光纤通信中的光源
光纤通信复习（各章复习要点）
光纤通信复习（各章复习要点）光纤通信复习（各章复习要点）第⼀章光纤的基本理论1、光纤的结构以及各部分所⽤材料成分2、光纤的种类3、光纤的数值孔径与相对折射率差4、光纤的⾊散5、渐变光纤6、单模光纤的带宽计算7、光纤的损耗谱8、多模光纤归⼀化频率，模的数量第⼆章光源和光发射机1、光纤通信中的光源2、LD的P-I曲线，测量Ith做法3、半导体激光器的有源区4、激光器的输出功率与温度关系5、激光器的发射中⼼波长与温度的关系6、发光⼆极管⼀般采⽤的结构7、光源的调制8、从阶跃响应的瞬态分析⼊⼿，对LD数字调制过程出现的电光延迟和张弛振荡的瞬态性质分析（p76）9、曼彻斯特码10、DFB激光器第三章光接收机1、光接收机的主要性能指标2、光接收机主要包括光电变换、放⼤、均衡和再⽣等部分3、光电检测器的两种类型4、光电⼆极管利⽤PN结的什么效应第四章光纤通信系统1、光纤通信系统及其⽹管OAM2、SDH系统3、再⽣段距离的设计分两种情况4、EDFA第五章⽆源光器件和WDM1、⼏个常⽤性能参数2、波分复⽤器的复⽤信道的参考频率和最⼩间隔3、啁啾光纤光栅4、光环形器的各组成部分的功能及⼯作原理其他1、光孤⼦2、中英⽂全称：DWDM 、EDFA 、OADM 、SDH 、SOA第⼀章习题⼀、单选题1、阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界⾯上（B）⽽是能量集中在芯⼦之中传输。
A、半反射B、全反射C、全折射D、半折射2、多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是（A）的。
A、连续变化B、恒定不变C、间断变换D、基本不变3、⽬前，光纤在（B）nm处的损耗可以做到0.2dB/nm左右，接近光纤损耗的理论极限值。
A、1050B、1550C、2050D、25504、普通⽯英光纤在波长（A）nm附近波导⾊散与材料⾊散可以相互抵消，使⼆者总的⾊散为零。
A、1310B、2310C、3310D、43105、⾮零⾊散位移单模光纤也称为（D）光纤，是为适应波分复⽤传输系统设计和制造的新型光纤。
光纤通信重要知识点总结
光纤通信重要知识点总结光纤通信是指利用光纤作为传输介质进行信息传输的通信方式。
光纤通信具有高带宽、长传输距离、低损耗和抗干扰等优点，因此在现代通信领域得到广泛应用。
下面是光纤通信的重要知识点总结：1.光纤的组成与结构：光纤主要由芯、包层和包衣组成。
芯是光信号传输的区域，通常由高折射率的材料制成；包层是用低折射率材料包围芯，起到光信号在纤芯内反射传播的作用；包衣是保护光纤的外层，通常由聚合物材料制成。
2.光纤的工作原理：光信号通过光纤的内部反射传播。
当光线从纤芯射入包层界面时，根据全反射原理，光线会完全反射回纤芯内部，从而沿着光纤传输。
通过控制入射角度和光纤材料的折射率可实现光信号的传输和传播。
3.光纤的传输特性：光纤具有高带宽、低损耗和低延迟等优点。
由于采用了光的传输方式，能够实现高速率的数据传输，大大提高了通信的速度和容量。
光纤的损耗非常低，可以在长距离范围内传输信号，而且几乎不受电磁干扰和信号衰减影响。
同时，光信号在光纤中的传输速度非常快，几乎接近光速，因此具有低延迟特性。
4.光纤通信系统的组成：光纤通信系统一般由光源、调制器、光纤传输介质、光解调器和接收器等组成。
光源可以是激光器或发光二极管等，用来产生光信号。
调制器用来将电信号转换成光信号，例如使用调制技术将数字信号转换成光脉冲信号。
光解调器则将光信号转换为电信号，通常使用光电二极管或光电探测器等光电转换器件。
接收器接收到光信号后进行信号处理和解码，将其转化为原始的电信号。
5.光纤通信的调制技术：光纤通信中常用的调制技术包括直接调制和外调制两种。
直接调制是通过改变激光器的电流或电压来实现光信号的调制，简单且成本低，但调制深度较浅。
外调制则是利用外部器件（如调制器）来对光信号进行调制，可以实现高深度的调制，但需要较复杂的设备和技术。
