)/kT)

式中，k=1.381×10-23J/K，為波爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。由于(E2-E1)＞0，T＞0，所以在這種狀態(tài)下，總是N1＞N2

。這是因?yàn)殡娮涌偸鞘紫日紦?jù)低能量的軌道。受激吸收和受激輻射的速率分別比例于N1和N2

，且比例系數(shù)（吸收和輻射的概率）相等。如果N1＞N2

，即受激吸收大于受激輻射。當(dāng)光通過這種物質(zhì)時(shí)，光強(qiáng)按指數(shù)衰減，這種物質(zhì)稱為吸收物質(zhì)。如果N2＞N1

，即受激輻射大于受激吸收，當(dāng)光通過這種物質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生放大作用，這種物質(zhì)稱為激活物質(zhì)。N2＞N1

的分布，和正常狀態(tài)N1＞N2的分布相反，所以稱為粒子（電子）數(shù)反轉(zhuǎn)分布。2024/3/310二、激光振蕩和光學(xué)諧振腔—光學(xué)諧振腔的結(jié)構(gòu)

粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是產(chǎn)生受激輻射的必要條件，但還不能產(chǎn)生激光。只有把激活物質(zhì)置于光學(xué)諧振腔中，對(duì)光的頻率和方向進(jìn)行選擇，才能獲得連續(xù)的光放大和激光振蕩輸出。在增益物質(zhì)兩端，適當(dāng)?shù)奈恢?，放置兩個(gè)反射鏡M1、M2，使其互相平行，就構(gòu)成了最簡(jiǎn)單的光學(xué)諧振腔(也稱法布里-珀羅，F(xiàn)-P諧振腔)。如果反射鏡是平面鏡，稱為平面腔；如果反射鏡是球面鏡，則稱為球面腔，結(jié)構(gòu)如圖所示。

2024/3/311諧振腔如何產(chǎn)生激光振蕩

對(duì)于兩個(gè)反射鏡，要求其中一個(gè)能全反射，如M1的反射系數(shù)r=1；另一個(gè)為部分反射，如M2的反射系數(shù)r＜1。產(chǎn)生的激光由此射出。當(dāng)工作物質(zhì)在泵浦源的作用下，變?yōu)榧せ钗镔|(zhì)以后，即有了放大作用，如果被放大的光有一部分能夠反饋回來再參加激勵(lì)，這就相當(dāng)于電路中用正反饋實(shí)現(xiàn)振蕩，這時(shí)，被激勵(lì)的光就可產(chǎn)生振蕩，滿足一定條件后，即可發(fā)出激光。

泵浦源：使工作物質(zhì)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的外界激勵(lì)源，稱為泵浦源。2024/3/312諧振腔如何產(chǎn)生激光振蕩（續(xù)）

將在泵浦源激發(fā)下，處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的工作物質(zhì)，置于光學(xué)諧振腔內(nèi)，腔的軸線應(yīng)該與激活物質(zhì)的軸線重合。被放大的光在諧振腔內(nèi)，在兩個(gè)反射鏡之間來回反射，并不斷地激發(fā)出新的光子，進(jìn)一步進(jìn)行放大。但在這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中也要消耗一部分能量（不沿諧振腔軸向傳輸?shù)墓獠ǎ瑫?huì)很快射出腔外，以及M2反射鏡的透射等也會(huì)損耗部分能量），當(dāng)放大足以抵消腔內(nèi)的損耗時(shí)，就可以使這種運(yùn)動(dòng)不停地進(jìn)行下去，即形成光振蕩。當(dāng)滿足一定條件后，就會(huì)從反射鏡M2透射出來一束筆直的強(qiáng)光，即是激光。

2024/3/313諧振腔如何產(chǎn)生激光振蕩（小結(jié)）

綜上所述，可得出結(jié)論：激光器的組成：三要素

工作物質(zhì)：又稱增益物質(zhì)；

諧振腔：提供必要的反饋以及進(jìn)行頻率選擇。

激勵(lì)源：激發(fā)工作物質(zhì)實(shí)現(xiàn)Nc>Nv的外界能源。

如正向偏置的PN結(jié)激光器激光的特性

方向性好；

亮度大；

單色性好；

相干性好。2024/3/314三、激光器的參量

1．發(fā)射波長和光譜特性

半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長取決于導(dǎo)帶的電子躍遷到價(jià)帶時(shí)所釋放的能量，這個(gè)能量近似等于禁帶寬度Eg(eV)，得到

hf=Eg

式中，f=c/λ，f(Hz)和λ(um)分別為發(fā)射光的頻率和波長，c=3×108m/s為光速，h=6.628×10-34J·s為普朗克常數(shù)，1eV=1.6×10-19J，代入上式得到

