313分布反馈激光器现代激光器的要求1谱线宽度更窄
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侧面发光型LED，θ‖≈120°，θ⊥≈25°~35°。由于θ大， LED与光纤的耦合效率一般小于 10%。
(3) 输出光功率特性。
发光二极管实际输出的光子数远远小于有源区产生的光子 数，一般外微分量子效率ηd小于10%。两种类型发光二极管的 输出光功率特性示于图3.16。
驱动电流I较小时， P - I曲线的线性较好；I过大时，由于 PN结发热产生饱和现象，使P -I 曲线的斜率减小。
阀值电流 Ith/mA 工作电流 I/mA 输出功率 P/mW 入纤功率 P/mW 调制带宽 B/MHz 辐射角 /() 寿命 t/h 工作温度 /°C
LD
LED
1.3
1.55 1.3
1~2
1~3 50~100
20~30 30~60
100~150
5~10
5~10 1~5
1~3
1~3
0.1~0.3
500~2000 500~1000 50~150
，1 最高调制频率应低于截止频率。
2
图3.17示出发光二极管的频率响应， 图中显示出少数载流子 的寿命τe和截止频率 fc 的关系。
对有源区为低掺杂浓度的LED， 适当增加工作电流可以缩 短载流子寿命，提高截止频率。
10
e£½1.1 ns
Æ µÂÊÏìÓ¦ H( f )
0.1 10
e£½2.1 ns £½6.4
(1) 光谱特性。 发光二极管发射的是自发辐射光， 没有谐振腔对波长的选 择，谱线较宽，如图3.15。
Ïà¶Ô¹âÇ¿
¡÷£½70 nm
1300
²¨³¤/ nm
图 3.15 LE在垂直于发光平面上，正面发光型LED辐射图呈朗伯分布， 即P(θ)=P0 cosθ，半功率点辐射角θ≈120°。
(4) 频率特性。
发光二极管的频率响应可以表示为
|H(f)|=
p( f ) P(0)
1
1 (2f e )2
(3.12)
式中，f 为调制频率，P( f )为对应于调制频率 f 的输出光功率，
τe为少数载流子(电子)的寿命。定义 fc 为发光二极管的截止频率，当
f = f c =1/(2πτe)时，|H(fc)|=
3.1.3 分布反馈激光器
现代激光器的要求： （1）谱线宽度更窄 （2）发射光波长更加稳定，高速率脉冲调制 （3）能实现调谐，保持动态单纵模特性 （4） 阈值电流更低 （5）输出光功率更大
衍射光栅 N层
输出光
P层 有源层
(a)
∧ 光栅
b
a
有源层 (b)
图 3.13 分布反馈(DFB)激光器
(a) 结构； (b) 光反馈
LD通常和G.652或G.653规范的单模光纤耦合，用于1.3μm或 1.55μm大容量长距离系统。
分布反馈激光器(DFB - LD)主要和G.653或G.654规范的单模光 纤或特殊设计的单模光纤耦合，用于超大容量的新型光纤系统。
表3.1 半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)的一般性能
工作波长 /μμ 谱线宽度 / nm
2ne
(3.10)
ne 为材料有效折射率，λB为布喇格波长，m为衍射级数。
在普通光栅的DFB激光器中，发生激光振荡的有两个阈值最 低、增益相同的纵模，其波长为
1,2
B
(1 2
2B )
2ne L
(3.11)
DFB激光器与F-P激光器相比， 具有以下优点：
① 单纵模激光器 ② 谱线窄， 波长稳定性好 ③ 动态谱线好 ④ 线性好
球透镜 环氧树脂
P层 有源层 n层 发光区
微透镜
P型 限 制 层
有源层 波导层 n型 限 制 层
图 3.14两类发光二极管(LED) (a) 正面发光型； (b) 侧面发光型
发光二极管的特点： 输出光功率较小；谱线宽度较宽；调制频率较低；性能稳定，
寿命长；输出光功率线性范围宽；制造工艺简单，价格低廉；适 用于小容量短距离系统 发光二极管的主要工作特性：