6.光纤通信网络的结构：光纤通信网络一般采用分布式结构或集中式结构。
分布式结构中，光纤纷纱采用星型或网状拓扑结构连接各个用户，每个用户都连接到一个光纤节点。
光纤通信系统光源综述
光纤通信系统光源综述摘要：光源是光纤传输系统中的重要器件。
它的作用是将电数字脉冲信号转换为光数字脉冲信号并将此信号送入光纤线路进行传送。
目前，光纤通信系统中普遍采用的两大类光源是激光器（LD）和发光管（LED）。
在这类光源具备尺寸小，耦合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤适配，并且可在高速条件下直接调制等有点。
在高速率、远距离传输系统中，均采用光谱宽度很窄的分布反馈式激光器（DFB）和量子阱激光器（MQW）。
在采用多模光纤的数据网络中，现在使用了新型的垂直腔面发射激光器（VCSEL）。
关键词：光纤通信、光源、LD、LED光纤通信系统光源综述1．光纤通信系统光源的特点1.1光纤通信对光源性能的基本要求（1）发光波长与光纤的低衰减窗口相符。
石英光纤的衰减—波长特性上有三个低衰耗的“窗口”，即850nm附近、1300nm附近和1550nm附近。
因此，光源的发光波长应与这三个低衰减窗口相符。
AlGaAs/GaAs激光二极管和发光二极管可以工作在850nm左右，InGaAsP/InP激光二极管和发光二极管可以覆盖1300nm和1550nm两个窗口。
（2）足够的光输出功率。
在室温下能长时间连续工作的光源，必须按光通信系统设计的要求，能提供足够的光输出功率。
以单模光源为例，目前激光而激光能提供500uW到2mW的输出光功率，发光二极管可输出10uW左右的输出光功率。
为了适应中等距离（例如10-25km）传输要求，有的厂家研制了输出光功率为100-300uW左右的小功率激光器。
（3）可靠性高、寿命长。
光纤通信系统一旦割接进网，就必须连续工作，不允许中断，因此要求光源必须可靠性高、寿命长，初期激光二极管的寿命只有几分钟，是无法实用的。
现在的激光二极管寿命已达百万小时以上，这对多中继的长途系统来说是非常必要的。
例如北京到武汉约1000km，若平均50km设一个中继站，单系统运行，则全程不少于40只激光二极管，若每只二极管的平均寿命为100万小时，则从概率统计的角度，每2.5万小时（相当于2.8年）就可能出现一次故障。
光纤通信 知识点总结
光纤通信知识点总结引言光纤通信是一种通过光纤传输光信号的通信技术，它使用光纤作为传输媒质，通过光的反射、折射和传播来实现信息的传输。
光纤通信具有带宽大、传输速度快、抗干扰性强、安全可靠等优点，因此在现代通信中得到了广泛的应用。
本文将对光纤通信的相关知识点进行总结，包括光纤通信的基本原理、组成结构、传输特点、光纤通信系统的组成和工作原理、光纤通信的发展趋势等内容。
一、光纤通信的基本原理1. 光的特性光波是一种电磁波，具有波粒二象性，既可以表现为波动又可以表现为微粒。
光波的主要特性包括波长、频率、相速度、群速度等。
2. 光纤的基本原理光纤是一种通过光的全反射来传输光信号的一种传输媒质。
它的基本结构是由一根纤维芯和包覆在外的包层组成，通过这样的结构使得光信号可以沿着光纤的传输方向不断进行反射和传播。
二、光纤通信的组成结构1. 光纤的结构光纤由芯和包层构成，芯是由单质或复合材料制成，包层是由低折射率的材料构成，使得光可以在芯和包层的界面上发生全反射。
2. 光纤的连接器连接器是光纤通信中的重要部分，它用于将光纤连接在一起，保证光信号的传输质量。
3. 光纤的光源和接收器光源是产生光波的设备，用于向光纤中输入光信号；接收器是用于接收光纤传输过来的光信号，并将其转换为电信号。
三、光纤通信的传输特点1. 带宽大光纤通信的带宽远远大于传统的铜线通信，可以传输更多的信息。
2. 传输距离远光纤通信的传输距离远远大于铜线通信，可以满足更长距离的通信需求。
