xml做网站源码,做网站美工工资多少钱,视频怎么上传到wordpress,南宁市公共资源交易网目录 2.1 半导体激光器 2 2.1.1 激光原理的基础知识 2 2.1.2 激光激射条件 3 2.1.3 结构理论 4 2.1.4 典型分类 6 2.1.5 模式概念 7 2#xff0e;1.6 基本性质 8 2.2 半导体发光二极管 10 2.2.1 工作原理 10 2.2.2 结构和分类 10 2.2.3 主要性质 10 2.3 光源的直接调制 11 2.3…目录 2.1 半导体激光器 2 2.1.1 激光原理的基础知识 2 2.1.2 激光激射条件 3 2.1.3 结构理论 4 2.1.4 典型分类 6 2.1.5 模式概念 7 21.6 基本性质 8 2.2 半导体发光二极管 10 2.2.1 工作原理 10 2.2.2 结构和分类 10 2.2.3 主要性质 10 2.3 光源的直接调制 11 2.3.2 光源的直接调制 11 2.3.3 直接调制激光发射机 13 2.4 光源的间接调制 15 2.4.1 间接调制的类型和特点 15 2.5 光源的调制格式 17 2.5.1 光调制格式的类型 17 2.5.2 高速长距离系统中常用的调制格式 17
第二章 光源和光发射机 2.1 半导体激光器 2.1.1 激光原理的基础知识 1.原子的能级 电子在原子中的微观运动—量子态的能量只能取某些特定的离散值需要满足电子轨道的量子化条件。电子在每一个这样的轨道上运动时原子具有确定的能量称为原子的一个能级。 2.晶体的能带 晶体的能谱在原子能级的基础上按共有化运动的不同而分裂成若干组。每组中能级彼此靠的很近组成具有一定宽度的带称为能带。 3.能级的跃迁 能级跃迁包括热跃迁跃迁过程中交换的能量是热运动的能量和光跃迁跃迁过程中交换的能量是光能光跃迁是研究光与物质相互交换的基础。 对大量原子组成的体系来说光跃迁同时存在着光的自发辐射受激辐射和受激吸收3种不同的基本过程。 自发辐射处在高能级E_2上的电子按照一定的概率自发地跃迁到低能级E_1并发射出一个频率为n的光子其能量为 ehnE_2-E_1 该过程称为自发辐射。 受激辐射处于高能级E_2的电子在外来光场的感应下外来感应光子的能量hnE_2-E_1发射出一个和感应光场一模一样的电子二跃迁到低能级E_1该过程为光的受激辐射过程。 受激吸收处在低能级E_1上的电子在感应光场的作用下感应光子的能量hnE_2-E_1吸收一个光子而跃迁到高能级E_2该过程为光的受激吸收过程。 4.光增益区的形成 1光的吸收和放大忽略自发辐射过程只考虑受激跃迁受激吸收和受激辐射孰强孰弱取决于电子在两个能级上的分布情况。因此当光经过介质时会有吸收和放大两种过程。若高能级上的电子密度高于低能级上的电子密度则受激辐射强于受激吸收光强在传输过程中逐渐增强。 2半导体激光器中增益区的形成半导体激光器通常为一个二极管结构当注入正向电流达到一定阈值时在结区形成的一个粒子数反转分布的区域。称为有源区
2.1.2 激光激射条件 1.激射的一般条件 1有源区产生足够多的粒子数翻转分布。 2存在光学谐振机制并在有源区里建立起稳定的激光振荡。 2.半导体激光器的发射波长半导体激光器材料的禁带宽度决定了激光器自发辐射的波长范围。发射波长lhc/E_dir .式中h为普朗克常量c为真空中的光速E_dir为直接带隙材料的禁带宽度。 3.自激振荡原理
2.1.3 结构理论 1.半导体激光器的通用结构 有源区实现粒子数反转分布存在光增益光反馈装置频率选择原件光束的方向选择元件光波导引导激光器内所产生的光波在器件内部进行传输。 2.有源区的典型结构 同质结构成PN结的P型和N型半导体为同一种材料单异质结双异质结量子阱异质结。 ·后两种类型是目前商用化半导体激光器的主要方案。 ·双异质结构能够实现对有源区的全面控制达到有效降低阈值电流的目的。 3.法布里-珀罗F-P谐振腔 一种最简单的光学反馈装置如图由一对平行放置的平面反射镜组成。
