光纤通信光源和光发射机介绍PPT课件(108页)
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光纤通信光源和光发射机介绍PPT(108张)
激光器是指能够产生激光的自激振荡器。受激辐射 是产生激光的关键。
粒子数反转条件：是使物质产生光放大的必要条件
光学谐振腔：建立光反馈，实现光的频率和方向选择
Laser 发射波长 p50
3.1.2 PN结
PN结的形成过程
泵浦（正向偏压）下
外加电场
同质结
异质结 P53
双异质结的优点P53
LED和LD的直接调制
小信号调制：调制响应平坦无起伏
1. 没有两个人是一样的；
2. 一个人不能控制另外一个人；
3. 有效果比有道理更重要；
4. 只有由感官经验塑造出来的世界，没有绝 对的真实世界；
5. 沟通的意义决定于对方的回应（自己说什 么不重要，对方接受什么才重要）
6. 重复旧的做法，只会得到旧的结果（只有 不断地改变做法，才能与其他事物保持理 想的关系）；
10. 在任何一个系统里，最灵活的部分便是最能影响大局的 部分（灵活就是适应，就是接受。灵活是使事情更快有 效果的重要因素）；
11. 没有挫败，只有回馈信息（“挫败”是把焦点放在过去的 事情上，“怎样改变做法”是把焦点放在未来）；
12. 动机和情绪总不会错，只是行为没有效果而已
激光器的组成和封装P82
3.我们还知道制约化学和生物的基本 定律， 这样在 原则上 ，我们 应能确 定大脑 如何工 作。但 是制约 大脑的 方程几 乎肯定 具有混 沌行为 ，初始 态的非 常小的 改变会 导致非 常不同 的结果 。这样 ，尽管 我们知 道制约 人类行 为的方 程，但 在实际 上我们 不能预 言它。
4.宇宙的其他地方对于地球上发生的 任何事 物根本 不在乎 。绕着 太阳公 转的行 星的运 动似乎 最终会 变成混 沌，尽 管其时 间尺度 很长。 这表明 随着时 间流逝 ，任何 预言的 误差将 越来越 大。在 一段时 间之后 ，就不 可能预 言运动 的细节 。
粒子数反转条件：是使物质产生光放大的必要条件
光学谐振腔：建立光反馈，实现光的频率和方向选择
Laser 发射波长 p50
3.1.2 PN结
PN结的形成过程
泵浦（正向偏压）下
外加电场
同质结
异质结 P53
双异质结的优点P53
LED和LD的直接调制
小信号调制：调制响应平坦无起伏
1. 没有两个人是一样的；
2. 一个人不能控制另外一个人；
3. 有效果比有道理更重要；
4. 只有由感官经验塑造出来的世界，没有绝 对的真实世界；
5. 沟通的意义决定于对方的回应（自己说什 么不重要，对方接受什么才重要）
6. 重复旧的做法，只会得到旧的结果（只有 不断地改变做法，才能与其他事物保持理 想的关系）；
10. 在任何一个系统里，最灵活的部分便是最能影响大局的 部分（灵活就是适应，就是接受。灵活是使事情更快有 效果的重要因素）；
11. 没有挫败，只有回馈信息（“挫败”是把焦点放在过去的 事情上，“怎样改变做法”是把焦点放在未来）；
12. 动机和情绪总不会错，只是行为没有效果而已
激光器的组成和封装P82
3.我们还知道制约化学和生物的基本 定律， 这样在 原则上 ，我们 应能确 定大脑 如何工 作。但 是制约 大脑的 方程几 乎肯定 具有混 沌行为 ，初始 态的非 常小的 改变会 导致非 常不同 的结果 。这样 ，尽管 我们知 道制约 人类行 为的方 程，但 在实际 上我们 不能预 言它。
4.宇宙的其他地方对于地球上发生的 任何事 物根本 不在乎 。绕着 太阳公 转的行 星的运 动似乎 最终会 变成混 沌，尽 管其时 间尺度 很长。 这表明 随着时 间流逝 ，任何 预言的 误差将 越来越 大。在 一段时 间之后 ，就不 可能预 言运动 的细节 。
第4章光源和光发射机电子通信专业优秀课件
4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
3. 外加正向电场的PN结
图解1: 外接电源
4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
图解2: 接通电源, 内电场被削弱,耗尽层变窄
外加正向电场的PN结
4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
图解3: 能带发生移动, 产生激活区
激活区电子-空穴复合发光是LED,LD产生辐射的 “源”!