3. 传输速度快光纤通信的传输速度远远快于铜线通信，可以实现更快的数据传输。
4. 抗干扰性强光纤通信的信号传输过程中不受电磁干扰，抗干扰性能强。
5. 安全可靠光纤信号传输过程中不会泄露电磁波，安全可靠。
四、光纤通信系统的组成和工作原理1. 光纤通信系统的组成光纤通信系统由光源、光纤、接收器、调制解调器、复用器、解复用器等组成。
2. 光纤通信系统的工作原理光源产生光信号，光信号经过调制解调器进行调制，然后通过光纤进行传输，接收器接收光信号并将其转换为电信号，经过复用器和解复用器将多个信号合并或分解，最终传输到目标设备。
光纤通信实验报告光源的PI特性测试
plot(x,y)
xlabel('I/mA');ylabel('P/uW');
title('实验得LD半导体激光器P-I特性曲线')
gridon;
对实验结果曲线图的阈值电流部分进行局部放大，如图所示：
实验结果及分析：
通过进行了光源的P-I特性测试实验，结合了书本上的知识，我对半导体激光器LD的P-I特性有了进一步的了解，同时也掌握了光源P-I特性曲线的测试方法。
（3）用同轴电缆线将25号光收发模块P4（光探测器输出）连至23号模块P1（光探测器输入）。
2、将25号光收发模块开关J1拨为“10”，即无APC控制状态。开关S3拨为“数字”，即数字光发送。
3、将25号光收发模块的电位器W4和W2顺时针旋至底，即设置光发射机的输出光功率为最大状态；
4、开电，设置主控模块菜单，选择主菜单【光纤通信】→【光源的P-I特性测试】功能。
在做实验的过程中，也因为是初次接触，还有些不习惯，从这第一个实验开始对实验箱的每个模块进行熟悉，中间在读数的时候，我们测得的数据波动的很厉害，不能稳定地读数，所以只能取中间值进行采集。
在实验的过程中，我们对多组数据进行了测量。我们首先由u=(V)测量至u=(V)，发现了P-I大致的规律，后又估计在u=(V)左右对应有阈值电流，故又在此范围附近多测量了几组，使最终结果更精确。最后根据我们的数据绘出了实验测得的LD光源P-I特性曲线，曲线与理想情况还有些偏差，我认为造成误差的原因，主要可能有实验温度的影响和测量过程中读数与记录的误差等，但在误差允许的范围内，实验结果与理论基本吻合。可以从曲线上看出，阈值电流在左右，阈值功率在左右。
实验步骤：
光纤通讯常用光源
光纤通讯常用光源
在光纤通讯中，常用的光源有以下几种：
1. 发光二极管（LED）：LED 是一种低成本、低功耗的光源，常用于短距离、低速率的光纤通信系统中。
它们能够产生可见光或近红外光，具有较宽的光谱带宽和较低的输出功率。
2. 激光二极管（Laser Diode）：激光二极管是一种高功率、单色性好的光源，常用于高速、长距离的光纤通信系统中。
它们能够产生非常窄的光谱带宽和高方向性的光束，具有较高的光功率和较低的噪声。
3. 垂直腔面发射激光器（VCSEL）：VCSEL 是一种新型的激光二极管，具有低成本、低功耗、易于集成等优点。
它们能够在芯片上集成多个光源，适用于高速光通信和光互连应用。
4. 量子点激光器（QD Laser）：量子点激光器是一种新型的半导体激光器，具有较高的光功率和较窄的光谱带宽。
它们能够在较低的阈值电流下工作，具有较高的效率和较长的寿命。
5. 掺铒光纤激光器（EDFA）：掺铒光纤激光器是一种高功率的光源，常用于光放大器和光纤激光系统中。
它们利用掺铒光纤作为增益介质，能够产生高功率的激光输出。
这些光源在光纤通信中都有广泛的应用，根据不同的需求和应用场景，可以选择合适的光源来实现高速、可靠的光纤通信。
光缆通信工程中常用仪表介绍
③ 动态范围的表示方法：有峰-峰值 （又称峰值动态范围）和信噪比（SNR＝1） 两种表示方法。
图1.16 OTDR动态范围示意图
④ 动态范围的应用
动态范围大小决定仪器可测量光纤的 最大长度。
图1.17 动态范围的应用示意图
表 5-2 需 要 信 噪 比 电 平 值
4.2 原理及相关术语
1．原理
图1.12 OTDR原理框图
2．基本术语