λ=hc/Eg=1.24/Eg

不同半導(dǎo)體材料有不同的禁帶寬度Eg，因而有不同的發(fā)射波長λ。鎵鋁砷-鎵砷（GaAlAs－GaAs）材料適用于0.85um波段，銦鎵砷磷-銦磷（InGaAsP－InP）材料適用于1.3～1.55um波段。2024/3/315三、激光器的參量

圖示是GaAlAs－DH激光器的光譜特性。在直流驅(qū)動(dòng)下，發(fā)射光波長有一定分布，譜線具有明顯的模式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是因?yàn)閷?dǎo)帶和價(jià)帶都是由許多連續(xù)能級(jí)組成的有一定寬度的能帶，兩個(gè)能帶中不同能級(jí)之間電子的躍遷會(huì)產(chǎn)生連續(xù)波長的輻射光。其中只有符合激光振蕩的相位條件的波長存在。這些波長取決于激光器縱向長度L，并稱為激光器的縱模。2024/3/316三、激光器的參量

隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加，縱模模數(shù)逐漸減少，譜線寬度變窄。這種變化是由于諧振腔對(duì)光波頻率和方向的選擇，使邊模消失、主模增益增加而產(chǎn)生的。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流足夠大時(shí)，多縱模變?yōu)閱慰v模，這種激光器稱為

靜態(tài)單縱模激光器。

右圖所示是300Mb/s數(shù)字調(diào)制的光譜特性，由圖可見，隨著調(diào)制電流增大，縱模模數(shù)增多，譜線寬度變寬。2024/3/317三、激光器的參量2、平均衰減系數(shù)a

在光學(xué)諧振腔內(nèi)產(chǎn)生振蕩的先決條件，是放大的光能要足以抵消腔內(nèi)的損耗，而諧振腔內(nèi)損耗的大小，我們用平均衰減系數(shù)a表示。為

a=ai+ar=ai+(1/2l)*㏑(1/r1*r2)

其中：ai

是除反射鏡透射損耗以外的其他所有損耗所引起的衰減系數(shù)；ar

是諧振腔反射鏡的透射損耗引起的衰減系數(shù)；l是諧振腔兩個(gè)反射鏡之間的距離；r1、r2

是腔的兩個(gè)反射鏡的功率反射系數(shù)。2024/3/318三、激光器的參量（續(xù)）3、增益系數(shù)G

激活物質(zhì)的放大作用，我們用增益系數(shù)G來表示。如圖所示I0為激活物質(zhì)的輸入光強(qiáng)，經(jīng)過距離Z以后，光強(qiáng)放大到I，到了（Z＋dZ）處，光強(qiáng)為（I＋dI），那么，在dZ長度上，光強(qiáng)的增量dI為

dI＝GI/dZ

其中

G=(dI／dZ)／I

稱為增益系數(shù)，它表示光通過單位長度的激活物質(zhì)之后，光強(qiáng)增長的百分比。2024/3/319三、激光器的參量（續(xù)）4、閥值條件

一個(gè)激光器并不是在任何情況下都可以發(fā)出激光的，它需要滿足一定的條件。由前面對(duì)衰減系數(shù)的概念可以看出，要使激光器產(chǎn)生自激振蕩，最低限度應(yīng)要求激光器的增益剛好能抵消掉它的衰減。我們就將激光器能產(chǎn)生激光振蕩的最低限度稱為激光器的閾值條件。從上面分析可知，閾值條件為：

Gt=a=ai+(1/2l)*㏑(1/r1*r2)

其中Gt稱為閾值增益系數(shù)。可見，激光器的閾值條件，只決定于光學(xué)諧振腔的固有損耗。損耗越小，閾值條件越低，激光器就越容易起振。2024/3/320三、激光器的參量（續(xù)）5、諧振頻率

諧振頻率是光學(xué)諧振腔的重要參數(shù)。對(duì)于平行平面腔而言，由于腔的尺寸遠(yuǎn)大于工作波長，因此，腔內(nèi)的電磁波可認(rèn)為是均勻平面波，而且在腔內(nèi)往返運(yùn)動(dòng)時(shí)，是垂直于反射鏡而投射，如圖。從A點(diǎn)出發(fā)的平面波，垂直投射到反射鏡M2，由M2反射后又垂直投射向M1。再回到A點(diǎn)時(shí)，波得到加強(qiáng)。如果它們之間的相位差是2π的整數(shù)倍時(shí)，顯然就達(dá)到了諧振。2024/3/321三、激光器的參量（續(xù)）

