光源和光发送机共98页
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光源和光发送机共98页文档
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。机
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。机
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
第四章光源与光发射机
Ef
价带
(a) 本征半导体
(b) 兼并型P型半导体
Ef
对于重掺杂兼并型N型半导体，由Efc于施主
杂质的掺入（五价元素的杂质），多数
载流子是电子，费米能级进入半导体的
导带。
EEf fv
(c) 兼并型N型半导体
(d) 双兼并型半导体
2019/11/21
广东海洋大学理学院 · 光纤通信
21
§4-2 半导体光源的工作原理
①当E=Ef时， p(E) =1/2， 能级E被电子占据的概率和空穴占据的概率相等，实际
上费米能级不存在；
②当E<Ef时， p(E) >1/2，
能级E被电子占据的概率比较大，如果(Ef-E)>>kT，则 p(E) →1，能级几乎被电子占据；
③当E>Ef时， p(E)<1/2，
能级E被电子占据的概率比较小，如果(E-Ef)>>kT，则 p(E) →0，能级几乎被空穴占据。
纤 低通 、信 可系 靠统 性中 好得。到广泛应用。
2019/11/21
广东海洋大学理学院 · 光纤通信
3
§4-1 概述
此动画为光发射机工作原理动画，光源在调制 电流的作用下发光，然后耦合进光纤传输。
2019/11/21
广东海洋大学理学院 · 光纤通信
4
§4-1 概述
二、光发射机的主要指标
光发射机的指标很多，我们仅从应用的角度介 绍其主要指标。
2019/11/21
广东海洋大学理学院 · 光纤通信
7
§4-2 半导体光源的工作原理
一、原子能级跃迁—光源的物理基础
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，即：原子中的电子只能在一 定的量子态中运动；在最里层的轨道上量子态的能 量最低，电子受原子核束缚最强，最外层的轨道量 子态能量最高，电子受原子核束缚最弱，这些不同 的轨道运行时相应的能量值（包括电子的动能和电 位能）称为能级。
光源与光发送机PPT学习教案
第4页/共83页
2. 半导体的能带
在大量原子相互靠近形成半导体晶体时，由 于半导体晶体内部电子的共有化运动，使孤 立原子中离散能级变成能带。
第5页/共83页
图3.2 半导体的能带结构
第6页/共83页
5.1.2 光与物质的相互作用
第7页/共83页
1.
处于高能级的电子状态是不稳定的。 它将自发地从高能级(在半导体晶体中更多是
可以选用的最佳光源。
第18页/共83页
半导体发光二极管基本应用 GaAlAs和InGaAsP材料， 可以覆盖整个光纤通信系统 使用波长范围。
第19页/共83页
1. 发光二极管的类型结构
按照器件输出光的方式，可以将发光二极管 分为三种类型结构：
表面发光二极管 边发光二极管 超辐射发光二极管
第20页/共83页
第54页/共83页
半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)的一般性能
LD
LED
工作波长 谱线宽度 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
1.3
1.55
/μμ
1~2
1~3
/ nm
20~30
第14页/共83页
受激辐射和受激吸收的区别与联系 受激辐射是受激吸收的逆过程。电子在 E1和E2两个能 级之间 跃迁， 吸收的 光子能 量或辐 射的光 子能量 都要满 足波尔 条件， 即 E2-E1=hf12
式中，h=6.628×10-34J·s，为普朗克 常数，f12为吸 收或辐 射的光 子频率 。
105 ~ 106
108
-20~50 -20~50
1 07
2. 半导体的能带
在大量原子相互靠近形成半导体晶体时，由 于半导体晶体内部电子的共有化运动，使孤 立原子中离散能级变成能带。
第5页/共83页
图3.2 半导体的能带结构
第6页/共83页
5.1.2 光与物质的相互作用
第7页/共83页
1.
