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光纤通信chpt3.pdf

发布:2017-09-17约4.49万字共124页下载文档
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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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