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光纤通信系统 第4章 光源及光发射机.pdf

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第4章 光源及光发射机 燕山大学信息工程学院光电子系 第4章 光源及光发射机 光源是光纤通信及传感系统中的一个重要元件,光纤通信 对光源的要求是小型化、单色、光强稳定(时间、温度变 化时)和耐久。最普通的光源就是发光二极管和半导体激 光器。 4.1节 发光二极管 4.5节 数字信号光纤传输 4.2节 半导体激光 4.6节 光发射机电路 4.3节 光载波的调制方式 4.7节 光源与光纤的耦合 4.4节 模拟信号光纤传输 4.8节 光载波的间接调制 4.1 发光二极管 发光二极管(LED)是由直接带隙的半导体材料制成的PN结 二极管,是非相干光光源,它的发射过程主要对应光的自 发辐射过程。 发光二极管的突出优点是寿命长,可靠性高,调制电路简 单,成本低,主要用于传输速率比较低、传输距离比较短 的光纤通信系统中。 4.1.1 工作原理 4.1.2 LED的结构和分类 4.1.3 LED的基本特性 4.1.1 工作原理 PN结电子能级图如图4.1所示,加正向偏压后,注入的非 平衡少子在扩散过程中复合发光,其光子能量为 h= E g  E 式中, 光子频率;h 普朗克常数; 是半导体材料的禁 g 带宽度。因此,发射光波长取决于半导体材料,发光的中 心波长为  hc / E  p g (4.1) 34 8 h 1.626210 Js 式中, ;c 2.9979 10 m / s 。 当E 用电子伏特作为单位时,有 g  1239.8/E (nm) (4.2) p g 4.1.1 工作原理 图4.1 PN结电子能级 以AlGaAs/GaAs为材料的发光二极管发光波长在0.8~0.95m 范围内,InGaAsP/InP材料的发光波长为 1.3~1.55 m 。 4.1.2 LED的结构和分类 为了提高辐射度,发光二极管也采用双异质结构,但没有 谐振腔,发光过程中不需要粒子数反转,是自发辐射过 程。 按光输出位置不同,可分为边发射型和面发射型,其结构 示意图如图4.2所示。 图4.2 双异质结LED 4.1.3 LED的基本特性  1.光谱特性和发散角 由于导带和价带都是包含许多细微能级的能带,复合发光 的光子能量有一个较宽的能量范围,使自发发射光谱的谱 线较宽,其典型光谱如图4.3所示。 图4.3 LED的发光光谱 4.1.3 LE
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