处于高能级的电子状态是不稳定的。 它将自发地从高能级(在半导体晶体中更多是
可以选用的最佳光源。
第18页/共83页
半导体发光二极管基本应用 GaAlAs和InGaAsP材料， 可以覆盖整个光纤通信系统 使用波长范围。
第19页/共83页
1. 发光二极管的类型结构
按照器件输出光的方式，可以将发光二极管 分为三种类型结构：
表面发光二极管 边发光二极管 超辐射发光二极管
第20页/共83页
第54页/共83页
半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)的一般性能
LD
LED
工作波长 谱线宽度 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
1.3
1.55
/μμ
1~2
1~3
/ nm
20~30
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受激辐射和受激吸收的区别与联系 受激辐射是受激吸收的逆过程。电子在 E1和E2两个能 级之间 跃迁， 吸收的 光子能 量或辐 射的光 子能量 都要满 足波尔 条件， 即 E2-E1=hf12
式中，h=6.628×10-34J·s，为普朗克 常数，f12为吸 收或辐 射的光 子频率 。
105 ~ 106
108
-20~50 -20~50
1 07
《光源和光发射器》课件
《光源和光发射器》PPT课件
# 光源和光发射器 探索光源和光发射器的奥秘，揭示光的本质，并探讨其不同种类和应用。
什么是光源？
定义
光源是产生光的物体或装置，它们能够发射光线并产生可见光。
不同种类的光源
了解各种类型的光源，包括自然光源、人造光源和光发射器等。
光源的发射机制
1 发射光子
探讨光的发射过程，包括光子的产生和发射的机制。
无源光发射器
了解无源光发射器，如半导体光电二极管和光激光器
深入研究激光器的工作原理和广泛的应用领域，如 医学、通信和材料加工。
LED
探索LED的工作原理和在照明、显示和电子设备中 的应用。
OLED
了解OLED在显示技术中的革命性突破和未来的发展 趋势。
无源光发射器的原理和应用
3 显示技术
探索光源和光发射器在平板显示器、电视和智能手机等领域的前沿应用。
结论
• 强调光源和光发射器在现代技术和生活中的重要性。 • 展望光学技术的未来发展趋势和创新应用。
2 能量转化过程
了解光源如何将其他形式的能量转化为光的释放。
光源的物理特性
发光色温和光谱
探索光源的发光色温和光谱特性对光的颜色和分布 的影响。
发光效率和亮度
研究光源的发光效率和亮度，了解在不同情况下光 的强度和效果。
光发射器的分类
1
有源光发射器
介绍有源光发射器，包括激光器、LED和OLED等。
2
半导体光电二极管
研究半导体光电二极管的发射机制以及在传感、通 信等领域的应用。
光敏电阻
介绍光敏电阻的工作原理和在光控制和自动调光系 统中的应用。
光源和光发射器在实际应用中的应用 案例
1 光纤通信
# 光源和光发射器 探索光源和光发射器的奥秘，揭示光的本质，并探讨其不同种类和应用。
什么是光源？
定义
光源是产生光的物体或装置，它们能够发射光线并产生可见光。
不同种类的光源
了解各种类型的光源，包括自然光源、人造光源和光发射器等。
光源的发射机制
1 发射光子
探讨光的发射过程，包括光子的产生和发射的机制。
无源光发射器
了解无源光发射器，如半导体光电二极管和光激光器
深入研究激光器的工作原理和广泛的应用领域，如 医学、通信和材料加工。
LED
探索LED的工作原理和在照明、显示和电子设备中 的应用。
OLED
了解OLED在显示技术中的革命性突破和未来的发展 趋势。
无源光发射器的原理和应用
3 显示技术
探索光源和光发射器在平板显示器、电视和智能手机等领域的前沿应用。
结论
• 强调光源和光发射器在现代技术和生活中的重要性。 • 展望光学技术的未来发展趋势和创新应用。
