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第4章 光源和光发射机-电子通信专业

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西北工业大学_光纤通信作业答案

西北工业大学_光纤通信作业答案

答案第一章：光纤通信1、什么是光纤通信？光纤通信及系统的组成光纤通信使用光导纤维作为传输光波信号的通信方式。

光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。

2、什么事光通信光通信就是以光波为载波的通信。

3、光纤通信的优点？①传输频带宽，通信容量大。

②传输衰减小，传输距离长。

③抗电磁干扰，传输质量好。

④体积小、重量轻、便于施工。

⑤原材料丰富，节约有色金属，有利于环保4、光纤通信的工作波长？光源：近红外区波长：0.8—1.8μm频率：167—375THz5、WDM是指什么？DWDM指什么？WDM：波分复用DWDM：密集波分复用6、光纤从材料上可以分为哪几种？从材料上分为石英光纤、多组份玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤等7、光纤活动连接器从连接方式来看分为哪几种？常见的插针端面有哪几种？PC、APC、SPC（球面、斜面、超级抛光端面呈球面的物理接触）8、按缆芯结构分，光缆分为哪几种？层绞式、单位式、骨架式、带状式9、光线的制造分哪几个步骤？I 材料准备与提纯II 制棒III 拉丝、涂覆IV 塑套其中制棒分为：（1）MCVD改进的化学气相沉淀法（2）PCVD等离子化学气相沉淀法10、按材料光纤分几种？同611、无源器件的种类连接器、分路器与耦合器、衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、光开关和调制器等第二章：光纤通信的物理学基础1、通过哪些现象可以证明光具有波动性？光的波动性可以从光的干涉、光的衍射和光的偏振等现象证明2、什么叫光电效应？光电效应具有哪些试验规律？由于光的照射使电子从金属中溢出的现象称为光电效应⑴ 每种金属都有一个确定的截止频率γ0，当入射光的频率低于γ0 时，不论入射光多强，照射时间多长，都不能从金属中释放出电子。

⑵ 对于频率高于γ0的入射光，从金属中释放出的电子的最大动能与入射光的强度无关，只与光的频率有关。

频率越高释放出的电子的动能就越大。

⑶ 对于频率高于γ0的入射光，即使入射光非常微弱，照射后也能立即释放出电子。

第四章光源与光发射机

第四章光源与光发射机

Ef
价带
(a) 本征半导体
(b) 兼并型P型半导体
Ef
对于重掺杂兼并型N型半导体，由Efc于施主
杂质的掺入（五价元素的杂质），多数
载流子是电子，费米能级进入半导体的
导带。
EEf fv
(c) 兼并型N型半导体
(d) 双兼并型半导体
2019/11/21
广东海洋大学理学院 · 光纤通信
21
§4-2 半导体光源的工作原理
①当E=Ef时， p(E) =1/2， 能级E被电子占据的概率和空穴占据的概率相等，实际
上费米能级不存在；
②当E<Ef时， p(E) >1/2，
能级E被电子占据的概率比较大，如果(Ef-E)>>kT，则 p(E) →1，能级几乎被电子占据；
③当E>Ef时， p(E)<1/2，
能级E被电子占据的概率比较小，如果(E-Ef)>>kT，则 p(E) →0，能级几乎被空穴占据。
纤 低通 、信 可系 靠统 性中 好得。到广泛应用。
2019/11/21
广东海洋大学理学院 · 光纤通信
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§4-1 概述
此动画为光发射机工作原理动画，光源在调制 电流的作用下发光，然后耦合进光纤传输。
2019/11/21
广东海洋大学理学院 · 光纤通信
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§4-1 概述
二、光发射机的主要指标
光发射机的指标很多，我们仅从应用的角度介 绍其主要指标。
2019/11/21
广东海洋大学理学院 · 光纤通信
7
§4-2 半导体光源的工作原理
一、原子能级跃迁—光源的物理基础
能级：原子由原子核和核外电子组成，核外电 子围绕原子核旋转，每个电子的运行轨道并不相同， 各代表不同的量子态，即：原子中的电子只能在一 定的量子态中运动；在最里层的轨道上量子态的能 量最低，电子受原子核束缚最强，最外层的轨道量 子态能量最高，电子受原子核束缚最弱，这些不同 的轨道运行时相应的能量值（包括电子的动能和电 位能）称为能级。