在OTDR光纤测试中经常用到的几个 基本术语为背向散射、非反射事件、反射 事件和光纤尾端。
（1）背向散射
光纤自身反射回的光信号称为背向散 射光（简称背向散射）。
（2）非反射事件
光纤中的熔接头和微弯都会带来 损耗，但不会引起反射。由于它们的 反射较小，我们称之为非反射事件。
注 ： 动 态 范 围 是 指 SN R＝ 1 时 的 动 态 范 围 。
⑥ 距离刻度 距离刻度是表示OTDR测量光纤的长 度指标，是OTDR的主要参数。
（2）盲区
① 定义
由活动连接器和机械接头等特征点产生反 射（菲涅尔反射）后，引起OTDR接收端 饱和而带来的一系列“盲点”称为盲区。
② 衰减盲区 ③ 事件盲区
图1.5示出了实现输出光功率稳定的激 光二极管式稳定光源的原理框图。
图1.5 激光二极管式稳定光源
2.3 使用方法
1．M921A光源 2．LP-5250光源
图1.6 M921A稳定化光源面板图
图1.7 LP－5250光源的面板图
3 光功率计
3.1 用途及分类
光功率计是用来测量光功率大小、线 路损耗、系统富裕度及接收机灵敏度等的 仪表，是光纤通信系统中最基本，也是最 主要的测量仪表。
光纤通信的使用注意事项及排错方法
光纤通信的使用注意事项及排错方法在如今科技发达的时代，光纤通信已经成为一种普遍使用的传输方式。
光纤通信具有高速传输、低损耗、抗干扰等优点，因此在许多领域得到广泛应用，如互联网、电话通信、电视广播等。
然而，在使用光纤通信时，我们需要注意一些事项，并了解排错方法，以保证通信的稳定性和高效性。
首先，光纤通信的使用注意事项包括：1.正确布线：光纤通信在传输时对光纤的弯曲和拉伸有一定的限制。
因此，在进行光纤布线时要避免过度弯曲和过度拉伸，以免损坏光纤导致通信中断或质量下降。
2.维护光纤连接的干净：光纤通信通过光信号的传输进行通信，任何污染或者灰尘都可能导致光信号衰减。
因此，需要定期清洁和维护光纤连接处，保持其的清洁和无尘。
3.防止光纤受损：在使用光纤通信时，需要注意避免光纤呈现剧烈的曲折、戳穿或被压碎等情况，以免光信号传输中出现问题。
4.防止光源的干扰：光纤通信中的光源，如光纤光纤光模块等，对光纤通信的稳定性有重要影响。
因此，需要避免在光源附近存在电磁场、高温环境等情况，以免对光源造成损坏或干扰信号传输。
5.保护光纤连接头：光纤通信中的连接头是容易出现故障的地方。
要做好光纤连接头的保护工作，避免碰撞或者长时间的露天使用，以免影响连接质量。
其次，当发生光纤通信故障时，我们需要采取相应的排错方法：1.检查光纤连接：如果发生通信中断或者通信质量下降，首先需要检查光纤连接是否松动或者损坏。
可以重新插拔光纤连接头，确保连接紧固并干净，排除连接问题。
2.检查光纤路由：如果确定光纤连接没有问题，可以检查光纤路由或者交换机设置是否正确。
可能是由于路由或者交换机设置错误导致通信故障，需要进行调整和修正。
3.检查光源：如果仍然无法解决通信故障，可以检查光源是否正常工作。
可以通过更换光纤光模块或者光源设备来测试和验证。
4.调用专业人员：如果以上方法都无法解决问题，可能需要调用专业人员进行进一步的排查和修复。
专业人员通常能够更准确地找到问题的根源，并采取相应的修复措施。
光纤通信 实验1 实验报告 光源的 P-I 特性测试实验
课程名称：光纤通信实验名称：实验1光源的P-I 特性测试实验姓名：班级：电17-3学号：实验时间：指导教师：得分：序号:42实验1光源的P-I 特性测试实验一、实验目的1、了解半导体激光器L D 的P-I 特性。
2、掌握光源P-I 特性曲线的测试方法。
二、实验器材1、主控&信号源模块2、2 号数字终端&时分多址模块3、25 号光收发模块4、23 号光功率计模块5、示波器三、实验内容光源的P-I 特性测试四、实验原理数字光发射机的指标包括：半导体光源的P-I 特性曲线测试、消光比（EXT）测试和平均光功率的测试。
接下来的三个实验我们将对这三个方面进行详细的说明。
