第五章光纤通信中的光源.ppt

1-1 Copyright Wang Yan 第五章 光纤通信中的光源 § 第一节 激光产生的基本原理 § 第二节 半导体激光器的基本概念 § 第三节 异质结半导体激光器的工作原理 § 第四节 半导体激光器的工作特性 Date 1 1-2 Copyright Wang Yan 1. 光源的作用是将电信号转换成光信号。 2.光纤通信中常用的光源器件有半导体激光二极管和发光二极 管。 优点： (1)发射波长与光纤的低损耗或低色散波长相一致； (2)能够在室温下连续工作,输出功率满足光纤通信系统的要求 ； (3)谱线宽度可以做的较窄,以减少光纤中的色散的影响； (4)体积小,重量轻,使用寿命长,与光纤耦合效率高,调制简便。 Date 2 1-3 Copyright Wang Yan 一.原子的能级结构 A.能级 B.Boltzman Distribution 第一节 激光产生的基本原理 Date 3 1-4 Copyright Wang Yan 二 光的辐射和吸收 A自发辐射 1.原子在外界影响的情况下,处在高能级上的电子会自发的向低 能级跃迁而发光。 Date 4 1-5 Copyright Wang Yan 2.自发辐射几率A21:单位时间内N2个高能态的原子中发生自发 跃迁的原子数与N2的比值自发辐射Einstain系数。 (dN21)sp:由于自发跃迁引起的有E2向E1跃迁的原子数 3.能级的平均寿命=1/A21 4.自发辐射的特点: (1) 各个处于高能级的粒子都是自发地.独立的进行跃迁； (2) 辐射光子的频率不同,自发辐射的频率范围很宽； (3) 发射方向和相位也不同； (4) 非相干光发射:不同频率,相位,偏振方向,简并度。 Date 5 1-6 Copyright Wang Yan B. 受激吸收 1 . 处于低能级的E1的一个原子,在频率为f的辐射场的作用下, 吸收一个能量为hf的光子,并受激的向E2能级跃迁hf=E2-E1。 2 受激吸收几率: Date 6 1-7 Copyright Wang Yan r12不仅与原子性质有关,而且还与外界辐射场的能量密度f （单位体积内，频率处于f附近的单位频率间隔中的电磁辐射 能量）有关： B12受激吸收跃迁Einstain系数.它只与原子性质有关。 C. 受激辐射 1. 处于高能级E2的一个原子,在频率为f=(E2-E1)/h的光子激发 下, 受激的向E1能级跃迁,同时,放出一个能量为hf=E2-E1 的光子 2.受激辐射跃迁几率 Date 7 1-8 Copyright Wang Yan 是受激辐射跃迁的Einstain系数 三 .激光产生的条件 A .(1) Amplifying Medium (2) Pumping Source (3) Optical Feedback (Cavity) B.粒子数反转 阈值条件:增益=损耗 Date 8 1-9 Copyright Wang Yan C. 相位平衡条件:激光器必须工作在谐振腔的工作模式 上。 光腔的驻波条件:在腔内形成驻波。 总结:lasers 1.Optical gain + feedback 2. Spontaneous and stimulated emission 3. Threshold, discrete spectrum ,narrow radiation pattern Date 9