2 能量转化过程
了解光源如何将其他形式的能量转化为光的释放。
光源的物理特性
发光色温和光谱
探索光源的发光色温和光谱特性对光的颜色和分布 的影响。
发光效率和亮度
研究光源的发光效率和亮度，了解在不同情况下光 的强度和效果。
光发射器的分类
1
有源光发射器
介绍有源光发射器，包括激光器、LED和OLED等。
2
半导体光电二极管
研究半导体光电二极管的发射机制以及在传感、通 信等领域的应用。
光敏电阻
介绍光敏电阻的工作原理和在光控制和自动调光系 统中的应用。
光源和光发射器在实际应用中的应用 案例
1 光纤通信
《光源与光发送机》课件
光收发一体化技术有哪些优势 和应用场景？
发射角度
发射角度对光发送机 的传输效率有何影响？
传输速率
如何优化光发送机的 传输速率？
信噪比与误码率
介绍光发送机中的信噪比和误码率概念，并探讨影响它们的因素。
信噪比介绍
什么是信噪比？为什么它很 重要？
误码率介绍
什么是误码率？它如何影响 通信质量？
影响因素
影响信噪比和误码率的因素 有哪些？
光发送机现状与应用
了解光发送机在工业、航天和其他领域中的现状和应用。
1
工业应用
光发送机在工业领域中的具体应用有哪些？
2
航天应用
了解光发送机在航天领域的创新应用。
3
其他应用
光发送机还有其他什么特殊应用？
安全风险及管理
探讨使用光发送机时需要注意的安全风险，并提供相应的管理方案和应急措施。
安全风险介绍
使用光发送机可能带来哪些 安全风险？
《光源与光发送机》PPT 课件
欢迎来到《光源与光发送机》PPT课件！在这个课件中，我们将探讨光源的不 同类型、光发送机的基础设计要素以及光发送技术的应用场景等内容。
光源简介
了解不同类型的光源，包括自然光源和人工光源，以及常见的光源。
定义
什么是光源？
分类
有哪些不同类型的光源？
常见光源
列举一些常见的光源。
管理方案
如何管理和减轻光发送机相 关的安全风险？
应急措施
遇到安全事故时应该采取哪 些紧急措施？
发送机特殊应用技术
介绍一些光发送技术的特殊应用，包括多频光发送技术、光缆技术和光收发一体化技术。
多频光发送技术
多频光发送技术如何升光通 信性能？
发射角度
发射角度对光发送机 的传输效率有何影响？
传输速率
如何优化光发送机的 传输速率？
信噪比与误码率
介绍光发送机中的信噪比和误码率概念，并探讨影响它们的因素。
信噪比介绍
什么是信噪比？为什么它很 重要？
误码率介绍
什么是误码率？它如何影响 通信质量？
影响因素
影响信噪比和误码率的因素 有哪些？
光发送机现状与应用
了解光发送机在工业、航天和其他领域中的现状和应用。
1
工业应用
光发送机在工业领域中的具体应用有哪些？
2
航天应用
了解光发送机在航天领域的创新应用。
3
其他应用
光发送机还有其他什么特殊应用？
安全风险及管理
探讨使用光发送机时需要注意的安全风险，并提供相应的管理方案和应急措施。
安全风险介绍
使用光发送机可能带来哪些 安全风险？
《光源与光发送机》PPT 课件
欢迎来到《光源与光发送机》PPT课件！在这个课件中，我们将探讨光源的不 同类型、光发送机的基础设计要素以及光发送技术的应用场景等内容。
光源简介
了解不同类型的光源，包括自然光源和人工光源，以及常见的光源。
定义
什么是光源？
分类
有哪些不同类型的光源？
常见光源
列举一些常见的光源。
管理方案
如何管理和减轻光发送机相 关的安全风险？
应急措施
遇到安全事故时应该采取哪 些紧急措施？
发送机特殊应用技术
介绍一些光发送技术的特殊应用，包括多频光发送技术、光缆技术和光收发一体化技术。
多频光发送技术
多频光发送技术如何升光通 信性能？
光源和光发射机PPT课件
m
(c)纵模共振光谱
Z=x
m
(c)半导体激光器的输出光谱
22
图4.2.6 光在法布里珀罗(F-P) 谐振腔中的干涉
M1
反 射 镜
M2
Aa
反