光源与光发射机

光源与光发射机

N AlGaAs
E
外加电场
限制层的带隙 比有源层的 带隙宽，施加正向偏压后， P层的空穴和N区的的电子 注入有源层在有源层形成 粒子数反转，外加电流使 得电子和空穴的浓度加大， 产生自发辐射的光，在光 学偕振腔中产生选频和放 大，由于有源层的折射率 比限制层高，光被限制在 有源层，电光转换效率高。
n
2、受激吸收 在光子的激励条件下， 电子吸收光子的能量从低能级跃 迁到高能级。
E2
光子 电 子
特点：这个过程不是自发的， 必须有外来的光子的激励。
h E2 E1
E1
E
3、 受激辐射 在外来光子的激励下，电子从高能级跃迁到低能级，同时发出 一个能量为 h E E 的光子。
2 1
低 N1 E1

A/ B ( B' / B)e h / kT 1
BN2 AN2 BN1 BN2 BN1
8h 3 / c 3 h / kT e 1
B' B
A 自发辐射系数
B 受激辐射系数
B ' 受激吸收系数
受激辐射的电子数〈受激吸收的电子数
光放大
R2
不断在同一直线上反射，反射光叠加，强度加强
多次反射后离开谐振腔
结论： 只有与中轴平行的光才存在，否则将在多次反射后消失
G 光频率的选择： 工作物质辐射的光的波长有一定谱线宽度，如 图：
当反射光与入射光的相位相等或相差2π 的整数倍时，发生相强的干涉，光的能量加强。 反之则发生相消干涉，光的能量渐渐减弱。
当增益与损耗相当时，将建立稳定的激光震荡，增益的阈值条件为： Gth=a+1/2 Ln(1/R1· 2) R
(a为工作 物质的吸收，R1,R2为反射镜的反射率)

《光源与光发送机》PPT课件

《光源与光发送机》PPT课件
1. 孤立原子的能级
原子是由原子核和围绕原子核旋转的电子构成。 围绕原子核旋转的电子能量不能任意取值，只能取特 定的离散值，这种现象称为电子能量的量子化。电子 既绕原子核旋转（动能），又作自旋运动（位能）， 动能和位能之和称为内能。
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9
1913年丹麦物理学家玻尔提出了原子只能处于由 不连续能级表征的一系列状态（定态），对于每一种 运动状态来说，都具有一定的内能（位能和动能之 和）。 内能是一些不连续的特定值，对应电子运动 的特定轨道，这些特定的轨道称为能级。电子通过与 外界交换能量从一种运动状态转变为另一种运动状态。
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7
6、聚光性好
要求光源发光尽量集中，会聚到一点，尽可能 多地把光送过光纤，即耦合效率高，这样进入光结 的功率大，系统中继距离就可增加。
7、调制方便
调制是把话音等信息附载在光波上，如何高效 地用电信号来调制光波是决定系统成败的关键。
8、价格低廉，体积小，应用方便
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8
5.1 半导体光源的物理基础
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23
粒子数反转分布状态
在热平衡状态下，高能级上的电子数要少于低能级 上电子数。在单位时间内，从高能级跃迁到低能级 上的粒子数，总是少于从低能级跃迁到高能级上的 粒子数，因此，这时受激吸收大于受激辐射，也就 是说，在热平衡条件下的物质，不可能有光的放大 作用。因而必须到非平衡体系中去找。
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25
2.
如果N1>N2，即受激吸收大于受激辐射。当光通 过这种物质时，光强按指数衰减， 这种物质称为吸收 物质。
如果N2>N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通 过这种物质时，会产生放大作用，这种物质称为激活 物质。

第4章光源及光发射机2

第4章光源及光发射机2

发光二极管的P―I特性
1. 驱动电流较小 -> LED P-I特性线性度好 2. 驱动电流较大 -> pn结发热产生饱和现象 -> 曲线斜率减小 通常，LED工作电流为50~100mA，输出光功率为几毫瓦， 入纤光功率只有几百uW
发光二极管的P―I特性
在通常应用条件下，发光二极管的工作电流为
50~150mA，输出功率为几个毫瓦，但因其与光纤的耦合
定义光强下降一半的波长变化为输出谱线宽度（半功率点 全宽FWHP），这就是光源的线宽 Δλ。 一般短波长GaAlAs―GaAs发光二极管的谱线宽度约为 25~40nm，长波长InGaAsPInP发光二极管的谱线宽度约为
75~100nm。
发光二极管的输出谱线特性
光源线宽
发光二极管的输出谱线特性
发光二极管的谱线宽度反映了有源区材料的导带与价带
光源的调制