設(shè)L為諧振腔的長度，λg為諧振腔介質(zhì)中光波的波長此時(shí)應(yīng)有：

L=(λg*q)/2

其中q=1，2，3…。上式表明，光波在諧振腔中往返一次，光的距離2L恰好為λg的整數(shù)倍，即相位差是2π的整數(shù)倍?？傻贸龉獠ㄩL的表示式為

λg

=2L/q

此即為光學(xué)諧振腔的諧振條件或稱駐波條件。

2024/3/322三、激光器的參量（續(xù)）

當(dāng)光學(xué)諧振腔內(nèi)，工作物質(zhì)的折射指數(shù)為n時(shí)，則折算到真空的光學(xué)諧振腔的諧振波長λog

、與諧振頻率fog為

λog

=

nλg

=2nL/qfog=c/λog=cq/2nL由上面兩式可看出：(1）λog與光學(xué)諧振腔內(nèi)材料的折射率n有關(guān)；(2）當(dāng)q不同時(shí)，可有不同的fog值，即有無窮多個(gè)諧振頻率。

分布反饋激光器2024/3/323第二節(jié)半導(dǎo)體光源之一:LD

半導(dǎo)體激光器是利用在有源區(qū)中受激而發(fā)射光的光器件。只有在工作電流越過閾值電流的情況下，才會(huì)輸出激光（相干光），因而是有閾值的器件。半導(dǎo)體砷化鎵（GaAs)：

在光纖通信中使用的激光物質(zhì)都是GaAs。GaAs是高摻雜的Ⅲ-Ⅴ族化合物。當(dāng)摻入Ⅵ族Te原子取代As原子，自由電子多，形成N型半導(dǎo)體當(dāng)摻入Ⅱ族Zn原子取代Ga原子，空穴多，形成P型半導(dǎo)體。

S+-pnlaserreflection

PN結(jié)激光器的示意

2024/3/324

半導(dǎo)體的能帶和電子分布(a)本征半導(dǎo)體；(b)N型半導(dǎo)體；(c)P型半導(dǎo)體

回憶一下——相關(guān)知識(shí)2024/3/325

一般狀態(tài)下，本征半導(dǎo)體的電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的，用Ef位于禁帶中央來表示，Ef

稱為費(fèi)米能級(jí)，用來描述半導(dǎo)體中各能級(jí)被電子占據(jù)的狀態(tài)。在本征半導(dǎo)體中摻入施主雜質(zhì)，稱為N型半導(dǎo)體。在本征半導(dǎo)體中摻入受主雜質(zhì)，稱為P型半導(dǎo)體。在P型和N型半導(dǎo)體組成的PN結(jié)界面上，由于存在多數(shù)載流子(電子或空穴)的梯度，因而產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成內(nèi)部電場(chǎng)。內(nèi)部電場(chǎng)產(chǎn)生與擴(kuò)散相反方向的漂移運(yùn)動(dòng)，直到P區(qū)和N區(qū)的Ef相同，兩種運(yùn)動(dòng)處于平衡狀態(tài)為止，結(jié)果能帶發(fā)生傾斜。2024/3/326P區(qū)PN結(jié)空間電荷區(qū)N區(qū)內(nèi)部電場(chǎng)

擴(kuò)散

漂移

P-N結(jié)內(nèi)載流子運(yùn)動(dòng)；

PN結(jié)的能帶和電子分布2024/3/327勢(shì)壘能量EpcP區(qū)EncEfEpvN區(qū)Env零偏壓時(shí)P-N結(jié)的能帶傾斜；2024/3/328hfhfEfEpcEpfEpvEncnEnv電子，空穴內(nèi)部電場(chǎng)外加電場(chǎng)正向偏壓下P-N結(jié)能帶圖獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布2024/3/329

增益區(qū)的產(chǎn)生：在PN結(jié)上施加正向電壓，產(chǎn)生與內(nèi)部電場(chǎng)相反方向的外加電場(chǎng)，結(jié)果能帶傾斜減小，擴(kuò)散增強(qiáng)。電子運(yùn)動(dòng)方向與電場(chǎng)方向相反，便使N區(qū)的電子向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，P區(qū)的空穴向N區(qū)運(yùn)動(dòng)，最后在PN結(jié)形成一個(gè)特殊的增益區(qū)。增益區(qū)的導(dǎo)帶主要是電子，價(jià)帶主要是空穴，結(jié)果獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。在電子和空穴擴(kuò)散過程中，導(dǎo)帶的電子可以躍遷到價(jià)帶和空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射光。