I(mA)LD 半导体激光器P-I 曲线示意图半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用Ith 表示。
在门限电流以下，激光器工作于自发发射，输出荧光功率很小，通常小于100pW；在门限电流以上，激光器工作于受激发射，输出激光，功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。
激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性。
P-I 特性是选择半导体激光器的重要依据。
在选择时，应选阈值电流Ith 尽可能小，Ith对应P 值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大，而且不易产生光信号失真。
且要求P-I 曲线的斜率适当。
斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦：斜率太大，则会山现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。
半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，激光二极管可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即启动介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。
将开始出现净增益的条件称为阈值条件。
一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith 时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED 发出光，当电流大于Ith 时，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I 的线性关系。
6第六章 光源及与光纤的耦合
镓铝砷-镓砷(GaAlAs-GaAs)材料适用于0.85 μm波段 铟镓砷磷 - 铟磷(InGaAsP-InP)材料适用于1.3~1.55 μm波段
6.1.4 半导体激光器 2. LD的PI特性
LED
LD
当I<Ith 时激光器发出的是自发辐射光； 当I>Ith 时，发出的是受激辐射光，光功率随驱动电流的增加而增加。
P( f ) 1 | H ( f ) | P(0) 1 (2f e ) 2
发光二极管截止频率的定义：
少数载流子寿命
1 | H ( f c ) | 2
6.1.3 半导体发光二极管
6.1.3 半导体发光二极管 LED技术参数
6.1.4 半导体激光器
基本工作原理：半导体激光器是向半导体PN结注入电流，
克服受激吸收及其他衰减而产生自发辐射的光输出。
6.1.3 半导体发光二极管
LED多采用双异质结结构
双异质结AlGaAs/GaAs结构图
6.1.3 半导体发光二极管 LED结构
（1）面发光（surface emitting）
透镜
尺度与光纤接近 100mA
~mW
N-P-P双异质结构 水平、垂直发散角120度
第六章 光源及与光纤的耦合
6.1 光源
6.2 光源与光纤的耦合
6.1 光源 6.1.1 光纤通信对光源的要求（LED、LD）
光纤通信实验报告1-光源的P-I特性测试
实验室名称：光纤通信实验室实验日期：2014年12月11日
学院
信息科学与工程学院
专业、班级
姓 名
实验名称
光源的P-I特性测试
指 导
教 师
教师评语
教师签名：
年 月 日
实验目的：
1、了解半导体激光器LD的P-I特性。
2、掌握光源P-I特性曲线的测试方法。
实验器材：
1、实验器材：主控&信号源模块、2号、25号模块 各一块
LD半导体激光器P-I曲线示意图