数字调制：光纤通信的主要调制方式，将模拟信 号抽样量化后，以二进制数字信号“1”或“0”对 光载波进行通断调制，并进行脉冲编码（PCM ）。
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
发光二极管的发光效率
发光效率 内量子效率代表有源区内产生光子数与注入的电子— 空穴对数之比: ηI = 单位时间内产生的光子数 单位时间内注入的电子—空穴对数
效率很低，入纤功率要小得多。 温度对发光二极管的P―I特性也有影响，当温度升高
时，同一电流下的发射功率要降低，如上图所示。
发光二极管的温度特性相对较好（与LD相比较），在 实际应用中，一般可以不加温度控制。

第4章光源讲义和光发射机

第4章光源讲义和光发射机
在这些光场作用下，受激发射和受激吸收过程 同时发生，受激发射和受激吸收发生的概率相 同。
17
LD发射激光的 首要条件---粒子数反转
若注入电流增加到一定值后，使Nc Nv ， 受激发射占主导地位，光场迅速增强，此时的 PN 结区成为对光场有放大作用的区域(称为有源 区)，从而形成激光发射。
半导体材料在通常状态下，总是Nc Nv ， 因此称 Nc Nv 的状态为粒子数反转。使有源区产
14
光接收器件 原理
输入 h
光子
Ec
吸收光子后 产生电子 (输出电流)
Ev (c) 光 探 测 器 件 — 光 的 吸 收
如果把光照射到占据低能带的电子上；
则该电子吸收光子能量后，激励而跃迁到 较高的能带上。
在半导体结上外加电场后（反向电压）， 可以在外电路上取出处于高能带上的电子， 使光能转变为电流。
10
图4.2.1 半导体发光原理
能 E量 EFn
Ec
eV Eg
Ev EFp
导带费米能级
电子 hv 光 子
空穴
价带费米能级
E Eg Ec Ev hv
c v
hc 1.2398（m）
E E
状态密度
在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带；
如果占据高能带（导带）的电子跃迁到低能带（价带） 上，就将其间的能量差（禁带能量）以光的形式放出； 这时发出的光，其波长基本上由能带差所决定。
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当有入射光场存在时，受激吸收过程与受激发 射过程同时发生，哪个过程是主要的，取决于 电子密度在两个能带上的分布。
若高能带上电子密度高于低能带上的电子密度， 则受激发射是主要的，反之受激吸收是主要的。
激光器工作在正向偏置下，当注入正向电流时， 高能带中的电子密度增加，这些电子自发地由 高能带跃迁到低能带发出光子，形成激光器中 初始的光场。

第4章光源和光发射机


多纵模 ( 多频 ) 激光器
❖ 谐振腔长度 L 比波长大很多 2Ln m
F-P腔内的纵模数量
m 2Ln
自由光谱区 FSR f c
2nL
相应的波长间隔
f
（
c
）
c
2
2
c
f
2
c
c 2nL
2
2nL
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
第4章 光源和光发射机
内容要求
4.1 概述 4.2 发光机理 4.3 半导体激光器 4.4 波长可调半导体激光器 4.5 垂直腔表面发射激光器 4.6 半导体激光器的特性 4.7 高速光发射机
光纤通信对光源的要求
❖ 光源发射的峰值波长，应在光纤低损耗窗口之内; ❖ 有足够高的、稳定的输出光功率，以满足系统对光中继段
❖ 近年来逐渐成熟的波长可调谐激光器是多信道WDM光纤通 信系统的关键器件，越来越受到人们的关注。
Stimulated Emission and Photon Amplification
❖ Laser= Light Amplification by Stimulated Emission or Radiation, ❖ 3 features of stimulated emission :
光纤
LD 电阻 芯片
+
A 热电致冷
❖ 安装在热电致冷器上的热敏电阻，其阻抗与温度有关，它构 成了电阻桥的一臂。热电致冷器采用珀尔帖效应产生致冷， 它的致冷效果与施加的电流成线性关系。

