第3章激光器及光发射机newPPT课件
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激光器与光发射机讲解课件
半导体激光器
半导体材料中的电子受到激发从低能级跃迁到高能级，在高能级上积累的电子会自发地向低能级跃迁 ，这个过程中释放的能量以光子的形式发射出去，形成激光。
半导体激光器具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高等优点，广泛应用于通信、信息处理等领域。
03
光发射机的基本原理与组 成
光发射机的基本原理
激光器的工作原理
稳定性
稳定性是指光发射机输出的激 光光束的功率稳定性和指向精 度的稳定性。
可靠性
可靠性是指光发射机的使用寿 命和故障率。
04
光发射机的应用与维护
光发射机的应用场景
光纤通信
光发射机是光纤通信系统中的重 要组成部分，用于将电信号转换 为光信号，通过光纤传输实现信
息传递。
激光雷达
在激光雷达系统中，光发射机用 于产生激光束并发送至目标物体 ，同时接收目标物体反射回来的 激光束，实现目标物体的探测和
激光器的历史与发展
激光器的历史
激光器的发展可以追溯到20世纪60 年代，当时科学家们发现了激光的产 生原理和制造方法，随后出现了各种 类型的激光器。
激光器的发展
随着科技的不断进步，激光器的性能 和种类也不断得到提升和拓展，出现 了许多新型的激光器，如光纤激光器 、气体激光器、半导体激光器等。
激光器的应用场景
更小的体积
随着集成技术的不断发展 ，光发射机的体积将越来 越小，同时其可靠性和稳 定性将得到提高。
更快的传输速率
随着通信技术的发展，光 发射机的传输速率将得到 提高，以满足未来通信系 统的需求。
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激光器与光发射机讲解课件
目录
• 激光器概述 • 激光器的种类与原理 • 光发射机的基本原理与组成 • 光发射机的应用与维护 • 激光器的未来发展趋势
激光器与光发射机讲解课件
激光雷达
光发射机可用于激光雷达系统 中，实现距离、速度、角度等 参数的测量。
科学研究
光发射机在光学研究、量子通 信等领域也有广泛应用。
03
激光器与光发射机的比较
性能比 较
输出功率
激光器的输出功率通常较高，能 够达到千瓦级别，而光发射机的 输出功率较低，一般在数百毫瓦
以下。
光谱宽度
激光器的光谱宽度很窄，具有高度 的单色性，而光发射机的光谱宽度 较宽，颜色较为丰富。
用于激光切割、焊接、 打标、测量等领域。
用于激光手术、眼科治 疗、皮肤科治疗等领域。
用于光谱分析、物理实 验、天文学等领域。
02
光发射机概述
光发射机的定义与工作原理
定义
光发射机是一种将电信号转换为光信号的设备，广泛应用于光纤通信、光传感等 领域。
工作原理
光发射机内部包含光源、调制器和光波导等组件。光源产生光子，调制器将电信 号加载到光子上，光波导负责将调制后的光信号传输到光纤中。
紧凑型激光器
为了适应各种应用场景，尤其是空间 受限的场景，紧凑型激光器的研发将 更加活跃，以实现更小体积、更轻重 量、更低能耗的激光器。
光发射机的发展趋势
高速率光发射机
随着通信技术的发展，高速率光发射机在数据通信、光通信网络 等领域的需求不断增加，未来光发射机的速率将不断提升。
多波长光发射机
为了满足多通道、多载波通信的需求，多波长光发射机的发展将更 加重要，以实现更宽的波长范围和更高的波长稳定性。
环保和可持续发展 在绿色环保理念的推动下，激光器和光发射机将更加注重 环保和可持续发展，采用更环保的材料和工艺，降低能耗 和废弃物排放。
05
激光器与光发射机的实际应 用案例
《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。
精选课件ppt
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。
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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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。
《激光器及光发射机》PPT课件
谐振腔由晶体的两个解理面构成。通常为双异质 结（DH）LD。 激光器实质上是一个受激发射的光振荡放大器。
编辑ppt
8
F-P LD基本工作原理
实现F-P LD激射工作的四个基本条件：