半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，激光二极管可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即启动介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如上图所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流（或称阈值电流），用Ith表示。在门限电流以下，激光器工作于自发辐射，输出（荧光）光功率很小，通常小于100pW；在门限电流以上，激光器工作于受激辐射，输出激光功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。激光器的电流与电压的关系类似于正向二极管的特性。该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I的线性关系。
5、用万用表测量R7两端的电压（测量方法：先将万用表打到直流电压档，然后将红表笔接TP3，黑表笔接TP2）。读出万用表读数U，代入公式I=U/R7，其中R7=33Ω, 读出光功率计读数P。
调节功率输出W4，将测得的参数填入表格。
P(uW)
u(V)
I(A)
实验步骤：
1、关闭系统电源，按如下说明进行连线：
（1）用连接线将2号模块TH7（DoutD）连至25号光收发模块的TH2（数字输入），并把2号模块的拨码开关S4设置为“ON”，使输入信号为全1电平。
光纤应用的光学原理
光纤应用的光学原理1. 光纤的基本结构和特性光纤是一种使用光的传输信息的技术。
它通常由一个细长的玻璃或塑料纤维组成，具有以下特点：•传输速度快：光的传输速度非常快，光纤可以以接近光速的速度传输数据。
•传输距离远：相比电信号，光信号在光纤中的传输距离更远，可以达到几百公里。
•抗干扰能力强：光纤可以抵抗电磁干扰，不会受到电磁波干扰而导致信号损失。
2. 光纤传输的基本原理光纤的传输基于光的折射原理。
当光从一种介质传播到另一种介质时，光线的传播路径会发生改变。
当光从光纤的外部射入时，它会遵循以下原则：•光的全反射：光线会在光纤中发生全反射，沿着光纤的轴向传播。
•光的模式：光线在光纤中可以以不同的模式传播，常见的有单模光纤和多模光纤。
•光的衰减：光在传输过程中会逐渐衰减，这是由于光与光纤材料之间的吸收和散射引起的。
3. 光纤通信系统的构成光纤通信系统主要由以下几个组成部分构成：•光源：光源可以是激光器或发光二极管，它们产生出高强度的光信号。
•光纤：光纤是信息传输的通道，负责将光信号传输到目的地。
•光探测器：光探测器用于将光信号转换为电信号，方便后续的处理和解码。
•光放大器：光放大器用于放大光信号，以增加光信号的传输距离。
•调制解调器：调制解调器用于将电信号转换为光信号，以及将光信号转换为电信号。
4. 光纤应用领域光纤应用的广泛性使其在很多领域都有重要的应用，包括但不限于以下几个方面：•通信领域：光纤通信已经成为主流的通信方式，用于传输电话、互联网和电视信号等。
•医疗领域：光纤被广泛应用于内窥镜、光治疗和激光手术等医疗设备中。
•传感器领域：光纤传感器可以用于测量温度、压力、应变和振动等物理量。
•工业领域：光纤在工业自动化、机器视觉和光纤激光加工等领域发挥重要作用。
•军事领域：光纤用于军事通信、光学雷达和远程传感等军事应用。
5. 光纤的发展趋势随着科技的不断进步，光纤应用的发展也日新月异。
未来光纤应用的发展趋势包括：•光纤网络的普及：随着网络的普及，光纤网络将成为主流的网络传输方式。
光纤通信第5版第6章-光源和光放大器(2)PPT课件
❖ 好的激光器应具备的条件：低的阈值电流、 高的输出功率及单模工作。
❖ 气体激光器 ❖ 固体激光器 ❖ 半导体激光器
38
LD工作原理
电流注入
hv
P型
有源区
光
N型
解理面
(a)半导体激Biblioteka 器22双异质结： ①阻止有源层的 空穴进入n区和其 电子进入P区； ②有源层两边的 折射率低于有源 层，对光场具有 很好的约束。