4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
2. PN结 P型和N型半导体接触,在接触面附近形成PN结.
P区 N区 I1
P区 N区 I2
正向
I1>> I2
反向
外电场方向不同, 导电性大不相同.
4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
PN结形成图解:
图解1: P,N半导体接触前
4.1 光源
则
ni=2.62*106cm-3
4.1 光源
4.1.1 半导体的能带理论
2. N型和P型半导体
向本征半导体中掺杂V族元素(P,As,Sb), 导带中的电子浓 度增加,电子为多数载流子. 电子-负电荷-Negative-N型
向本征半导体中掺杂III族元素(B,Al,Ga,In), 价带中的空穴浓 度增加,空穴为多数载流子. 空穴-正电荷-Positive-P型
第4章光源和光发射机电子通信 专业
光纤通信系统的组成
驱动电路
光源
调制器
光发射机
光纤
中继器
光纤
光电二 极管
放大器 判决器
光接收机
组成基本单元: 光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机。
互连与光信号处理器件: 光纤连接器、隔离器、调制器、滤波 器、光开关及路由器、分插复用器ADM等。
光纤通信课件第4章光源及光发射机2
面发光二极管
为提高面发光LED与光纤的耦合效率： 在井中放置一个截球透镜； 或者将光纤末端形成球透镜。
边发光二极管
载流子注入
50~70 mm 100~150 mm
30º 120º
优点：与面发光LED比，光出射方向性好 缺点：需要较大的驱动电流、发光功率低
边发光二极管
边发光二极管，也采用双异质结结构。 利用SiO2掩模技术，在P面形成垂直于端面的条形接触电极 （约40~50μm），从而限定了有源区的宽度；同时，增加光波导 层，进一步提高光的限定能力，把有源区产生的光辐射导向发光 面，以提高与光纤的耦合效率。其有源区一端镀高反射膜，另一 端镀增透膜，以实现单向出光。在垂直于结平面方向，发散角约 为30°，具有比面发光二极管高的输出耦LED的谱线特性
发光二极管的输出谱线特性
特点：1. 自发辐射光 -> LED谱线较宽 2. 面发光二极管的谱线要比边发光二极管的宽 3. 长波长光源谱宽比短光源宽 - 短波长GaAlAs/GaAs 谱宽30~50 nm - 长波长InGaAsP/InP 谱宽60~120 nm
对光发射机性能要求
光发射机的作用是把电端机送来的电信号变为光信号送入 光纤中传输。
包括以下方面： (1)光源特性 (2)调制特性 (3)输出特性
光发射机性能要求
对光发送机的要求： （1）有合适的输出光功率 光发送机的输出光功率，是指耦合进光纤的功率，亦称
入纤功率。光源应有合适的光功率输出，一般为0.01mW～ 5mW。
发光二极管结构
在光纤通信系统中，发光二极管可以用同质结制造， 也可以用异质结制造，只不过在实际中多采用异质结结构。
LED没有解理面，即没有光学谐振腔。由于不是激光 振荡，所以没有阈值。
光源和光发射机PPT课件
m
(c)纵模共振光谱
Z=x
m
(c)半导体激光器的输出光谱
22
图4.2.6 光在法布里珀罗(F-P) 谐振腔中的干涉
M1
反 射 镜
M2
Aa
反
射
镜
B
b
R1
L
R2
(a) 反射波干涉
m 1
m2
相1
对
强
m6
度
I
驻波
(b) 只有特定波长的驻波 允许在谐振腔内存在
vf
反射系数
R 0.8 R 0.4
vm
v vm1 vm vm1
M1
反 射 镜
M2
Aa
反
射
镜
B
b
R1
L
R2
反射波ห้องสมุดไป่ตู้互干涉
18
Fabry(1867~1945) Perot(1863~1925) 法国物理学家
19
法布里-珀罗（FabryPerot）光学谐振器
反射波相互干涉
M1
反 射 镜
M2
Aa
反
射
镜
B
b
R1
L
R2
镀有反射镜面的光学谐振腔只有在特定的频率内 能够储存能量，这种谐振腔就叫做法布里-珀罗 （Fabry-Perot）光学谐振器。
g
通常发射多个纵模的光
0
频率
半导体激光器的增益频谱 g() 相当宽（约10 THz），在 F-P 谐振
腔内同时存在着许多纵模，但只有接近增益峰的纵模变成主模。