GaAs/AlGaAs DBR激光二极管
3.1.4 发光二极管
LD 和LED的区别 LD发射的是受激辐射光 LED发射的是自发辐射光 LED的结构和LD相似，大多是采用双异质结(DH)芯片，
把有源层夹在P型和N型限制层中间，不同的是LED不需要光 学谐振腔， 没有阈值。
发光二极管的类型：正面发光型LED和侧面发光型LED
20×50 106 ~ 107
20×50 30×120
105 ~ 106
108
-20×50 -20×50 -20×50
1.55 60~120
100~150 1~3 0.1~0.2 30~100 30×120 107 -20×50
光源组件实例
分布Bragg反射型激光器DBR LD
• DBR LD的周期性沟槽不在有源波导表面上，而是在有源 层波导两外侧的无源波导层上，这两个无源的光栅波导充 当Bragg反射镜的作用。由于有源波导的增益特性和无源周 期波导的Bragg发射，只有在Bragg频率附近的光波才能满 足振荡条件，从而发射出激光。
e
ns
100 µ÷ÖÆ Æ µÂÊf / MHz
图 3.17 发光二极管(LED)的频率响应
1000
3.1.5 半导体光源一般性能和应用
半导体光源的一般性能表：
3.1和表3.2列出半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)的一般 性能。
LED通常和多模光纤耦合，用于1.3 μm(或0.85 μm)波长的小容 量短距离系统。因为LED发光面积和光束辐射角较大，而多模SIF 光纤或G.651规范的多模GIF光纤具有较大的芯径和数值孔径，有 利于提高耦合效率，增加入纤功率。
分布反馈(DFB)激光器用靠近有源层沿长度方向制作的周期性结构(波纹状) 衍射光栅实现光反馈。这种衍射光栅的折射率周期性变化，使光沿有源层 分布式反馈。
如图3.13所示，由有源层发射的光，一部分在光栅波纹峰反 射(如光线a)， 另一部分继续向前传播，在邻近的光栅波纹峰反射 (如光线b)。
光栅周期
Λ=m B
(3) 输出光功率特性。
发光二极管实际输出的光子数远远小于有源区产生的光子 数，一般外微分量子效率ηd小于10%。两种类型发光二极管的 输出光功率特性示于图3.16。
驱动电流I较小时， P - I曲线的线性较好；I过大时，由于 PN结发热产生饱和现象，使P -I 曲线的斜率减小。
阀值电流 Ith/mA 工作电流 I/mA 输出功率 P/mW 入纤功率 P/mW 调制带宽 B/MHz 辐射角 /() 寿命 t/h 工作温度 /°C
LD
LED
1.3
1.55 1.3
1~2
1~3 50~100
20~30 30~60
100~150
5~10
5~10 1~5
1~3
1~3
0.1~0.3
500~2000 500~1000 50~150
，1 最高调制频率应低于截止频率。
2
图3.17示出发光二极管的频率响应， 图中显示出少数载流子 的寿命τe和截止频率 fc 的关系。
对有源区为低掺杂浓度的LED， 适当增加工作电流可以缩 短载流子寿命，提高截止频率。
10
e£½1.1 ns
Æ µÂÊÏìÓ¦ H( f )
0.1 10
e£½2.1 ns £½6.4
(1) 光谱特性。 发光二极管发射的是自发辐射光， 没有谐振腔对波长的选 择，谱线较宽，如图3.15。
Ïà¶Ô¹âÇ¿
¡÷£½70 nm
1300
²¨³¤/ nm
图 3.15 LE在垂直于发光平面上，正面发光型LED辐射图呈朗伯分布， 即P(θ)=P0 cosθ，半功率点辐射角θ≈120°。
(4) 频率特性。
发光二极管的频率响应可以表示为
|H(f)|=
p( f ) P(0)
1
1 (2f e )2
(3.12)
式中，f 为调制频率，P( f )为对应于调制频率 f 的输出光功率，
