激光器与探测器简介与应用
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激光器和探测器简介和应用
受激辐射的特征
外来光子激发一个带有相同频率（波长）的辐射，保证 所得到的辐射光的光谱很窄。
由于所有光子都是同一方向辐射，因此激光二极管的光 电转换效率和输出功率很高。
所有受激光子的发射方向都与激发它们的光子相同，因 此受激光有很好的定向性。
由于受激光子仅在有外来光子激发它们的时候才辐射， 这两种光子是同步的，时间上是一致的。
激光器和探测器 简介和应用
激光器和探测器简介和应用
简介
• 激光器和光探测器是光通信器件和模块中 两个重要的组件
• 他们占用光器件和光模块大部分成本：器 件的70%或模块的30%
• 他们的性能直接决定了光器件和光模块的 指标、性能和品质
• 掌握和了解激光器件和探测器的相关知识 ，有助于对产品的了解，帮助我们进行研 发、生产和品质管理。
激光器和探测器简介和应用
光通信中所用的光源-激光器
激光：激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英 文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个 字母组成的缩写词。意思是"通过受激发射的光放大"。激 光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964 年按照我国著名科学家钱学森建议改称“激光”。
量子跃迁
光的受激发射：光子 激励导带中的电子与 价带中的空穴复合， 产生一个所有特征 （频率、相位、偏振） 完全相同的光子。它 是半导体激光器的工 作原理基础。
激光器和探测器简介和应用
光的产生
光是一种电磁波，同时光又是由光子组成的，这称为 光的“波粒二相性”
电子跃迁到高能态后，是不稳定的，它随时会返回低 能态，这时候它所携带的多余的能量释放出来，就产 生一个光子
波长：物理概念，一个波的长度 平均波长：一个激光器发射出的所有光谱 即模式的加
权平均值 峰值波长：一个激光器光功率值最大的波长 中心波长：激光器发射光谱中，最大的单纵模波长的
中间值
激光器和探测器简介和应用
工作物质
是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作 用的物质体系
它可以是固体（晶体、玻璃）气体（原子气体、离子 气体、分子气体）、半导体和液体
有意思的是，激光器不是光放大器，而是激光产生器。另 有光放大器，如EDFA（掺铒光纤放大器）、SOA（半导 体光放器）
激光器有很多种：红宝石激光器、气体激光器、半导体激 光器。光通信中常用的是半导体激光器
激光器和探测器简介和应用
半导体激光器的产生原理
基本条件：
1工作物质：有源区载流 子反转分布
激光器和探测器简介和应用
导体 绝缘体 半导体
激光器和探测器简介和应用
光通信中所用的光源-LED
LED： Light Emitting Diode，发光 二极管，是一种能够将电能转化为可 见光的固态的半导体器件，它可以直 接把电转化为光（非激光）
LED的心脏是一个半导体的晶片 优点：省电、寿命长、高亮、低热 缺点：能量不集中 其它用途：照明、美化
2谐振腔：使受激辐射多 次反馈，形成振荡
3满足阈值条件，使增益 >损耗，有足够的注入 电流。
激光器和探测器简介和应用
正反馈和谐振腔
为了得到所需功率的激光，需要数百万个光子，采用 的方法是在激活层的一端放上一面“镜子”，光子不断 地被反射回激活层，产生的光子就成几何倍增加。
两面镜子实现光的正反馈，组成谐振腔。
激光器和探测器简介和应用
F-P腔激光器和DFB激光器
激光器和探测器简介和应用
面发射激光器
激光器和探测器简介和应用
FP激光器
FP：Fabry-Pero，法国物理学家法布里和珀罗于 1897 年发明光干涉仪
为了进一步提高激光发射效率，使用特别薄的激活区， 称为“量子阱”
FP激光器TO：全称是“TO封装多量子阱 FP 腔激光器” 它是一种多纵模激光器，可以理解为多波长
PI曲线和激光器工作原理
拐点
激光器和探测器简介和应用
温度特性
光功率