要有能实现电子和光场相互作用的工作物质 要有注入能量的泵浦源（光泵或者电泵浦） 要有一个F-P谐振腔 要满足振荡条件
工作物质（即能实现粒子跃迁的晶体材料，如GaAs和 InGaAsP）
外界供给能量满足粒子数反转（常采用电流注入法）
编辑ppt
12
2. F-P谐振腔
只有增益介质而无光学 反馈装置，便不能形成激光 将已实现粒子数反转分布 的系统置于严格平行的一对 反射镜之间便形成F-P谐振腔。 光在两个反射镜之间往返多 次过程中，得到放大。
按结构分类： F-P LD、 DFB LD、 DBR LD、 QW LD、 VCSEL
按波导机制分类：增益导引LD和折射率导引 LD
按性能分类：低阈值LD、超高速LD、动态单 模LD、大功率LD
编辑ppt
7
3.1.1 法布里-珀罗型激光器F-P LD
F-P LD是最常见最普通的LD. 由外延生长的有源层和有源层两边的限制层构成 in a Typical Fabry-Perot Laser
Spectral width and Linewidth at FWHM (Full Width Half Maximum)
编辑ppt
15
Output spectrum changes as power is applied
编辑ppt
13
3. 振荡条件
当增益超过由部分反射和散射等多种因素引起的 总损耗，经过谐振腔的选频作用，特定频率的光 波在谐振腔内积累能量并通过反射镜射出，形成 激光（相干光）。
编辑ppt
8
F-P LD基本工作原理
实现F-P LD激射工作的四个基本条件：
要有能实现电子和光场相互作用的工作物质 要有注入能量的泵浦源（光泵或者电泵浦） 要有一个F-P谐振腔 要满足振荡条件
工作物质（即能实现粒子跃迁的晶体材料，如GaAs和 InGaAsP）
外界供给能量满足粒子数反转（常采用电流注入法）
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2. F-P谐振腔
只有增益介质而无光学 反馈装置，便不能形成激光 将已实现粒子数反转分布 的系统置于严格平行的一对 反射镜之间便形成F-P谐振腔。 光在两个反射镜之间往返多 次过程中，得到放大。
按结构分类： F-P LD、 DFB LD、 DBR LD、 QW LD、 VCSEL
按波导机制分类：增益导引LD和折射率导引 LD
按性能分类：低阈值LD、超高速LD、动态单 模LD、大功率LD
编辑ppt
7
3.1.1 法布里-珀罗型激光器F-P LD
F-P LD是最常见最普通的LD. 由外延生长的有源层和有源层两边的限制层构成 in a Typical Fabry-Perot Laser
Spectral width and Linewidth at FWHM (Full Width Half Maximum)
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15
Output spectrum changes as power is applied
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3. 振荡条件
当增益超过由部分反射和散射等多种因素引起的 总损耗，经过谐振腔的选频作用，特定频率的光 波在谐振腔内积累能量并通过反射镜射出，形成 激光（相干光）。
新激光ppt课件第三章 典型激光器03
激光束的空间分布示意图
光谱特性:如图是GaAs激光器的发射光谱。其 中图(a)是低于阈值时的荧光光谱，谱宽一般为 几百埃，图(b)是注入电流达到或大于阈值时的 激光光谱，谱宽达几十埃。
仍比气、
固宽
得多
GaAs激光器的发射光谱
转换效率:
注入式半导体激光器把电功率直接转换为光功 率，转换效率极高。
4.单异质结半导体激光器:
激活区厚度 d 2m 光波导效应
阈值电流密度降低
由于有源区宽度和光波导传输差这两个原因,致 使同质结受激发射的阈值电流密度较高,在室温下,
脉冲工作的典型阈值电流密度达3X104~5X104A/cm2,
而异质结(SH)激光器的阈值电流密度降低至约
8000A/cm2。
在单异质器件中,有源区宽度d值是关键 因素。如图为SH的Jth-d实验曲线。可见它 存在最佳值.这是因为若d值过大,则异质结对 载流子的限制作用减弱;d值太小则在非对称 波导内光波传输的损耗过大。对于 质量好的典型单异质结激光器, d值的范围在2~2.5um之间。 单异质结激光器的Jth虽比 同质结小若干倍,但仍d较高, 所以常与同质结器件一样用 作脉冲器件。这种器件的脉 冲功率可达数十瓦,寿命可 达数万小时以上.