射
镜
B
b
R1
L
R2
(a) 反射波干涉
m 1
m2
相1
对
强
m6
度
I
驻波
(b) 只有特定波长的驻波 允许在谐振腔内存在
vf
反射系数
R 0.8 R 0.4
vm
v vm1 vm vm1
M1
反 射 镜
M2
Aa
反
射
镜
B
b
R1
L
R2
反射波ห้องสมุดไป่ตู้互干涉
18
Fabry(1867~1945) Perot(1863~1925) 法国物理学家
19
法布里-珀罗（FabryPerot）光学谐振器
反射波相互干涉
M1
反 射 镜
M2
Aa
反
射
镜
B
b
R1
L
R2
镀有反射镜面的光学谐振腔只有在特定的频率内 能够储存能量，这种谐振腔就叫做法布里-珀罗 （Fabry-Perot）光学谐振器。
g
通常发射多个纵模的光
0
频率
半导体激光器的增益频谱 g() 相当宽（约10 THz），在 F-P 谐振
腔内同时存在着许多纵模，但只有接近增益峰的纵模变成主模。
在理想条件下，其它纵模不应该达到阈值，因为它们的增益总是比 主模小。实际上，增益差相当小，主模两边相邻的一、二个模与主 模一起携带着激光器的大部分功率。这种激光器就称作多模半导体 激光器。
光源和光发射器PPT课件
有源区内每秒钟产生的光子数
内量子效率i= 有源区内每秒钟注入的电子-空穴对数
内量子效率i是衡量激光二极管把电子－空穴对（注入 电流）转换成光子能力的一个参数。
与D不同的的是， i与激光二极管的几何尺寸无关，是 评价激光二极管半导体晶片质量的主要参数。
i和D既有关系又有差别。 i是激光二极管把电子－空 穴对（注入电流）转换成光子效率的直接表示，但要注 意，并非所有光子都出射成为输出光，有些光子由于各 种内部损耗而被重新吸收。 D是激光二极管把电子－ 空穴对（注入电流）转换成输出光的效率象征。 D总 是比i小。
LD的噪声源主要有： RIN p 2 P 2
（1）相位噪声 （2）工作不稳定引起的噪声（如自脉动） （3）光纤端面与LD之间互作用引起的噪声 （4）模噪声（单模LD+多模光纤系统）与模分配噪 声（多模LD+单模光纤系统） 通过模式稳定及光隔离器来减低或消除
来的固有特性。
自脉动：某些激 光器在某些注入 电流下发生的一 种持续振荡。
张弛振荡和自脉动 的结合。激光器激 射以后，先出现一 个张弛振荡的过程， 随后则开始持续自
脉动。
2. 张弛振荡
•当注入电流从零 快速增大到阈值以 上时，经电光延迟 后产生激光输出， 并在脉冲顶部出现 阻尼振荡，经过几 个周期后达到平衡 值。 •采用预偏置在Ith 附近的方法，可减 小张弛振荡
0
1.0
相 0.8
对 光
0.6
强 0.4
2~5nm
0.2
0 -40 -20 0 20 40
波长 (nm)
(b) 多模 LD 的 光谱特性
0
1.0
相 0.8
对 光
0.6
强 0.4
0.02nm
内量子效率i= 有源区内每秒钟注入的电子-空穴对数
内量子效率i是衡量激光二极管把电子－空穴对（注入 电流）转换成光子能力的一个参数。
与D不同的的是， i与激光二极管的几何尺寸无关，是 评价激光二极管半导体晶片质量的主要参数。
i和D既有关系又有差别。 i是激光二极管把电子－空 穴对（注入电流）转换成光子效率的直接表示，但要注 意，并非所有光子都出射成为输出光，有些光子由于各 种内部损耗而被重新吸收。 D是激光二极管把电子－ 空穴对（注入电流）转换成输出光的效率象征。 D总 是比i小。
LD的噪声源主要有： RIN p 2 P 2
（1）相位噪声 （2）工作不稳定引起的噪声（如自脉动） （3）光纤端面与LD之间互作用引起的噪声 （4）模噪声（单模LD+多模光纤系统）与模分配噪 声（多模LD+单模光纤系统） 通过模式稳定及光隔离器来减低或消除
来的固有特性。
自脉动：某些激 光器在某些注入 电流下发生的一 种持续振荡。
