光纤通信chpt3.pdf
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光
纤
通
信
第三章 光器件
通信用光器件:
光有源器件:需要外加能源驱动工作的光
器件。
光无源器件:不需要外加能源驱动工作的
光器件。
功能:实现系统各组成间信道的互通、分路/和
路、复用/解复用、光路转接、波长/频率选择
、功率控制、噪声滤除、反向隔离、偏振选择
控制等。
第三章 光器件
光有源器件:
光源: 半导体激光器(LD )
分布反馈(DFB )激光器
发光二极管(LED )
光检测器: 光电二极管 (PD )
PIN光电二极管
雪崩光电二极管(APD )
光放大器: 掺铒光纤放大器(EDFA )
第三章 光器件
光无源器件:
光纤连接器和接头
光耦合器
光隔离器与光环行器
光调制器
光波分复用器/解复用器
光开关
第三章 光器件
本章内容:
3.1 光电器件一般工作原理
3.2 发光二极管
3.3 半导体激光器
3.4 光电二极管
3.5 光无源器件
3.1 光电器件一般工作原理
半导体光源和光检测器优点:
体积小
效率高
可靠性高
工作波长与光纤低损耗窗口相对应
便于光纤耦合
调制速率高
半导体光源:在注入电流作用下,电子从低能级跃迁
到高能态,形成粒子数反转,电子再从高能态跃迁到
低能态产生光子而发光。
半导体光检测器:注入光作用下,电子从低能态跃迁
到高能态,并在外加电场作用下形成光生电流。
3.1.1 光发射与光吸收
能级理论:
原子由原子核和核外沿固定轨道旋转的电子组成;
电子在特定的能级中运动,并通过与外界交换能量
发生能级跃迁;
能级所对应的能量值是离散的。
能带理论 —— 针对半导体材料
价带
导带
3.1.1 光发射与光吸收
处于高能态(导带)电子不稳定,向低能态(价带)跃
迁,而能量以光子形式释放出来,发射光子的能量hυ等
于导带价带能量差,即hυ=E -E =E 。
c v g
发光过程:
自发发射:处于高能态的电子按照一定的
概率自发地跃迁到低能态上,并发射一个能
量为E2- E1 的光子;
受激发射:处在高能态的电子在外界光场
的感应下,发射一个和感应光子一模一样的
光子,跃迁到低能态。
3.1.1 光发射与光吸收
自发发射
自发发射
光子随机地向各个方向发射,每次发射没有确定的相位
光子随机地向各个方向发射,每次发射没有确定的相位
关系—— 非相干光。
关系—— 非相干光。
LED通过自发发射过程发光。
LED通过自发发射过程发光。
受激发射
受激发射
光子的发射方向、相位、频率都与激发它们的光子相
光子的发射方向、相位、频率都与激发它们的光子相
同—— 相干光。
同—— 相干光。
LD通过受激发射过程发光。
LD通过受激发射过程发光。
3.1.1 光发射与光吸收
光吸收:处于低能态电子,如果受到外来光的照射,当
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