固体的能带
不同的能带之间可以有一定的能量间隔，在这
个间隔范围内电子不能处于稳定状态，实际上形成一
个能级禁区，称为“禁带”。此间距用禁带宽度 Eg
来
衡量。如图说明了电子轨道、能级及能带之间的对应 关系。
电子轨道,能级,和能带
在晶体中，由价电子能级分裂而成的能带 叫做“价带”如某一能带被电子填满，则称之为 “满带”，而在未激发情况下无电子填入的能带 叫做“空带” ，若价带中的电子受激而进入空带，则此 空带称为“导带”，同时，价带上由于价电子激发到导带 后留下一些空着的能级称为“空穴”。
光谱特性:如图是GaAs激光器的发射光谱。其 中图(a)是低于阈值时的荧光光谱，谱宽一般为 几百埃，图(b)是注入电流达到或大于阈值时的 激光光谱，谱宽达几十埃。
仍比气、
固宽
得多
GaAs激光器的发射光谱
转换效率:
注入式半导体激光器把电功率直接转换为光功 率，转换效率极高。
4.单异质结半导体激光器:
激活区厚度 d 2m 光波导效应
阈值电流密度降低
由于有源区宽度和光波导传输差这两个原因,致 使同质结受激发射的阈值电流密度较高,在室温下,
脉冲工作的典型阈值电流密度达3X104~5X104A/cm2,
而异质结(SH)激光器的阈值电流密度降低至约
8000A/cm2。
在单异质器件中,有源区宽度d值是关键 因素。如图为SH的Jth-d实验曲线。可见它 存在最佳值.这是因为若d值过大,则异质结对 载流子的限制作用减弱;d值太小则在非对称 波导内光波传输的损耗过大。对于 质量好的典型单异质结激光器, d值的范围在2~2.5um之间。 单异质结激光器的Jth虽比 同质结小若干倍,但仍d较高, 所以常与同质结器件一样用 作脉冲器件。这种器件的脉 冲功率可达数十瓦,寿命可 达数万小时以上.
固体的能带
不同的能带之间可以有一定的能量间隔，在这
个间隔范围内电子不能处于稳定状态，实际上形成一
个能级禁区，称为“禁带”。此间距用禁带宽度 Eg
来
衡量。如图说明了电子轨道、能级及能带之间的对应 关系。
电子轨道,能级,和能带
在晶体中，由价电子能级分裂而成的能带 叫做“价带”如某一能带被电子填满，则称之为 “满带”，而在未激发情况下无电子填入的能带 叫做“空带” ，若价带中的电子受激而进入空带，则此 空带称为“导带”，同时，价带上由于价电子激发到导带 后留下一些空着的能级称为“空穴”。
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
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LED发射光的谱线较宽、方向性较差，本 身的响应速度又较慢，所以只适用于速率 较低的通信系统。
在高速、大容量的光纤通信系统中主要采 用半导体激光器作光源。
半导体激光器LD
半导体激光器的优点：尺寸小，耦合效率高， 响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可 直接调制，相干性好。
按结构分类： F-P LD、 DFB LD、 DBR LD、 QW LD、 VCSEL
F-P LD基本工作原理
实现F-P LD激射工作的四个基本条件：
要有能实现电子和光场相互作用的工作物质 要有注入能量的泵浦源（光泵或者电泵浦） 要有一个F-P谐振腔 要满足振荡条件
1. 光的自发发射、受激吸收和受激发射
工作物质和泵浦源是实现光的自发发射、受激吸收 和受激发射的最基本条件。
按波导机制分类：增益导引LD和折射率导引 LD
按性能分类：低阈值LD、超高速LD、动态单 模LD、大功率LD
3.1.1 法布里-珀罗型激光器F-P LD