F-P腔必须满足一定的相位条件和振幅条件 相位条件可使发射光谱得到选择而振幅条件使激光器成为一个阈值器件。 相位条件波从某一点出发经腔内往返一周再回到原来位置是应与初始波同相位即发生驻波干涉。
振幅条件波从某一点出发经腔内往返一周再回到原来位置时起幅度应不低于初始波的幅度。即达到一个阈值条件当光信号往返传输一周幅度不发生变化时所处的条件。
4.布喇格Bragg反射器 是一种基于波纹光栅的光学谐振器,是一组具有周期性的空间结构。 其特点是材料折射率在空间某方向上呈现周期性变化从而为受激辐射产生的光子提供周期性的反射。 和F-P腔相比布喇格反射器优点在于谐振波长选择性高谱线宽度明显变窄且容易设计成单纵模单频振荡。
2.1.4 典型分类 1.F-P腔谐振器 F-P腔谐振器是较早商用化的半导体激光器之一。结构简单容易制造在传统光纤通信中使用广泛。但由于这种激光器基本为多纵模工作方式直接调制时动态谱线展宽不明显所以不符合现代大容量长距离光纤传输和波分复用系统的应用需求。 2.分布反馈激光器和分布Bragg反射激光器。 基于Bragg衍射光栅的LD分为分布反馈DFB和分布Bragg反射DBR两种类型。二者区别在于DBR根据波导功能进行分区设计光栅的周期性沟槽放在有源波导两外侧无源波导上从而避免了光栅制作过程中可能造成的晶格损伤。
DBR常用于制作双区或三区可调谐激光器。 DFB是大容量长距离光纤通信系统中广泛应用的光源。同F-P腔激光器相比DFB的优点总结为 可以在一定的范围内有限度地选择激光器的发射波长。 线宽窄波长稳定性好 在高速调制时仍然能够保持单纵模特性 高线度性。 3.量子阱激光器 量子阱激光器指有源区采用量子阱结构的激光器。 优点 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 面发射激光器SELD与边发射激光器上述几种相比区别在于它的发射方向垂直于或倾斜于PN结平面可以从PN结的上部或衬底侧出光。垂直腔面发射激光器VCSEL是面发射激光器中最有前途的一种。 优点 阈值电流低小于1mA发光效率好波长选择性好易于实现动态单模工作耦合性能好体积小速度快模块化强。
2.1.5 模式概念 1.激光器的模式当注入电流大于阈值电流时辐射光在腔内建立起来的电磁场模式称为激光器的模式。 在对激光器进行模式分析时用纵模表示沿谐振腔传播方向上的驻波振荡特性横模表示谐振腔横截面上的场型分布。
2.纵模的概念与性质 激光器的纵模反应了光谱性质。 性质1纵模数随注入电流变化2峰值波长随温度变化3动态线谱展宽对激光器进行直接强度调制会使发射线谱增宽振荡模数增加 3.横模 横模反映的是由于边界条件的存在对腔内电磁场形态的横向空间约束作用。 横模分为水平横模和垂直横模两种类型。水平横模反映出有源区中平行于PN结方向光场的空间分布。垂直横模表示与PN结垂直方向上的电磁场的空间分布。
21.6 基本性质 1.伏安特性电学性质
2.P-I特性 P-I特性揭示了激光器输出光功率与注入电流之间的变化规律
当注入电流较小时有源区内不能实现粒子数的反转分布自发辐射占主导地位。随着注入电流的增大有源区里实现了粒子数反转分布受激辐射开始占主导地位。当注入电流达到阈值后才能发射谱线尖锐、模式明确的激光光谱突然变窄并出现单峰。 3.光谱特性 描述激光器的纯光学性质。 稳态工作时的激光器光谱由几部分因素共同决定发射波长范围取决于激光器的自发辐射谱精细的谱线结构取决于光腔中的纵模分布波长分量的强弱则与激射时各模式的增益条件密切相关。 4.光束特性 通常用激光器的近场和远场辐射方向图来表征其光束特性它直接影响到器件与光纤的耦合效率。