τe为少数载流子(电子)的寿命。定义 fc 为发光二极管的截止频率，当
f = f c =1/(2πτe)时，|H(fc)|=
3.1.3 分布反馈激光器
现代激光器的要求： （1）谱线宽度更窄 （2）发射光波长更加稳定，高速率脉冲调制 （3）能实现调谐，保持动态单纵模特性 （4） 阈值电流更低 （5）输出光功率更大
衍射光栅 N层
输出光
P层 有源层
(a)
∧ 光栅
b
a
有源层 (b)
图 3.13 分布反馈(DFB)激光器
(a) 结构； (b) 光反馈
LD通常和G.652或G.653规范的单模光纤耦合，用于1.3μm或 1.55μm大容量长距离系统。
分布反馈激光器(DFB - LD)主要和G.653或G.654规范的单模光 纤或特殊设计的单模光纤耦合，用于超大容量的新型光纤系统。
表3.1 半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)的一般性能
工作波长 /μμ 谱线宽度 / nm
2ne
(3.10)
ne 为材料有效折射率，λB为布喇格波长，m为衍射级数。
在普通光栅的DFB激光器中，发生激光振荡的有两个阈值最 低、增益相同的纵模，其波长为
1,2
B
(1 2
2B )
2ne L
(3.11)
DFB激光器与F-P激光器相比， 具有以下优点：
① 单纵模激光器 ② 谱线窄， 波长稳定性好 ③ 动态谱线好 ④ 线性好
球透镜 环氧树脂
P层 有源层 n层 发光区
微透镜
P型 限 制 层
有源层 波导层 n型 限 制 层
图 3.14两类发光二极管(LED) (a) 正面发光型； (b) 侧面发光型
发光二极管的特点： 输出光功率较小；谱线宽度较宽；调制频率较低；性能稳定，
寿命长；输出光功率线性范围宽；制造工艺简单，价格低廉；适 用于小容量短距离系统 发光二极管的主要工作特性：
GaAs/AlGaAs DBR激光二极管
3.1.4 发光二极管
LD 和LED的区别 LD发射的是受激辐射光 LED发射的是自发辐射光 LED的结构和LD相似，大多是采用双异质结(DH)芯片，
把有源层夹在P型和N型限制层中间，不同的是LED不需要光 学谐振腔， 没有阈值。
发光二极管的类型：正面发光型LED和侧面发光型LED
20×50 106 ~ 107
20×50 30×120
105 ~ 106
108
-20×50 -20×50 -20×50
1.55 60~120
100~150 1~3 0.1~0.2 30~100 30×120 107 -20×50
光源组件实例
分布Bragg反射型激光器DBR LD
• DBR LD的周期性沟槽不在有源波导表面上，而是在有源 层波导两外侧的无源波导层上，这两个无源的光栅波导充 当Bragg反射镜的作用。由于有源波导的增益特性和无源周 期波导的Bragg发射，只有在Bragg频率附近的光波才能满 足振荡条件，从而发射出激光。
e
ns
100 µ÷ÖÆ Æ µÂÊf / MHz
图 3.17 发光二极管(LED)的频率响应
1000
3.1.5 半导体光源一般性能和应用
半导体光源的一般性能表：
3.1和表3.2列出半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)的一般 性能。
LED通常和多模光纤耦合，用于1.3 μm(或0.85 μm)波长的小容 量短距离系统。因为LED发光面积和光束辐射角较大，而多模SIF 光纤或G.651规范的多模GIF光纤具有较大的芯径和数值孔径，有 利于提高耦合效率，增加入纤功率。
分布反馈(DFB)激光器用靠近有源层沿长度方向制作的周期性结构(波纹状) 衍射光栅实现光反馈。这种衍射光栅的折射率周期性变化，使光沿有源层 分布式反馈。
如图3.13所示，由有源层发射的光，一部分在光栅波纹峰反 射(如光线a)， 另一部分继续向前传播，在邻近的光栅波纹峰反射 (如光线b)。
光栅周期
Λ=m B