第四章光源与光发射机讲课.ppt

F-P腔激光器的基本原理 量子阱半导体激光器： 超晶格量子阱半导体激光器的特性： 阈值电流低； 波长可调谐； 线宽窄，频率啁啾低； 调制速率高； 温度稳定性强。 4．垂直腔面发射激光器（VCSEL ） VCSEL激光器的结构 §4-5 光源的调制及驱动电路 当一个Asin(wt+φ0)的光波入射到光波调制器(Z=0)，经过长度为L的外电场作用区后，输出光场(Z=L)即已调制光波为Asin(wt+φ0+Δφ) ，相位变化因子?φ受外电压的控制从而实现相位调制。 普科尔（Pockel）效应(常用)与克尔（Kerr）效应。 Pockel：当晶体的折射率与外加电场幅度成线性变化；Kerr：当晶体的折射率与外加电场幅度的平方成比例变化。 §4-5 光源的调制及驱动电路 ② 声光调制 声光调制器是利用介质的声光效应制成的。 声光调制的工作原理：当调制电信号变化时，由于压电效应，使压电晶体产生机械振动形成超声波，这个声波引起声光介质的密度发生变化，使介质折射率跟着变化，从而形成一个变化的光栅，由于光栅的变化，使光强随之发生变化，结果使光波受到调制。 §4-5 光源的调制及驱动电路 ③ 磁光调制 磁光调制磁光调制是利用法拉第效应得到的一种光间接调制； 基本原理：入射光信号经过起偏器，使入射光变为偏振光，这束偏振光通过YIG磁棒时，其偏置方向随绕在上面线圈的调制信号而变化，当偏振方向与后面的检偏器相同时，输出光强最大，当偏振方向与检偏器方向垂直时，输出光强最小，从而使输出光强随调制信号变化，实现了光的间接调制。 §4-5 光源的调制及驱动电路 外调 制器 放大器 电信号 调制光 电调制信号 调制后的光波 LD LD 输出 连续光波 §4-5 光源的调制及驱动电路 二、光源的模拟信号调制 直接用连续的模拟信号（如话音、电视等信号）对光源进行调制。 LED模拟调制原理：连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上，适当选择直流偏置的大小，使静态工作点位于发光管特性曲线线性段的中点，可以减小光信号的非线性失真。 在所有通信系统中，用LED作为光源时，均采用直接强度调制。 §4-5 光源的调制及驱动电路 光源的模拟信号调制 §4-5 光源的调制及驱动电路 典型的模拟模拟调制电路 电流放大电路：放大倍数α=ΔIc/ΔIb， A LED V + us V+ §4-5 光源的调制及驱动电路 三、光源的数字调制 数字调制主要是指PCM编码调制。 信号电流为单向二进制数字信号，用单向脉冲电流的“有”、“无”(“1”码和“0”码)控制发光管的发光与否。 1. LED的数字调制 LED数字系统都是通过控制流经发光管电流的办法达到调制输出光功率的目的。 LED的数字调制电路采用电流开关电路，最常用的是差分电流开关电路，提高调制速率。 §4-5 光源的调制及驱动电路 数字信号从基极输入，通过集电极的电流驱动LED，“0”码时三极管截止，“1”码时三极管导通。 对于LED的二值码调制信号，其直流偏置可以选择在零点，即输入信号为零时，输出功率也为零。因此驱动电路中可以没有直流偏置调整电路。 ui V+ §4-5 光源的调制及驱动电路 LED的数字信号调制 §4-5 光源的调制及驱动电路 2. LD的数字调制 LD数字系统通常用于高速系统，且是阈值器件，它的温度稳定性较差，与LED相比，其调制问题要复杂的多，驱动条件的选择、调制电路的形式和工艺， 都对调制性能至关重要。 LD驱动电路中必须有直流偏置电流，因此驱动LD器件发光的是Ib+Im共同作用的结果。 Im的选择应考虑光源输出光脉冲的幅度，又要考虑自脉动现象。 P I Ib Im §4-5 光源的调制及驱动电路 此动画为LD的数字调制动画：注意与LED数字调制时其P-I特性曲线的区别。 §4-3 半导体激光器 半导体激光器的光谱随着注入电流的变化而变化。当I＜Ith时，发出的是荧光，光谱很宽；当I＞ Ith后，发射光谱突然变窄，谱线中心强度急剧增加，此时发出激光，如图所示。 §4-3 半导体激光器 （2）激光器的纵模反映器件的光谱特性 纵模数随注入电流（驱动电流）而变。随着注入电流的增加，纵模模数逐渐减少，谱线宽度变窄，当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵模激光器； 随注入电流的增加，主模的增益增加而边模的增益减少，振荡模数减少。 峰值波长随结温升高而向长波长移动；