光敏二极管和光敏三极管

对于发散光束非对称的边发光二极管和半导体激 光器可以利用圆柱透镜的方法，如下图 (a)、(b)所示。
或者利用大数值孔径的自聚焦透镜（GRIN），其 耦合效率可以提高到60%，甚至更高。
单模光纤和半导体激光器的耦合可以采用如下图 (c)所示自聚焦透镜或者在光纤端面用电弧放电形成半 球透镜的方法。
光源 柱透镜
一种光电导体，存在一个照射光的波长限λC，只有 波长小于λC的光照射在光电导体上，才能产生电子在能 级间的跃迁，从而使光电导体电导率增加。
光敏电阻的结构如图所示。管芯是一块安装在绝缘
衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。光导体吸收
光子而产生的光电效应，只限于光照的表面薄层，虽然
产生的载流子也有少数扩散到内部去，但扩散深度有
光源与光纤耦合示意图
影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤 的数值孔径。发散角大，耦合效率低；数值孔径大， 耦合效率高。此外，光源发光面和光纤端面的尺寸、 形状及两者之间的距离都会影响到耦合效率。
光源与光纤的耦合一般采用两种方法，即直接耦 合与透镜耦合。
直接耦合是将光纤端面直接对准光源发光面进行 耦合的方法。当光源发光面积大于纤芯面积时，这是 一种有效的方法。这种直接耦合的方法结构简单，但 耦合效率低。
ED光纤
980/1480nm
泵浦光源
WDM
分束器
光源模块
接收模块 光学滤波器 放大器 信号处理
• EDF ASE光源的结构及器件选择
反向ASE输出
隔离器
正向ASE输出
隔离器
WDM 正向泵浦
EDF
残余泵浦
图7.1 EDF ASE光源的基本构成
EDF ASE光源的输出特性
图7.2 前向输出ASE与泵浦功率的关系
1 23
4
5 6
RG
7
(a)结构
(b)电极
(c)符号
CdS光敏电阻的结构和符号
1--光导层; 2--玻璃窗口; 3--金属外壳; 4--电极; 5--陶瓷基座; 6--黑色绝缘玻璃; 7--电阻引线。
1. 光敏电阻的工作原理和结构
当光照射到光电导体上时，若光电导体为本征半导 体材料，而且光辐射能量又足够强，光导材料价带上的 电子将激发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空 穴增加，致使光导体的电导率变大。为实现能级的跃迁， 入射光的能量必须大于光导体材料的禁带宽度Eg，即
hν= h c = 1.24≥Eg(eV) 式中ν和λ— 入射光的频率和波长。
当光源发光面积小于纤芯面积时，可在光源与光
纤之间放置透镜，使更多的发散光线会聚进入光纤来 提高耦合效率，如下图。
光 纤 球端
50 m
2 m 20 m
0.7 m
P电 极
微透镜
InP 透 镜 N-InP 衬 底
(a)
(b)
(c)
面发光二极管与光纤的透镜耦合
(a) 光纤端部做成球透镜、 (b) 采用截头透镜、 4.31(c)采用集成微透镜
限，因此光电导体一
电极
引线
般都做成薄层。为了
获得高的灵敏度，光
引线 光导电材料
绝缘衬低
光电导体 A
敏电阻的电极一般采
用硫状图案，结构见 下图。
金属封装的硫化镉光敏电阻结构图
它是在一定的掩模下向光电导薄膜上蒸镀金或 铟等金属形成的。这种硫状电极，由于在间距 很近的电极之间有可能采用大的灵敏面积，所 以提高了光敏电阻的灵敏度。图（c）是光敏电 阻的代表符号。
信号处理
探测器
B: 本身就是传感器，如 DFB-FL
Construction & working principle
Energy transfer
Upconversion pump
Double cladding pump
光纤激光器的组成
光纤激光器的性能指标：
SLED的结构
解理面
R1 z=0
注入电流
有源区 L
增益介质
解理面
R2 z=L
驱动电流增大 →
→
832 830 828 826 824
832 830 828 826 824
832 830 828 826 824
LED的数字调制(a)及模拟调制( b)
问题：固体激光器如何调制？
光源非线性谐波的产生
光纤
(a)
光源 柱透镜 球面透镜 光纤 光源 自聚焦透镜 光纤
(b )
(c)
光源与光纤的透镜耦合
4、光电探测器
利用物质在光的照射下电导性能改变或产生电动 势的光电器件光电探测器，常见的有光敏电阻、 光电池和光敏晶体管等。
一、光敏电阻
光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，其工 作原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而 减小。 优点：灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重 量轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能 力强和寿命长等。 不足：需要外部电源，有电流时会发热。
图7.3 后向输出ASE与泵浦功率的关系
图7.4 反射镜对前向ASE 输出的增强作用
图7.5 反射镜对后向 ASE输出的增强作用
2: Fiber laser
用途： A、作为DTS的光源，可调谐的FL作为FBG的解调光源。
后反射镜 相位 增益
DBR
控制电路/波长监测
光输出 分束器
耦合器 耦合器 耦合器
Chapter 3:光纤传感系统中的光器件 -active
1: Erbium ASE light source 2: Fiber laser 3：LED, LD 4: Photo detector
1: Erbium ASE light source
• 用途：传感系统的光源
一些气体的特征吸收谱线
滤波器
3：LED, LD
用途1：直接作为传感器的光源
用途2：LD可作为ASE、FL的泵浦
反向ASE输出
隔离器
WDM 正向泵浦
EDF
正向ASE输出
隔离器
残余泵浦
问题：用LD泵浦比其他光源泵浦有何优点？
பைடு நூலகம்
发光机理：
(a) 直接带隙半导体
( b) 间接带隙半导体
波尔兹曼分布
粒子数反转
器件的外形：
ELED的结构
FP-LD的增益曲线(a)腔模(b)及输出的纵模(c)
LD的多模(a)及单模(b)输出谱
商用产品的数据表单
LD、LED与光纤的耦合 在光发射机中，光源发出的光信号要送入光纤中 去，这就涉及到光源与光纤的耦合问题，如下图。光 源与光纤的耦合效率与光源的类型和光纤的类型有关。 一般说来，LD与单模光纤的耦合效率可以达到 30%~50%，LED与单模光纤的耦合效率非常低，只有 百分之几甚至更小。