在理想条件下，其它纵模不应该达到阈值，因为它们的增益总是比 主模小。实际上，增益差相当小，主模两边相邻的一、二个模与主 模一起携带着激光器的大部分功率。这种激光器就称作多模半导体 激光器。
光纤通信光源和光发射
光纤通信光源和光发射
目录
• 光纤通信光源概述 • 光纤通信光源的工作原理 • 光纤通信光源的应用场景 • 光发射机技术 • 光发射机的应用场景 • 光发射技术的发展前景和挑战
01 光纤通信光源概述
光源的种类和特性
半导体激光器（LD）
利用半导体材料产生激光，具有体积 小、效率高、稳定性好等优点，是光 纤通信中常用的光源。
温度稳定性
光发射器件的性能受温度影响较大，需要在高温环境下保持稳定的 传输性能。
可靠性
光发射器件需要在长时间运行中保持高可靠性，对器件的材料、结 构和工艺提出了更高的要求。
光发射技术的发展趋势
新型光源
随着技术的不断发展，新型光源如半导体激光器、光纤激光器等将 不断涌现，为光发射技术的发展提供更多可能性。
衡量光发射机调制信号 的速度，是影响数据传
输速率的重要参数。
消光比
衡量光发射机输出光信 号的稳定性和可靠性， 是影响误码率的重要因
素。
波长稳定性
衡量光发射机输出光信 号的波长稳定性，是影 响传输性能的重要参数。
光发射机技术的发展趋势
高频调制技术
01
随着数据传输速率的不断提高，高频调制技术成为光发射机技
发光二极管（LED）
光纤激光器
利用光纤作为增益介质产生激光，具 有高功率、窄线宽、易于调谐等优点， 适用于高功率、长距离的光纤传输系 统。
一种电致发光器件，具有发光效率高、 响应速度快、可靠性高等优点，适用 于短距离、低速率的光纤通信系统。
光源在光纤通信中的作用
信号源
光源发出的光信号是光纤通信系 统的基本信号源，其质量和稳定 性直接影响到通信系统的性能。
光子集成
光子集成技术将实现多个光器件的集成，提高光发射系统的集成度 和稳定性。
目录
• 光纤通信光源概述 • 光纤通信光源的工作原理 • 光纤通信光源的应用场景 • 光发射机技术 • 光发射机的应用场景 • 光发射技术的发展前景和挑战
01 光纤通信光源概述
光源的种类和特性
半导体激光器（LD）
利用半导体材料产生激光，具有体积 小、效率高、稳定性好等优点，是光 纤通信中常用的光源。
温度稳定性
光发射器件的性能受温度影响较大，需要在高温环境下保持稳定的 传输性能。
可靠性
光发射器件需要在长时间运行中保持高可靠性，对器件的材料、结 构和工艺提出了更高的要求。
光发射技术的发展趋势
新型光源
随着技术的不断发展，新型光源如半导体激光器、光纤激光器等将 不断涌现，为光发射技术的发展提供更多可能性。
衡量光发射机调制信号 的速度，是影响数据传
输速率的重要参数。
消光比
衡量光发射机输出光信 号的稳定性和可靠性， 是影响误码率的重要因
素。
波长稳定性
衡量光发射机输出光信 号的波长稳定性，是影 响传输性能的重要参数。
光发射机技术的发展趋势
高频调制技术
01
随着数据传输速率的不断提高，高频调制技术成为光发射机技
发光二极管（LED）
光纤激光器
利用光纤作为增益介质产生激光，具 有高功率、窄线宽、易于调谐等优点， 适用于高功率、长距离的光纤传输系 统。
一种电致发光器件，具有发光效率高、 响应速度快、可靠性高等优点，适用 于短距离、低速率的光纤通信系统。
光源在光纤通信中的作用
信号源
光源发出的光信号是光纤通信系 统的基本信号源，其质量和稳定 性直接影响到通信系统的性能。
光子集成
光子集成技术将实现多个光器件的集成，提高光发射系统的集成度 和稳定性。
第4章光源和光发射机电子通信专业.pptx
Ec Eg
Ev
ED
Ef EA
本征
N型
P型
T≠0热平衡状态下,能量为E的能级被电子占据的几率为费米分布:
f (E)
1
1 exp
E Ef kBT
T
0,
f
(E)
Байду номын сангаас
0, E 1, E
Ef Ef
1/ 2, E E f T 0, f (E) 1/ 2, E E f
1/ 2, E E f
4.1 光源
Ec Eg
Ev
本征
ED
Donor level
N型
T 0K
acceptor level EA
P型
4.1 光源
4.1.1 半导体的能带理论
3. 费米(Fermi)能级Ef
T=0K热平衡状态下：Ef是完全填满电子的能级和完全空 缺的能级的界限.