2.2 半导体发光二极管 2.2.1 工作原理 发光二极管是非相干光源它的发射过程主要是光的自发辐射过程。当注入正向电流时注入的非平衡载流子在扩散过程中复合发光这就是发光二极管的基本原理。
2.2.2 结构和分类 按光的输出位置不同发光二极管可分为边发射型和面发射型。
2.2.3 主要性质 1发射谱线和发射角发射谱线较宽因此光信号在光纤中传输时材料色散和波导色散比较严重发散角大使LED和光纤的耦合效率较低。这些因素对光纤通信是不利的。 2响应速度LED的响应速度比激光器低得多。 3热特性由于发光二极管不是阈值器件所以输出功率不会像激光器那样随温度发生很大的变化在实际过程中可以不进行温度控制。 4优点寿命长可靠性高调制线路简单成本低。
2.3 光源的直接调制 2.3.1 光源的两种调制方式直接调制和间接调制 直接调制和间接调制的本质区别间接调制光源的发光和调制功能是分离进行的即在激光形成以后才加载调制信号二者只有光路的链接和没有电路的相互影响因此不会因为调制而影响激光器的工作。 直接调制适用于电流注入型的半导体光源器件。间接调制适用于各种激光器的工作。
2.3.2 光源的直接调制 2.3.2.1 模拟调制和数字调制 从调制信号的类型划分直接调制方式又分为模拟调制和数字调制。模拟调制是将连续变化的模拟信号话音视频等叠加在直流偏置的工作点上对光源进行调制。 数字调制属于脉冲调制即调制电流为二进制脉冲形式利用光功率的有和无状态来传递信息。
2.3.2.2 LD数字调制过程的瞬态分析 1.阶跃响应的瞬态分析。
2.速率方程组
3.速率方程组的解 稳态解和瞬态解 稳态解给出激光器内部若干物理量的稳态关系 瞬态解是在注入电流变化的情况下求解速率方程组得到的解 小信号近似下速率方程组的瞬态解为
4.电光延迟时间 电光延迟过程发生在阈值以下对应于注入电流对导带底部进行填充使导带的电子密度达到阈值时的电子密度的时间。
2.3.3 直接调制激光发射机 2.3.3.1 激光器的实用组件 光隔离器监视光电二极管PD尾纤和连接器LD的驱动电路热敏电阻热电制冷器其他准直激光器输出场的透镜、光纤耦合透镜及固定光纤的支架等。
2.3.3.2 光发射机的组成
激光器的调制电路两级差分电流开关整形以改善电流波形电流开关为双边驱动不会因为有过多的存储电荷而影响开关速度为保证差分管特性的一致性设计时应用了集成差分管对实现调制功能。 激光器的控制电路 为消除温度变化和器件老化带来的影响给激光器提供稳定的工作环境。目前主要采取自动温度控制和自动功率控制的措施。 自动温度控制
自动功率控制2.4 光源的间接调制 2.4.1 间接调制的类型和特点 根据工作原理的不同可以利用电光效应、电吸收效应、磁光效应、声光效应等制成不同的光调制器。 电光效应光调制 当把电压加到某些晶体上的时候可能使晶体的折射率发生变化结果引起通过该晶体的光波特性发生变化晶体的这种效应称为电光效应。 磁光效应光调制 磁光效应又称为法拉第电磁偏转效应。当光通过介质传播时若在垂直光的传播方向上加一强磁场则光的偏振面发生偏转其旋转角与介质长度外磁场强度成正比。
电吸收效应电吸收效应是利用Franz-keldysh效应和量子约束Stark效应产生材料吸收边界波长移动的效应。Franz-keldysh效应是指在电场作用下半导体材料的吸收边带向长波长移动的理论。 声光效应光调制 声光效应是指声波作用于某晶体时产生光弹性作用使折射率发生变化从而达到光调制的目的。
光源的调制格式2.5.1 光调制格式的类型 通断键控OOK,M进制相移键控PSK,包括2PSK,QPSK,MPSK等M进制正交幅度调制M-QAM
2.5.2 高速长距离系统中常用的调制格式 载波抑制归零码CSRZ,差分相移监控码BPSKM-QAM星座图设计。
摘录自 顾畹仪. 光纤通信.第2版[M]. 人民邮电出版社, 2011.