F-P LD是最常见最普通的LD. 由外延生长的有源层和有源层两边的限制层构成，
谐振腔由晶体的两个解理面构成。通常为双异质 结（DH）LD。 激光器实质上是一个受激发射的光振荡放大器。
只有波长满足“Bragg反射条件”的光波才能在 介质中来回反射，得到不断的加强和增长。
DFB LD已成为中长距离光纤通信 应用的主要激光器
3.1.3 分布Bragg反射型激光器DBR LD
Modes produced in a Typical Fabry-Perot Laser
Spectral width and Linewidth at FWHM (Full Width Half Maximum)
Output spectrum changes as power is applied
3.2 半导体激光器的工作特性 3.3 光发射机
3.1 半导体激光器LD
激光器被视为20世纪的三大发明（还有半 导体和原子能）之一，特别是半导体激光 器LD倍受重视。
光纤通信中最常用的光源是半导体激光器 LD和发光二极管LED。
主要差别：
发光二极管输出非相干光； 半导体激光器输出相干光。
缺点：光功率增 大时，光斑尺寸 不稳定，模式稳 定性亦不高。
很难将光 导引到光
纤
增益导引半导体激光 器：沿激光长度方向 放置一个窄的条形电 极，将注入电流限制 在一个窄条里。
折射率导引半导体激 光器，引入折射率差。 结构简单，制造工艺 不太复杂，辐射光空 间分布稳定性高，被 大多数光波系统使用。
3.1.2 分布反馈激光器DFB LD
总结激光发射的首要条件：
工作物质（即能实现粒子跃迁的晶体材料，如GaAs和 InGaAsP）
外界供给能量满足粒子数反转（常采用电流注入法）
2. F-P谐振腔
只有增益介质而无光学 反馈装置，便不能形成激光 将已实现粒子数反转分布 的系统置于严格平行的一对 反射镜之间便形成F-P谐振腔。 光在两个反射镜之间往返多 次过程中，得到放大。
发光二极管LED
对于光纤通信系统，如果使用多模光纤且 信息比特率在100～200Mb/s以下，同 时只要求几十微瓦的输入光功率，那么 LED是可选用的最佳光源。
比起半导体激光器，因为LED不需要热稳 定和光稳定电路，所以LED的驱动电路相 对简单，另外其制作成本低、产量高。
发光二极管LED
LED的主要工作原理对应光的自发发射过 程，因而是一种非相干光源。
3. 振荡条件
当增益超过由部分反射和散射等多种因素引起的 总损耗，经过谐振腔的选频作用，特定频率的光 波在谐振腔内积累能量并通过反射镜射出，形成 激光（相干光）。
振幅条件
2nLm 相位条件：
n-有源层折射率；L-腔长 m-任意整数；-波长
满足相位条件的频率有无限多个， 只有那些在谱线中心附近的频率 才能满足振荡条件，所以激光器 的振荡频率只能取有限个分立值。
Typical mode hopping behavior F-P LD在高速调制下，或在温度和注入电流变化时，不再维 持原激射模式，而会出现模式跳跃和谱线展宽，这对高速应用 很不利。为了维持单模，减小光谱展宽，需研究动态单模激光 器DFB LD及DBR LD（光纤通信最有前途的实用化器件）
F－P LD的结构
自发发射：大量处于高能级的粒子，各自分别发射
一列一列频率为=(E2 -E1) /h的光波，但各列光波
之间没有固定的相位关系，可以有不同的偏振方向， 沿所有可能的方向传播。各光子彼此无关。
受激发射：处于高能级E2的粒子受到光子能量为
的光照射时，粒子会由于这种入射光的刺激而发射
出与入射光一模一样的光子，并跃迁到低能级E1上。
DFB LD同F-P LD的主要区别：DFB LD没有集 总的谐振腔反射镜，它的反射机构是由有源区波 导上的Bragg光栅提供的。