23
SLED
有源层：发光区域 有源层中产生的光发射穿过衬底耦合入光纤。 凹坑：由于衬底材料的光吸收很大，用选择腐蚀的办
法形成凹坑。 接触电极：限定有源层中有源区的面积，大小与纤芯24
6
PN结形成过程动画演示
PN结偏置 PN结正向偏置—— 当外加直流电压使PN结P型半 导体的一端的电位高于N型半导体一端的电位时， 称PN结正向偏置，简称正偏。 PN结反向偏置—— 当外加直流电压使PN结N型半 导体的一端的电位高于P型半导体一端的电位时， 称PN结反向偏置，简称反偏。
8
PN结正偏动画演示
第6章 光源和光放大器
❖
6.1 发光二极管及其工作特性 6.2 半导体激光器及其工作特性 6.3 窄谱宽和可调谐半导体激光器 6.4 光放大器 6.5 光纤激光器 ❖ 6.5 垂直腔面发射激光器
1
整体概述
概述一
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2
光源要求：
多子进行扩散， PN结呈现低阻、导通状态，
内电场被削弱，PN结变窄
9
PN结反偏动画演示
10
发光二极管工作原理
光纤通信原理课件-第3章 光源与光发射机
光纤通信
13
第三章 光源与光发射机
受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2，且比 例系数(吸收和辐射的概率)相等。
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。
电子在能级的概率
f
(E)
1
1 eE
/
kT
k 1.381023 J / K 玻尔兹曼常数
原子的能级
E3
E
E2
E f
E1
2024年5月10日8时39分
光纤通信
8
第三章 光源与光发射机
三、光与物质的作用形式
爱因斯坦指出
自发辐射
光与物质的转变存在三种不同的形式： 受激吸收
受激辐射
1、自发辐射
处于高能级的电子是不稳定的， 它将自发的向 低能级跃迁，发射出一定能量的光子。
四、 LD和LED的比较
工作波长 输出功率 入纤损耗 谱线宽度 调制带宽 寿命 用途
LD
1.31um,1.55um 5~10mw 3~5dB <2nm 1GHz 10万小时 长距离大容量
LED
0.8~1.6um <1mw 15~20dB 100nm 300MHz 100万小时 短距离
2024年5月10日8时39分
对于重掺杂P 型半导体，费米能级位于价带内——简并 型P 型半导体；
导带 E f
导带
导带
Ef
价带
价带 E f
价带
本征半导体
2024年5月10日8时40分
N型半导体
光纤通信(第四版)光源与光检测器
3.13 光检测器
性能参数
噪声 量子噪声又称散弹噪声
光电效应是一种统计过程
光子流统计涨落 光电效应统计涨落 电子-空穴对自发复合统计涨落
量子噪声是一种具有均匀频谱的白噪声，带宽 B 内量子噪声电流的均方值可表示为：
iQ2
2 Q
2qIP B
3.2LD的输出光功率
半导体LD的速率方程：
A( N e
N0)N p
Ne
e
J ed
A( N e
N0)N p
Np
p
Ne
e
0
J th
ed (N e )th
e
3.2LD的输出光功率
P-I曲线 激光二极管的总发射光功率P与注入电流I的关系曲线。
NP
p
ed
(J
J th )
阈值电流Ith：开始发射受激发射的电 流值。阈值电流与腔的损耗、尺寸、 有源区材料和厚度等因素有关。
3.12 光源与光纤的耦合 面发光二极管与光纤的透镜耦合
（a）中光纤的端面作成球透镜， （b）中采用截头透镜， （c）中采用集成微透镜
3.12 光源与光纤的耦合 边发光LED与光纤的透镜耦合
3.13 光检测器
原理
光检测器由半导 体材料制成，当光 照射到其表面时价 带中的电子吸收光 子，获得能量的电 子跃迁到导带同时 在价带中留下了空 穴，在外加偏置电 压的情况下电子空 穴对的运动形成了 电流，常称为光生 电流。