Ec Eg
Ev
本征
ED Ef
N型
EA P型
4.1 光源
4.1.1 半导体的能带理论
光纤通信
第四章 光源和光发射机
Optical Sources and Optical Transmitter
张树东
zhangsd2@
光信息科学与技术 曲阜师范大学物理工程学院
光纤通信系统的组成
驱动电路
光源
调制器
光发射机
光纤
中继器
光纤
光电二 极管
放大器 判决器
光接收机
组成基本单元: 光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机。
4.1 光源 4.2 光发射机
主要介绍数字光发射机的基本组成、工作特性 和主要电路！
4.1 光源
光纤通信系统光源与光发射机课件
01
02
光源与光发射机
用于将电信号转换为光信号，是 光纤通信系统的核心部件。
03
04
光接收机
用于将接收到的光信号转换为电 信号，以便进一步处理。
光纤通信系统的优点
传输距离远
光纤传输损耗低，可以实现长距离的光信号 传输。
带宽高
光纤不受电磁干扰的影响，传输质量稳定可 靠。
抗干扰能力强
光纤的传输带宽较高，可以实现高速数据传 输。
光发射机在科研、教育等领域 用于高速数据传输和远程实验 观测，促进科技进步。
光发射机的发展趋势
1 高速率
随着数据传输需求的增长，光发射机正朝着更高传输速 率的方向发展。
2 长距离
随着数据传输需求的增长，光发射机正朝着更高传输速 率的方向发展。
3 集成化
随着数据传输需求的增长，光发射机正朝着更高传输速 率的方向发展。
调制器将信息信号加载到 光信号上，实现信息的传 输。
驱动器控制调制器
驱动器为调制器提供必要 的控制信号，确保调制过 程稳定可靠。
光发射机的组成
光源模块
包括激光二极管、驱动 电路等，负责产生光信
号。
调制器模块
将信息信号加载到光信 号定的 直流电源，确保其正常
液体激光器
利用液体作为工作物质，常见的有 染料激光器、有机溶液激光器等。
激光器的性能参数
波长
稳定性
激光器的输出波长是衡量其性能的重 要参数，不同的应用需要不同波长的 激光器。
激光器的稳定性对其输出光的质量和 使用寿命具有重要影响，稳定的激光 器能够保证信号传输的可靠性。
功率
激光器的输出功率决定了其能够应用 的范围和效果，高功率激光器能够实 现更远距离的传输和更好的信号质量 。
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VCSEL的特点
波长可调谐激光器
WDM、分组交换和光分插复用器是网络重构的重要器件
小结-实现单纵模的途径
激光器的性能参数 p65-74
1. 如何获得单纵模？ 2. 如何获得单横模？ 3. 激光器阈值电流的测量方法？ 4. 内外量子效率的关系？ 5. 特征温度？ 6. 描述光谱特性参量包括哪些？ 7. 哪些参量可以描述激光器的光束
3.1半导体发光的物理基础
3.1.1 原子的能级和晶体的能带（掌握） 3.1.2 PN结（掌握） 3.1.3 非辐射复合（了解） 3.1.4 半导体材料（了解）
3.1.1 原子的能级和晶体的能带
半导体材料中的电子分布—能带结构 p47
半导体材料的能带结构图
三种基本跃迁过程
激光激射条件
激光器是指能够产生激光的自激振荡器。受激辐射 是产生激光的关键。
粒子数反转条件：是使物质产生光放大的必要条件
光学谐振腔：建立光反馈，实现光的频率和方向选择
Laser 发射波长 p50
3.1.2 PN结
PN结的形成过程
泵浦（正向偏压）下
外加电场
同质结
异质结 P53
双异质结的优点P53
DBR 激光器
光栅制作在有源波导两外侧的无源波导上，可以避免 制作过程造成的晶格损伤
小结：DFB-LD的优点
与FP腔激光器相比：
A. 波长选择性：改变光栅周期，可以改 变发射波长
B. 线宽窄，波长稳定性好 C. 动态单纵模 D. 高线性度 E. 易于集成
量子阱半导体激光器
垂直腔面发射激光器
5.写好这篇文章，首先要读懂材料。 总体来 说，上 述材料 对什么 是“最大 的快乐 ”加以 形象的 阐释， 要使自 己成为 快乐的 人，从 第一个 答案中 ，我们 知道必 须工作 ，耕耘 与创造 会使人 快乐；
谐振腔
FP谐振腔 p54
p69