耦合效率
芯片的发光功率
汇聚后的光功率
入纤光功率
激光器和探测器简介和应用
背光探测器
来自百度文库
PD LD
背光探测器的作用： 调节驱动电流，达 到功率平衡
功 背光 驱动 功 率 电流 电流 率
芯片的发光功率
激光器和探测器简介和应用
波长、平均波长、峰值波长、中心波长
在自发辐射状态下释放的光子数量很少，而且包含多 种频率，所以能量不集中
激光器和探测器简介和应用
自发辐射和受激辐射
光辐射分为两类：自发辐射和受激辐射 “自发的”就是光辐射在没有外因的情况下发生的，受
激光电子在没有诱因的条件下由导带进入价带。 如果让一个外来的光子击中一个受激的电子，它们之
间相互作用，产生一个新的光子辐射，这就是受激辐 射。
激光器的工作物质决定了辐射的激光波长
激光器和探测器简介和应用
激光器波长示意图
红色为峰值波长、绿色为中心波长
激光器和探测器简介和应用
FP激光器波长
一个激光器管芯发出的光含有很多种波长 不同波长的功率相差很大 不同的材料发出的波长不同，没有任何一种材料只发
激光器和探测器简介和应用
光、可见光、光源、激光
光是一种电磁波 可见光是光的一种，人眼可观察到的光的波长是470-
700nm 能发出光的物体叫光源，不管发出的是可见光或是不
可见光 激光是不可见光，是电磁波。
激光器和探测器简介和应用
电磁波谱
激光器和探测器简介和应用
半导体的能带
激光器和探测器简介和应用
激光器和探测器简介和应用
FP激光器参数表
激光器和探测器简介和应用
FP激光器参数
阈值电流（Ith）:激光二极管开始振荡，产 生激光时的正向电流。
驱动电流(Iop)：输出额定光功率下所 需的总电流。输出光功率（Po）：工 作电流下辐射出的最大连续光功率。
输出光功率（Po）：工作电流下辐射 出的最大连续光功率。
激光器和探测器简介和应用
FP激光器参数
峰值波长（λp）：在规定输出功 率下，最大强度的光谱波长。
P-I曲线：总发射功率（P）与注 入电流（I）的关系曲线。
耦合效率：激光器出纤光功率与 激光二极管发射光功率的比值。
激光器和探测器简介和应用
工作电流和功率
P（mW）
Po
Ith
Iop I（mA）
激光器和探测器简介和应用
受激辐射的特征
外来光子激发一个带有相同频率（波长）的辐射，保证 所得到的辐射光的光谱很窄。
由于所有光子都是同一方向辐射，因此激光二极管的光 电转换效率和输出功率很高。
所有受激光子的发射方向都与激发它们的光子相同，因 此受激光有很好的定向性。
由于受激光子仅在有外来光子激发它们的时候才辐射， 这两种光子是同步的，时间上是一致的。
激光器和探测器 简介和应用
激光器和探测器简介和应用
简介
• 激光器和光探测器是光通信器件和模块中 两个重要的组件
• 他们占用光器件和光模块大部分成本：器 件的70%或模块的30%
• 他们的性能直接决定了光器件和光模块的 指标、性能和品质
• 掌握和了解激光器件和探测器的相关知识 ，有助于对产品的了解，帮助我们进行研 发、生产和品质管理。
激光器和探测器简介和应用
光通信中所用的光源-激光器
激光：激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英 文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个 字母组成的缩写词。意思是"通过受激发射的光放大"。激 光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964 年按照我国著名科学家钱学森建议改称“激光”。
量子跃迁
光的受激发射：光子 激励导带中的电子与 价带中的空穴复合， 产生一个所有特征 （频率、相位、偏振） 完全相同的光子。它 是半导体激光器的工 作原理基础。
激光器和探测器简介和应用
光的产生
光是一种电磁波，同时光又是由光子组成的，这称为 光的“波粒二相性”
电子跃迁到高能态后，是不稳定的，它随时会返回低 能态，这时候它所携带的多余的能量释放出来，就产 生一个光子
波长：物理概念，一个波的长度 平均波长：一个激光器发射出的所有光谱 即模式的加
权平均值 峰值波长：一个激光器光功率值最大的波长 中心波长：激光器发射光谱中，最大的单纵模波长的
