光纤通信课件 第4章 光源和光发射机

工业照明
高效的工业照明可以提高生产 效率和安全性。
光发射机
光发射器的定义
光发射器是将电能或其他能源转化为光能并传输的装置。
光发射器的分类
光发射器可以分为LED、激光器等不同类型。
光发射器的特点
不同类型的光发射器具有不同的功耗、尺寸和效率。
光发射机的性质
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光发射器的发射能力
光发射器可以具有不同的发射功率和距离。
总结
1 光源和光发射机的关系
光发射机需要光源提供光能来发射光信号。
2 光源和光发射机在每个应用领域的重要性
它们在照明、通信等领域都发挥着重要的作用。
3 未来光源和光发射机发展趋势
随着技术的进步，光源和光发射机将变得更加高效和多样化。
2
光发射器的调制特性
光发射器可以通过调制来传输不同的信号。
3
光发射器的耐用性
耐用的光发射器可以在各种复杂环境中稳定工作。
光发射机的应用
光通信
光发射器是实现高速、远距离 光通信的关键组件。
无线电通信
部分无线电通信系统采用光发 射器作为信号传输介质。
其他应用领域
光发射器在医疗设备、科学研 究等领域都有广泛应用。
《光源和光发射机》PPT 课件
这个PPT课件将介绍光源和光发射机，从定义、性质到应用。通过丰富的内容 和精美的图片，带您深入了解这个有趣的主题。
什么是光源?
光源的定义
光源是产生光的物体或装 置，用于提供照明或其他 光学应用。
光源的分类
光源可以分为自然光源和 人造光源，如太阳、灯泡 等。
光源的特点
光源可以具有不同的颜色、 亮度和光谱分布。
光源的性质
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光源的辐射特性

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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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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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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5.1 半导体光源的物理基础
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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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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。

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。

4.1 半导体光源的物理基础
4.1.1 孤立原子的能级和半导体的能带 4.1.2 光与物质的相互作用 4.1.3 粒子数反转分布状态
4.2 4.3 4.4 4.5
光源的工作原理 光源的工作特性 光发送机 驱动电路与辅助电路
4.1.1 孤立原子的能级和半导体的能带

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，在最里层的轨道上量 子态所取的能量最低，最外层的轨道量子态能量最高，这些不同的轨道 运行时相应的能量值称为能级。
h为普朗克常数，其值为6.626×10-34焦耳· 秒
E E2 h E1




对于大量电子，自发辐射光具有不同的相位， 偏振方向，传播方向------非相干光。 半导体发光二极管是自发辐射发光器件。
4.1.2 光与物质的相互作用


能级的跃迁
□受激辐射 当处于高能级E2的电子，在受到光子能量 恰好为E＝hv＝E2－E1的外来入射光的照射 时，电子在入射光子的刺激下，跃迁回到低 能级E1，而且辐射出一个与入射光子有相同 频率、相同相位和相同传播方向的光子，这 种类型的跃迁称为受激跃迁，其辐射称为受 激辐射 hv=E2-E1 发射光子和感应光子的频率，相位，偏振方 向，传播方向相同。------相干光（全同光）。 半导体激光器是受激辐射的发光器件。
E E2 h E1
h h


4.1.2 光与物质的相互作用

能级的跃迁
E
□受激吸收 E1上的电子吸收光子跃迁到E2上， 感应光子能量

E2
h E1
h =E2-E1
在外来光子激励下，电子吸收外 来光子能量，从低能级跃迁到高能级， 变成自由电子。