P56
多纵模LD p56 p66
Bragg 反射器 p56-57
布喇格发射条件 （2-17 2-18） 优点： 易于实现单纵模 易于实现窄的光谱线宽 波长锁定功能
半导体激光器的典型结构p59
条形LDp58
激光器的分类（P58）
7. 凡事必有至少三个解决方法（只有相信尚有未知的有效 方法，才会有机会找到它并使事情改变）；
8. 每一个人都选择给自己最佳利益的行为（没有不对的行 为，只有在当时环境下没有效果的行为）；
9. 每个人都已经具备使自己成功快乐的资源（所有事情或 经验里面，正面和负面的意义同时存在，究竟是我们的 绊脚石还是踏脚石，须由自己决定）；
FP腔激光器
图2-15：基本结构 图2.16：典型结构 p59 图2.17 ：示意图 p59 图2.18：商用结构
优点：结构简单，易于制作。早期光通信系统中 缺点：多纵模工作模式，直接调制时动态谱展宽明显。
不能满足大容量长距离光纤传输和WDM系统的需要
DFB 和DBR 激光器
DFB(distributed feedback）：靠近有源区的波导层上 沿长度方向生长折射率周期扰动光栅，实现分布反馈
特性？
纵模和横模p65-66
半导体激光器的P-I特性曲线p69
特征温度p72
光束特性
近场和远场分布 远场
LED
LED的P-I特性（掌握） LED的输出光谱分布（掌握） LED的典型结构（了解）
LED 用途
照明用LED材料的选择
典型结构
LD的优点
LED和LD的调制 直接调制：内调制 间接调制：外调制
.
1.后现代社会以大众文化的兴起为特 征，而 大众文 化要求 文化的 大众消 费性质 ，图像 以强有 力的视 觉冲击 力成为 实现大 众消费 的主要 途径。
2.传统意义上的书籍，没有图像的填 充就被 边缘化 ，纯文 学也只 有借助 图像才 能走向 市场中 心、大 众视野 ，充斥 市场的 总是图 文并茂 的大众 读物， 这就形 成了当 下对文 学的消 费由读 字到读 图的转 变。
第三章：光源和光发射机
光发送机的功能是将来自电发送机的电脉冲信号变换成光 脉冲信号，并以光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波 形耦合到光源组件的尾纤中。
电信 号 输 入 输入 接口
线路 编码
调制 电路
光信 号 输 出 光源
控制 电路
主要内容
3.1半导体发光的物理基础 3.2半导体激光器（LD） （掌握） 3.3半导体发光二极管（LED）（掌握） 3.4光源的调制（熟悉） 3.5光发射机（掌握）
3.当然，文学毕竟是图像无法取代的 ，人类 文明的 传播方 式从图 像过渡 到文学 ，就是 因为文 字的抽 象描述 、概括 能力是 超越图 像的。 文字通 过语言 唤起人 脑中的 想象， 其魅力 在于建 构一个 内视形 象，这 种内视 审美是 文学独 有的， 语言艺 术独有 的。
4.文学独特的“味外之旨”、“韵外 之致” ，其丰 富性和 多重意 义，依 靠图像 是永远 无法接 近的。 图像的 直观性 正好切 断了这 种对文 字魅力 的省思 和想象 。
10. 在任何一个系统里，最灵活的部分便是最能影响大局的 部分（灵活就是适应，就是接受。灵活是使事情更快有 效果的重要因素）；
11. 没有挫败，只有回馈信息（“挫败”是把焦点放在过去的 事情上，“怎样改变做法”是把焦点放在未来）；
12. 动机和情绪总不会错，只是行为没有效果而已
激光器的组成和封装P82
3.1.3 非辐射复合—直接带隙和间接带隙半导体材料
内量子效率 P70 （公式2-21）
载流子寿命
辐射复合
3.1.4 半导体材料：晶格常数匹配
小结：半导体光源材料的选取
半导体材料的禁带宽度的计算公式
半导体材料的制备
3.2 半导体激光器
半导体激光器的工作条件
工作物质
泵浦源
LED和LD的直接调制
小信号调制：调制响应平坦无起伏
1. 没有两个人是一样的；
2. 一个人不能控制另外一个人；
3. 有效果比有道理更重要；
4. 只有由感官经验塑造出来的世界，没有绝 对的真实世界；
5. 沟通的意义决定于对方的回应（自己说什 么不重要，对方接受什么才重要）
6. 重复旧的做法，只会得到旧的结果（只有 不断地改变做法，才能与其他事物保持理 想的关系）；