中间值
激光器和探测器简介和应用
工作物质
是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作 用的物质体系
它可以是固体（晶体、玻璃）气体（原子气体、离子 气体、分子气体）、半导体和液体
有意思的是，激光器不是光放大器，而是激光产生器。另 有光放大器，如EDFA（掺铒光纤放大器）、SOA（半导 体光放器）
激光器有很多种：红宝石激光器、气体激光器、半导体激 光器。光通信中常用的是半导体激光器
激光器和探测器简介和应用
半导体激光器的产生原理
基本条件：
1工作物质：有源区载流 子反转分布
激光器和探测器简介和应用
导体 绝缘体 半导体
激光器和探测器简介和应用
光通信中所用的光源-LED
LED： Light Emitting Diode，发光 二极管，是一种能够将电能转化为可 见光的固态的半导体器件，它可以直 接把电转化为光（非激光）
LED的心脏是一个半导体的晶片 优点：省电、寿命长、高亮、低热 缺点：能量不集中 其它用途：照明、美化
2谐振腔：使受激辐射多 次反馈，形成振荡
3满足阈值条件，使增益 >损耗，有足够的注入 电流。
激光器和探测器简介和应用
正反馈和谐振腔
为了得到所需功率的激光，需要数百万个光子，采用 的方法是在激活层的一端放上一面“镜子”，光子不断 地被反射回激活层，产生的光子就成几何倍增加。
两面镜子实现光的正反馈，组成谐振腔。
激光器和探测器简介和应用
F-P腔激光器和DFB激光器
激光器和探测器简介和应用
面发射激光器
激光器和探测器简介和应用
FP激光器
FP：Fabry-Pero，法国物理学家法布里和珀罗于 1897 年发明光干涉仪
为了进一步提高激光发射效率，使用特别薄的激活区， 称为“量子阱”
FP激光器TO：全称是“TO封装多量子阱 FP 腔激光器” 它是一种多纵模激光器，可以理解为多波长
PI曲线和激光器工作原理
拐点
激光器和探测器简介和应用
温度特性
光功率
耦合效率
芯片的发光功率
汇聚后的光功率
入纤光功率
激光器和探测器简介和应用
背光探测器
来自百度文库
PD LD
背光探测器的作用： 调节驱动电流，达 到功率平衡
功 背光 驱动 功 率 电流 电流 率
芯片的发光功率
激光器和探测器简介和应用
波长、平均波长、峰值波长、中心波长
在自发辐射状态下释放的光子数量很少，而且包含多 种频率，所以能量不集中
激光器和探测器简介和应用
自发辐射和受激辐射
光辐射分为两类：自发辐射和受激辐射 “自发的”就是光辐射在没有外因的情况下发生的，受
激光电子在没有诱因的条件下由导带进入价带。 如果让一个外来的光子击中一个受激的电子，它们之
间相互作用，产生一个新的光子辐射，这就是受激辐 射。
激光器的工作物质决定了辐射的激光波长
激光器和探测器简介和应用
激光器波长示意图
红色为峰值波长、绿色为中心波长
激光器和探测器简介和应用
FP激光器波长
一个激光器管芯发出的光含有很多种波长 不同波长的功率相差很大 不同的材料发出的波长不同，没有任何一种材料只发
激光器和探测器简介和应用
光、可见光、光源、激光
光是一种电磁波 可见光是光的一种，人眼可观察到的光的波长是470-
700nm 能发出光的物体叫光源，不管发出的是可见光或是不
可见光 激光是不可见光，是电磁波。
激光器和探测器简介和应用
电磁波谱
激光器和探测器简介和应用
半导体的能带
激光器和探测器简介和应用
激光器和探测器简介和应用
FP激光器参数表
激光器和探测器简介和应用
FP激光器参数
阈值电流（Ith）:激光二极管开始振荡，产 生激光时的正向电流。
驱动电流(Iop)：输出额定光功率下所 需的总电流。输出光功率（Po）：工 作电流下辐射出的最大连续光功率。
输出光功率（Po）：工作电流下辐射 出的最大连续光功率。
激光器和探测器简介和应用
FP激光器参数
峰值波长（λp）：在规定输出功 率下，最大强度的光谱波长。
P-I曲线：总发射功率（P）与注 入电流（I）的关系曲线。
耦合效率：激光器出纤光功率与 激光二极管发射光功率的比值。
激光器和探测器简介和应用
工作电流和功率
P（mW）
Po
Ith
Iop I（mA）
激光器和探测器简介和应用