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。

费米能级位于导带内——兼并型N型半导体

式中，玻尔兹曼常数 k 1.381023 J / K0 K是绝对温度
c

c Eg
hc


Eg (eV )
1.24 Eg (eV )
(m)
h
hc e

6.626 1034 3108 1.6 1019
1.24 106
物质 Si Ge GaAs InP InGaAs AlGaAs InGaAsP
二，采用半导体光源的理由
常用半导体激光器LD 和发光二极管LED；
体积小，易与光纤耦合 发光波长适合光纤的低损耗传输窗口 可以电光直接调制 可靠性较高
4.1 半导体的能带理论
1.半导体的能带
半导体的主要特征是它们的内部原子有规则地、周期 性地排列着。作共有化运动的电子受到周期性排列着 的原子的作用，它们的势能具有晶格的周期性。因此， 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。虽然在半导体中能级还是离散的， 但是每组中能级彼此靠得很近，组成有一定宽度的带。 人们把这些组想象为很宽的连续的能量区，称为能带。
能级理论： 原子由原子核和核外沿固定轨道旋转的电子组成； 电子在特定的能级中运动，并通过与外界交换能量 发生能级跃迁； 能级所对应的能量值是离散的。
锗、硅和GaAs等都是共价晶体。形成共价键的价电子 所占据的能带称为价带。
价带下面的能带是被电子占满了，称为满带。 价带上面的能带称为导带。 价带和导带之间的宽度，不能被电子占据,因此称为禁
光吸收过程：
受激吸收：如果入射光子的能 量hν近似等于E2-E1，光子能量 就会被吸收，同时基态上的电子 跃迁到高能态。
半导体光检测器基于这种效 应。自������发发射、受激发射和受激吸收三种过程是同时 存在的。

第四章 光源和光发射机


半导体激光器：向半导体PN结注入电流，实现粒 子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔 的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。
激射条件： 1.有源区里要产生足够的粒子数反转分布。 2.存在光学谐振机制，并在有源区里建立起 稳定的振荡。
一．半导体激光器的工作原理

1．受激辐射和粒子数反转分布 2．PN结的能带和电子分布 3．激光振荡和光学谐振腔
4．1．3发光二极管（LED）
4．2 光源的调制
4．3光发送机
4．3．1数字光发射机的基本组成
4．3．2 调制电路
4．3．3 控制电路
4．3．4 线路编码
4．1
号转换为光信号。
光源
光源是光发射机的关键器件，其功能是把电信
发光波长选择光在光纤中传播的三个低损耗
波 长 区 域 ， 即 对 应 的 三 个 窗 口 ：0 . 8 5 μm 、 1.31μm和1.55μm以利用光纤传输。
电/光转换效率高，与光纤的耦合效率高。
发光足够强，并能长时间稳定工作。 调制速率或响应速度要快。

常用的光源：
法布里-珀罗腔激光器 （F-P腔激光器) 半导体激光器（LD） 分布反馈激光器 （DFB激光器） 量子阱半导体激光器
发光二极管（LED）
4．1．1半导体激光器
激光（LASER）：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation------------受 激辐射的光放大。
式中，rth为 阈 值增益系数，α 为谐振腔内激活物 质的损耗系数，L为谐振腔长度，R1 ，R2 <1为两 个反射镜的反射率。
激光器是一个阈值器件，只有注入电流达到 阈值以后，谐振腔中的增益才能克服损耗，激光 器才开始激射。
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2.0
0.6
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
线宽:
通常达几十nm
36nm
770
810
850nm
Spectral emission pattern of
Ga1-xAlxAs LED with x = 0.08
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
4. LED光束的空间分布
辐射光功率:
4.1 光源
4.1.1 半导体的能带理论
电子
Ec
Eg
空穴
激发
复合
Ev
T 0K
Ec --导带底能级
Ev --价带顶能级
T 0K
Eg Ec Ev
--禁带宽度,能隙
Valence band
Conduction band band gap
4.1 光源
4.1.1 半导体的能带理论
热平衡(T)下本征半导体载流子的浓度
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
边发光ELED (Edge-emitting LED)
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
3.LED光谱特性
自发辐射, 非相干光
E 能 量
波长: 中心波长(Peak)取决于禁带宽度Eg
Eg hv hc / p
hc 1.2398 p (m) Eg Eg
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
（LED：light-emitting diode）
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
1.发光原理:
加正向偏压的PN结中电子-空穴复合发光. 属 于自发辐射.
E c
h
h
当电子返回低能级时，它们各自
独立地分别发射光子,有不同的 相位、偏振方向和传播方向，
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:
1 f (E) E Ef 1 exp k T B
0, E E f T 0, f ( E ) 1, E E f