光纤
限流区
金属 接触层
胶 电极
有源区
SiO2
SiO2
Cu热沉
面发射型LED
双异质结 结构
电极
衬底
Cu热沉
边发射型LED
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光纤通信中的光源
光源器件是光纤通信设备的核心，它的作用时间电信号转换成光信号。
光纤通信中常用的光元器件有半导体激光二极管（LD，或称半导体激光器）和半导体发光二极管（LED）两种。
由于光纤通信系统中的传输媒介是光纤，因此，作为光源的发光器件，应满足以下基本要求：
1. 体积小，发光面积应与光纤芯径的尺寸相匹配，而且光源和光纤之
间应有较高的耦合效率。
2. 发射的光波波长应适合光纤的两个低损耗波段，即短波
长 0.8~0.9um和波长 1.2~1.6um。
3. 可以直接进行光强度调制，而且与调制器的连接应该是很方便的。
4. 可靠性高，工作寿命长，稳定性好，互换性好。
5. 发射的光功率应足够大，并且响应速度要快。
6. 温度特性要好。
当温度变化时，其输出光功率及工作波长的变化在
允许的范围内。
这两种器件的发射波长与光纤的低损耗或低色散波长相一致；
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;
谱线宽度可以做的较窄，以减少光纤中的色散的影响
此外，它们还具有体积小、重量轻、使用寿命长、与光纤耦合效率高、调
制简便等一系列优点。
在光纤通信中，占主要地位的是半导体激光二极管，它主要用于长距离和大容量（高码速）的光纤通信系统中，其次是发光二极管，可用于短距离、低容量系统或者用于模拟系统
工作物质为半导体晶体的一类激光器称为半导体激光器，又称为半导体激光二极管（LD）。
任何激光器为了实现激光振荡，都必须满足两个条件：一是具有增益介质，实现粒子数反转；二是具在谐振腔提供正反馈，正反馈通过增益介质两端的反射镜来实现。
半导体激光的原理结构图所示:
在P区和N区之间的过度区为有源区，两个端面为自然解理面，它们与结面垂直，有源区长度一般为数百米，光反馈由解理面构成的F－P光学谐振腔来提供。
谐振腔的作用是提供光学正反馈，以便在腔内建立并维持自激振荡，并控制激光束的特性。
在自然解理面上，由于有源区的折射率n 与空气折射率不同构成折射镜R1 和R2，其折射率均为
一般半导体激光器的材料折射率典型值约为3.5，所以端面的折射率约为31％。
尽管由两个解理面构成的F－P腔具有较大的腔损耗，但由于材料的增益很高，足以抵消损耗形成光振荡。
同普通激光器一样，半导体激光器要产生稳定的激光振荡，也必须满足阈值条件和相位条件。
最简单的半导体激光器由带隙能量较高的P型和N型半导体材料，中间夹一层很薄的另一种半导体材料构成。
通常采用的激光器为条形激光器，它们的激活区为条形结构，使在平行于结平面的方向上光子和载流子都受到限制，使之局限有一个较窄和很薄的条形区域内，同时提高载流子和光子的浓度，降低激光器的阈值。
这种结构的激光器能够与光纤很好地耦合，耦合效率较高。
条形激光器主要有两种结构，增益导引条开和折射率导引条形。
半导体激光器的的模式特性
半导体激光器中所允许的光场模式分为TE 和TM 两组，每一组模式对应着电（或磁）场在垂直于PN结平面方向（横向）、平行于PN结平面方向（侧向）各传播方向（纵向）的稳定驻波形
式，分别称为横模、侧模、和纵模。
发光二极管（LED）(略）
光源的驱动电路
光源注入偏置电流和调制电流，就能发射光，光源接上驱动电路就构成了光发送机的主体部分。
根据光源种类（LED和LD）和调制方式（模拟和数字）的不同，驱动电路亦是不同的。
通常所说的驱动电路实际上应提供恒定的偏置电流和调制信号，并采用伺服回路以保持平均光功率恒定不变，主要由调制电路和控制电路两部分组成。
控制电路的作用是消除温度变化和光源器件老化导致的输出光信号的变化。
目前主要有自动温度控制（ATC）和自动功率控制(APC)两种控制电路。