张弛振荡和自脉动 的结合。激光器激 射以后，先出现一 个张弛振荡的过程， 随后则开始持续自
脉动。
2. 张弛振荡
•当注入电流从零 快速增大到阈值以 上时，经电光延迟 后产生激光输出， 并在脉冲顶部出现 阻尼振荡，经过几 个周期后达到平衡 值。 •采用预偏置在Ith 附近的方法，可减 小张弛振荡
0
1.0
相 0.8
对 光
0.6
强 0.4
2~5nm
0.2
0 -40 -20 0 20 40
波长 (nm)
(b) 多模 LD 的 光谱特性
0
1.0
相 0.8
对 光
0.6
强 0.4
0.02nm
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
《光源及光发》PPT课件
❖ 其次，当温度升高时，发光的峰值波长会向长波长方向稍 微移动，如图4.3所示。
4.2 半导体激光器
❖ 异质构造造的半导体激光器(Laser Diode, LD)，又称为 注入式激光器，是光纤应用系统中最常用的器件之一。
❖ 和其他激光器相比，LD具有体积小，重量轻，驱动功率 低，输出效率高，调制方便〔直接调制〕，寿命长和易于 集成等一系列优点而得到了广泛的应用。
❖ 从图4.6中可以看出，当注入电流密度加大到一定值后，准
费米能级 (E F )和 (的E F能)量间隔大于禁带宽度 时，E即g
〔伯(E 拉F)德 -杜(E 拉F) 福＞ 格E 条g 件〕时，PN 结中出现一个增益区 〔有源区〕，在这个区域内，价带主要由空穴占据，而导 带那么主要由电子占据，即实现了粒子数反转。
?光源及光发?PPT课件
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
第4章 光源及光发射机
❖ 光源是光纤通信及传感系统中的一个重要元件，光纤通信 对光源的要求是小型化、单色、光强稳定〔时间、温度变 化时〕和耐久。最普通的光源就是发光二极管和半导体激 光器。
❖ LD在光纤通信中的应用主要包括：
❖ (1) 各种数据、图像等传输系统的发射光源；
4.2 半导体激光器
❖ (2) 光纤 CATV 系统的光源； ❖ (3) 掺铒光纤放大器 (EDFA) 和拉曼光纤放大器 (RFA) 的
泵浦光源； ❖ (4) 未来全光通信网络中光交换、光路由、光转发等关键
设备的光源。 ❖ 半导体激光器按构造可分为: 法布里-珀罗(F-P)型LD、分
4.2 半导体激光器
❖ 异质构造造的半导体激光器(Laser Diode, LD)，又称为 注入式激光器，是光纤应用系统中最常用的器件之一。
❖ 和其他激光器相比，LD具有体积小，重量轻，驱动功率 低，输出效率高，调制方便〔直接调制〕，寿命长和易于 集成等一系列优点而得到了广泛的应用。
❖ 从图4.6中可以看出，当注入电流密度加大到一定值后，准
费米能级 (E F )和 (的E F能)量间隔大于禁带宽度 时，E即g
〔伯(E 拉F)德 -杜(E 拉F) 福＞ 格E 条g 件〕时，PN 结中出现一个增益区 〔有源区〕，在这个区域内，价带主要由空穴占据，而导 带那么主要由电子占据，即实现了粒子数反转。
?光源及光发?PPT课件
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第4章 光源及光发射机
❖ 光源是光纤通信及传感系统中的一个重要元件，光纤通信 对光源的要求是小型化、单色、光强稳定〔时间、温度变 化时〕和耐久。最普通的光源就是发光二极管和半导体激 光器。
❖ LD在光纤通信中的应用主要包括：
❖ (1) 各种数据、图像等传输系统的发射光源；
4.2 半导体激光器
❖ (2) 光纤 CATV 系统的光源； ❖ (3) 掺铒光纤放大器 (EDFA) 和拉曼光纤放大器 (RFA) 的
泵浦光源； ❖ (4) 未来全光通信网络中光交换、光路由、光转发等关键
设备的光源。 ❖ 半导体激光器按构造可分为: 法布里-珀罗(F-P)型LD、分