1 / 2, E E f T 0, f ( E ) 1 / 2, E E f 1 / 2, E E f
1.8
0.7
经验公式:
1.6
0.8
Ga1-xAlxAs at 300K
0.0 1.4 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.9
Eg 1.4241.266x 0.266x
Eg 单位为 eV
2
Al mole fraction, x
Wavelength(um)
(x为AlAs与GaAs的摩尔比率)
照)而破坏热平衡状态时，
体系不存在统一的费米能 级，但费米能级分布对导
带和价带各自仍然适用--导带费米能级，价带费米 能级，即准费米能级。
f c ( E2 ) 1 E2 E fc 1 exp k T B f v ( E1 ) 1 E1 E fv 1 exp k T B
Rr Rr int R Rr Rnr
速率Rate 辐射radiation 非辐射non-radiation
其中R, Rr, Rnr分别为总复合速率,辐射复合速率和非辐射复合速率. 又
I R |e|
其中I为电流强度
Rr Pint / hv int R I/|e|
光功率:
I hc Pint Rr hv int Rhv int hv int I |e| |e|
因而是非相干光。
处于不同的高能级的电子自发辐 射到不同的低能级，发射光子 的能量有一定的差别，因而 LED辐射线宽较宽。
Ev
光的自 发辐射
发光二极管—光的自发辐射
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
2.LED结构: 面发光SLED (Surface-emitting LED)
基片
热沉/散热器
P( ) P0 cos
--朗伯(Lambert)分布 半功率点处: =60度
半功率宽度:
face 120
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
30

// 120

4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
5. SLED的输出功率、耦合功率、耦合效率
SLED为朗伯(Lambert)体 光纤
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
7. LED的P-I特性曲线
4 输 出 功 率 3 2 1
0℃
25℃ 70℃
驱动电流I较小时， P -I线性较好；
I过大时，PN结发
热产生饱和; 温度上升，辐射
/ mW
0
50 100 150
功率下降
电流/mA
4.1 光源
4.1.3 发光二极管(LED)
P区
N区 I2
I1
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
4.1.2 PN结 同质结 异质结
图解2: P,N半导体接触
4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
图解3: 载流子扩散
能态扩展成能级连续分布的能带。
4.1 光源
4.1.1 半导体的能带理论
价带: 与原子价电子相应的能带.接近绝对0K时电子均束
缚于价带中,价带以上的能带是空的.
导带: 由于热或光的激发,价带中的部分电子挣脱原子束缚
成为自由电子进入价带上面空着的能带,这些电子是 能参与导电的,故称价带上面的能带为导带.
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 调制器 光源 光电二 极管 光纤 放大器 判决器
中继器 光纤
光发射机
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。
8.频率响应H(f)
以频率(w=2f)对LED驱动电流I进行调制,与未调制前的直
流相比,则输出光功率POp下降
理论证明:
10
H( f )
POpt ( f ) POpt (0)

1 1 (2f eff ) 2
ì Æ µÂÊÏÓ¦ H( f )
e £ ½1.1 ns e£ ½2.1 ns
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
4. 同质结和异质结
P区和N区为同一半导体物质的形成的PN结,为同质结 P区和N区为不同半导体物质的形成的PN结,为异质结 n-GaAs p-GaAs n-GaAs p-GaAs p+-GaAlAs p+-GaAs n+-GaAs n-GaAlAs p-GaAs p+-GaAlAs p+-GaAs 双异质结 (DH)
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
P( ) P0 cos
SLED输出总功率：
a
1 P0 a 2 PLED P( ) r sin drdd 2 r 0 0 0
/ 2 2
耦合到光纤的功率：
PFiber
a
r 0 0

max
1 P0 a 2 sin 2 max 0 P( ) r sin drdd 2
第四章 光源和光发射机
在光纤通信中，将电信号转变为光信号是 由光发射机来完成的。 光发射机的关键器件是光源： LED(Light Emission Diode) LD (Laser Diode)
第四章 光源和光发射机
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
4.1.1 半导体的能带理论
4.1.2 PN结 同质结 异质结
4.1.3 发光二极管(LED)
4.1.4 激光二极管(LD)(半导体激光器)
4.1.5 若干半导体激光器简介
4.1.6 半导体光源一般性能和应用
4.1 光源
4.1.1 半导体的能带理论
1. 能带
在半导体中，由于邻近原子的作用，电子所处的
同质结
单异质结
(DH: Double Heterostructure/Heterojunction)
4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
典型的双异质结结构:
金属接触层 n-GaAs衬底层 n-Ga1-xAlxAs光导和载流子限制层(~1um) n-Ga1-yAlyAs复合区(~0.3um) p-Ga1-xAlxAs光导和载流子限制层(~1um) p-GaAs 金属接触改善层(~1um) 金属接触层