分布式反馈 非常好的单色性和方向性
DFB LD基本工作原理
在有源区介质表面上使用全息光刻法做成周期性 的波纹形状。
用泵浦（光泵浦或电泵浦）激发，造成足够的粒 子数反转，具备增益条件
光纤通信原理第三章
激光器及光发射机
驱动电路
光源
调制器
光纤
中继器
光纤
光电二 极管
放大器 判决器
光发射机
将电信号转变为光信号
第三章 激光器及光发射机
3.1 半导体激光器
4.1.1 法布里-珀罗型激光器F-P LD 4.1.2 分布反馈激光器DFB LD 4.1.3 分布Bragg反射型激光器DBR LD 4.1.4 量子阱激光器QW LD 4.1.5 垂直腔面发射激光器VCSEL
有相同的偏振方向和传播方向。
双能级原子系统的三种跃迁
E2
h
E1
自发发射跃迁
E2
h
E1
受激吸收跃迁
E2
h
h
h
E1
受பைடு நூலகம்发射跃迁
受激发射的光子 与原光子具有相 同的波长、相位
和传播方向
自发发射和受激发射的特点
自发发射的同时总伴有受激发射发生。
在热平衡情况下，自发发射占绝对优势。
当外界给系统提供能量时，如采用光照（即光泵） 或电流注入（即电泵），打破热平衡状态，大量 粒子处于高能级，即粒子数反转后，在发光束方 向上的受激发射比自发发射的强度大几个数量级。
在高速、大容量的光纤通信系统中主要采 用半导体激光器作光源。
半导体激光器LD
半导体激光器的优点：尺寸小，耦合效率高， 响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可 直接调制，相干性好。
按结构分类： F-P LD、 DFB LD、 DBR LD、 QW LD、 VCSEL
F-P LD基本工作原理
实现F-P LD激射工作的四个基本条件：
要有能实现电子和光场相互作用的工作物质 要有注入能量的泵浦源（光泵或者电泵浦） 要有一个F-P谐振腔 要满足振荡条件
1. 光的自发发射、受激吸收和受激发射
工作物质和泵浦源是实现光的自发发射、受激吸收 和受激发射的最基本条件。
按波导机制分类：增益导引LD和折射率导引 LD
按性能分类：低阈值LD、超高速LD、动态单 模LD、大功率LD
3.1.1 法布里-珀罗型激光器F-P LD
F-P LD是最常见最普通的LD. 由外延生长的有源层和有源层两边的限制层构成，
谐振腔由晶体的两个解理面构成。通常为双异质 结（DH）LD。 激光器实质上是一个受激发射的光振荡放大器。
只有波长满足“Bragg反射条件”的光波才能在 介质中来回反射，得到不断的加强和增长。
DFB LD已成为中长距离光纤通信 应用的主要激光器
3.1.3 分布Bragg反射型激光器DBR LD
Modes produced in a Typical Fabry-Perot Laser
Spectral width and Linewidth at FWHM (Full Width Half Maximum)
Output spectrum changes as power is applied
3.2 半导体激光器的工作特性 3.3 光发射机
3.1 半导体激光器LD
激光器被视为20世纪的三大发明（还有半 导体和原子能）之一，特别是半导体激光 器LD倍受重视。
光纤通信中最常用的光源是半导体激光器 LD和发光二极管LED。
主要差别：
发光二极管输出非相干光； 半导体激光器输出相干光。
缺点：光功率增 大时，光斑尺寸 不稳定，模式稳 定性亦不高。
很难将光 导引到光
纤
增益导引半导体激光 器：沿激光长度方向 放置一个窄的条形电 极，将注入电流限制 在一个窄条里。