2024/3/330

現(xiàn)在所用最普遍的激光器是異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器它們的“結(jié)”是由不同的半導(dǎo)體材料制成的。主要目的是為了降低閾值電流，提高效率。目前，光纖通信用的激光器大多是銦鎵砷磷(InGaAsP)雙異質(zhì)結(jié)條形激光器，由剖面圖中可以看出，它是由五層半導(dǎo)體材料構(gòu)成。2.1LD的結(jié)構(gòu)2024/3/331

其中n－InGaAsP是發(fā)光的作用區(qū)，作用區(qū)的上、下兩層稱為限制層，它們和作用區(qū)構(gòu)成光學(xué)諧振腔。限制層和作用區(qū)之間形成異質(zhì)結(jié)。最下面一層n－InP是襯底，頂層P+-InGaAsP是接觸層，其作用是為了改善和金屬電極的接觸。頂層上面數(shù)微米寬的窗口為條形電極。InGaAsP雙異質(zhì)結(jié)條形激光器的基本結(jié)構(gòu)2024/3/332ptitp脈沖調(diào)制

2.2LD調(diào)制特性

改變光波的振幅、強(qiáng)度、頻率、相位、偏振等參量，使之載荷信息的過程，就是光調(diào)制。

.按調(diào)制信號(hào)類型分：模擬調(diào)制

脈沖調(diào)制

.按信號(hào)與光源的關(guān)系分：直接調(diào)制（內(nèi)）

間接調(diào)制（外）

.LD-內(nèi)調(diào)制

IM調(diào)制消光比EXT

全“0”碼時(shí)平均光功率輸出

EXT=------------------------〈10%

全“1”碼時(shí)平均光功率輸出一個(gè)被調(diào)制的好的光源，希望在“0”

碼是沒有光功率輸出，否則它使光纖系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲，從而使接收靈敏度降低。一般要求EXT<10﹪2024/3/3332.2LD調(diào)制特性—瞬態(tài)特性

半導(dǎo)體激光器是光纖通信的理想光源，但在高速脈沖調(diào)制下，其瞬態(tài)特性仍會(huì)出現(xiàn)許多復(fù)雜現(xiàn)象，在電路的設(shè)計(jì)時(shí)要給予充分考慮。

1．電光延遲和張弛振蕩現(xiàn)象半導(dǎo)體激光器在高速脈沖調(diào)制下，輸出光脈沖瞬態(tài)響應(yīng)波形如圖所示．輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在一個(gè)初始延遲時(shí)間，稱為電光延遲時(shí)間td。其數(shù)量級(jí)一般為ns。2024/3/3342.2LD調(diào)制特性—瞬態(tài)特性(續(xù))

當(dāng)電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖會(huì)出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩，稱為張弛振蕩，其振蕩頻率fr(=ωr/2π)一般為0.5～2GHz。這些特性與激光器有源區(qū)的電子自發(fā)復(fù)合壽命和諧振腔內(nèi)光子壽命以及注入電流初始偏差量有關(guān)。張弛振蕩和電光延遲的后果是限制調(diào)制速率。當(dāng)最高調(diào)制頻率接近張弛振蕩頻率時(shí)，波形失真嚴(yán)重，會(huì)使光接收機(jī)在抽樣判決時(shí)增加誤碼率，因此實(shí)際使用的最高調(diào)制頻率應(yīng)低于張弛振蕩頻率。2024/3/3352.2LD調(diào)制特性—瞬態(tài)特性(續(xù))