折射率导引半导体激 光器，引入折射率差。 结构简单，制造工艺 不太复杂，辐射光空 间分布稳定性高，被 大多数光波系统使用。
3.1.2 分布反馈激光器DFB LD
总结激光发射的首要条件：
工作物质（即能实现粒子跃迁的晶体材料，如GaAs和 InGaAsP）
外界供给能量满足粒子数反转（常采用电流注入法）
2. F-P谐振腔
只有增益介质而无光学 反馈装置，便不能形成激光 将已实现粒子数反转分布 的系统置于严格平行的一对 反射镜之间便形成F-P谐振腔。 光在两个反射镜之间往返多 次过程中，得到放大。
发光二极管LED
对于光纤通信系统，如果使用多模光纤且 信息比特率在100～200Mb/s以下，同 时只要求几十微瓦的输入光功率，那么 LED是可选用的最佳光源。
比起半导体激光器，因为LED不需要热稳 定和光稳定电路，所以LED的驱动电路相 对简单，另外其制作成本低、产量高。
发光二极管LED
LED的主要工作原理对应光的自发发射过 程，因而是一种非相干光源。
3. 振荡条件
当增益超过由部分反射和散射等多种因素引起的 总损耗，经过谐振腔的选频作用，特定频率的光 波在谐振腔内积累能量并通过反射镜射出，形成 激光（相干光）。
振幅条件
2nLm 相位条件：
n-有源层折射率；L-腔长 m-任意整数；-波长
满足相位条件的频率有无限多个， 只有那些在谱线中心附近的频率 才能满足振荡条件，所以激光器 的振荡频率只能取有限个分立值。
Typical mode hopping behavior F-P LD在高速调制下，或在温度和注入电流变化时，不再维 持原激射模式，而会出现模式跳跃和谱线展宽，这对高速应用 很不利。为了维持单模，减小光谱展宽，需研究动态单模激光 器DFB LD及DBR LD（光纤通信最有前途的实用化器件）
F－P LD的结构
自发发射：大量处于高能级的粒子，各自分别发射
一列一列频率为=(E2 -E1) /h的光波，但各列光波
之间没有固定的相位关系，可以有不同的偏振方向， 沿所有可能的方向传播。各光子彼此无关。
受激发射：处于高能级E2的粒子受到光子能量为
的光照射时，粒子会由于这种入射光的刺激而发射
出与入射光一模一样的光子，并跃迁到低能级E1上。
DFB LD同F-P LD的主要区别：DFB LD没有集 总的谐振腔反射镜，它的反射机构是由有源区波 导上的Bragg光栅提供的。
分布式反馈 非常好的单色性和方向性
DFB LD基本工作原理
在有源区介质表面上使用全息光刻法做成周期性 的波纹形状。
用泵浦（光泵浦或电泵浦）激发，造成足够的粒 子数反转，具备增益条件
光纤通信原理第三章
激光器及光发射机
驱动电路
光源
调制器
光纤
中继器
光纤
光电二 极管
放大器 判决器
光发射机
将电信号转变为光信号
第三章 激光器及光发射机
3.1 半导体激光器
4.1.1 法布里-珀罗型激光器F-P LD 4.1.2 分布反馈激光器DFB LD 4.1.3 分布Bragg反射型激光器DBR LD 4.1.4 量子阱激光器QW LD 4.1.5 垂直腔面发射激光器VCSEL
有相同的偏振方向和传播方向。
双能级原子系统的三种跃迁
E2
h
E1
自发发射跃迁
E2
h
E1
受激吸收跃迁
E2
h
h
h
E1
受பைடு நூலகம்发射跃迁
受激发射的光子 与原光子具有相 同的波长、相位
和传播方向
自发发射和受激发射的特点
自发发射的同时总伴有受激发射发生。
在热平衡情况下，自发发射占绝对优势。
当外界给系统提供能量时，如采用光照（即光泵） 或电流注入（即电泵），打破热平衡状态，大量 粒子处于高能级，即粒子数反转后，在发光束方 向上的受激发射比自发发射的强度大几个数量级。