2．自脈動(dòng)現(xiàn)象某些激光器在脈沖調(diào)制甚至直流驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)注入電流達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)，輸出光脈沖出現(xiàn)持續(xù)等幅的高頻振蕩，這種現(xiàn)象稱為自脈動(dòng)現(xiàn)象，如圖所示。自脈動(dòng)頻率可達(dá)2GHz，嚴(yán)重影響LD的高速調(diào)制特性。自脈動(dòng)現(xiàn)象是激光器內(nèi)部不均勻增益或不均勻吸收產(chǎn)生的，往往和LD的P－I曲線的非線性有關(guān)。因此在選擇激光器時(shí)應(yīng)特別注意。2024/3/336第三節(jié)光發(fā)射機(jī)基本組成及調(diào)制電路和自動(dòng)功率控制3.1光發(fā)射機(jī)基本組成：數(shù)字光發(fā)射機(jī)的方框圖如下圖所示，主要有光源和電路兩部分。光源是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在很大程度上決定著光發(fā)射機(jī)的性能。電路的設(shè)計(jì)應(yīng)以光源為依據(jù)，使輸出光信號(hào)準(zhǔn)確反映輸入電信號(hào)。2024/3/337典型光發(fā)射機(jī)方框圖碼變換驅(qū)動(dòng)電路光源APC電路數(shù)字信號(hào)光信號(hào)

線路編碼之所以必要，是因?yàn)殡姸藱C(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)是適合電纜傳輸?shù)碾p極性碼，而光源不能發(fā)射負(fù)脈沖，所以要變換為適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性碼。2024/3/338Vin+VVbbisT1T2LDI1I2-VLD驅(qū)動(dòng)電路

圖為射極耦合LD驅(qū)動(dòng)電路T1和T2組成差分開關(guān)電路

.當(dāng)Vin>VbbI2=0LD不發(fā)光“0”碼

.當(dāng)Vin<VbbI1=0LD發(fā)光“1”碼3.2驅(qū)動(dòng)電路和自動(dòng)功率控制2024/3/339Vin+VVbbisT1T2ALDPDI1I2VRLD驅(qū)動(dòng)電路

圖為反饋穩(wěn)定式LD驅(qū)動(dòng)電路

.PLD↘→Upd↘→(Upd+VR2+VR)↘→UA↖→Ib↖→PLD↖vR2Ib2024/3/340LD輔助電路

VinVbbT1T2A1LDA2A3-V-VT3CPiN

.自動(dòng)功率控制(APC)電路

.因老化P光

A1

A3

偏置電流

P光

.A2的作用防止當(dāng)無信號(hào)或長“0”碼時(shí)，因APC電路使

LD管注入電流增加，引起誤碼。2024/3/341LD輔助電路AT1自動(dòng)溫度控制（ATC）電路

半導(dǎo)體制冷器T是一個(gè)熱電偶，加壓后，在一端吸熱另一端放熱，實(shí)現(xiàn)制冷(使LD管芯的溫度恒定在20℃左右）。

.T↗→TLD↗→Rt↘→I↗→TLD↘-VLDR1R2R3RtT+V2024/3/342第四節(jié)半導(dǎo)體光源之二:LED

發(fā)光二極管利用正向偏壓下的PN結(jié)在激活區(qū)中載流子的復(fù)合發(fā)出自發(fā)輻射的光，因此LED的出射光是一種非相干光，其譜線較寬（30nm～60nm），輻射角也較大。在低速率的數(shù)字通信和較窄帶寬的模擬通信系統(tǒng)中，LED是可以選用的最佳光源，與半導(dǎo)體激光器相比，LED的驅(qū)動(dòng)電路較為簡(jiǎn)單，并且產(chǎn)量高、成本低。

LED主要有五種結(jié)構(gòu)類型，但在光纖通信中獲得了廣泛應(yīng)用的只有兩種，即面發(fā)光二極管（SLED）和邊發(fā)光二極管（ELED）。

2024/3/343半導(dǎo)體光源之二:LEDLED是無閾值器件，發(fā)熒光。工作特性：

光譜較寬；

輸出線性好，動(dòng)態(tài)范圍大，適于模擬通信；

壽命長。

LED發(fā)散角較大，與光纖的耦合效率低，適于短距離通信；溫度特性好，無閾值電流，一般不需要ATC（自動(dòng)溫度控制電路）；

發(fā)光二極管是由P型半導(dǎo)體形成的P層和N型半導(dǎo)體形成的N層，以及在中間由異質(zhì)結(jié)構(gòu)成的有源層組成。有源層是發(fā)光的區(qū)域，其厚度為0.lum～0.2um左右。2024/3/3444.1發(fā)光二極管的主要特性

P—I特性

LED的輸出光功率P與電流I的關(guān)系，即P—I特性如圖所示，是非閾值器件，發(fā)光功率隨工作電流增大，并在大電流時(shí)逐漸飽和。LED的工作電流通常為50mA～100mA，這時(shí)偏置電壓l.2V～l.8V，輸出功率約幾mw。43210501001500℃25℃70℃