半导体激光器

Ith = I0 exp (K/K0)
Ith2 = Ith1 exp (K2-K1)/K0) 4). 相对强度噪声RIN 它定义为:相对输出光功率的变化的功率谱密度。 RIN 对光反射非常敏感 5). 频率啁啾
5.半导体激光器的瞬态性质
1)、瞬态现象:半导体激光器在进行直接调制时显示出来的现象。 （1）张弛振荡和电光延迟：固有的瞬态现象 （2）自脉动现象：内部不均匀所致
通过周期性的波纹结构提供的光耦合来建立 光振荡，即布喇格反射原理 单纵模振荡 线性度好 线宽窄：布拉格反射可比作多级调谐，使谐 振波长的选择性大为提高。 稳定性好：因为光栅有助于锁定在给定的波 长上，使其温度漂移很小。 动态谱特性好：高速调制下也保持单模振荡， 虽然动态谱宽度要比静态谱宽展宽，但较F-P 腔LD展宽小得多。
外微分量子效率D：对应P－I特性中阈值以上的线性范围的斜率。
D = [ (Pex – Pth )/ h] / [(I - Ith ) / e0] [ Pex / h] / [(I - Ith ) / e0]
pex = D h(I - Ith ) / e0
3). 温度特性 随温度升高： 阈值电流增加 ,外微分量子效率下降, 峰值波长向 长波长方向移动
3.832＜∨＜5.136 HE11,TE01,TM01,HE21 EH11,HE31,HE12
低次模的归一化传输常数随V的变化
阶跃折射率光纤: M=V2/2 渐变折射率光纤
M=V2/4
二.光源和光调制
半导体光源： 半导体激光器(LD)和半导体发光二极管(LED) 半导体光源的优点： 体积小、重量轻、耗电少、易于光纤耦合 发射波长适合在光纤中低损耗传输 可以直接进行强度调制 可靠性高
光纤通信系统 总复习
一.光纤的传输理论
1. 基本的光纤和光缆的结构
基本结构: 纤芯（core）, 包层（cladding）,涂敷层 (jacket). 纤芯的折射率 略大于包层的折射率。 光纤材料：石英光纤, 塑料光纤
光纤的主要类型
basic type of Fiber
多模光纤: 阶跃折射率 . 渐变折射率 单模光纤:阶跃折射率 光纤的相对折射率 差: 最大群时延: 数值孔径:
= ( n1 － n2) / n1
NA=
n1 2 － n2 2
=
n1
2
缆芯结构
光缆 的结构
层 绞 式
骨 架 式
大 束 管 式
带 式
外护层结构分类
无铠装光缆
皱纹钢带装防蚁光缆
PE：聚乙烯 PSP：聚乙烯-钢-聚乙烯
皱纹钢带铠装光缆
PAP：聚乙烯- 铝-聚乙烯
2.光纤传输的性质
1) 损耗 (dB/km) :固有损耗. 非固有损耗
2、 半导体激光器的激射条件
(1)有源区里实现足够的粒子数反转分布 当处于高能级上的电子数N2大于处于低能级上的电子数
N1 时，受激辐射占据主导地位，光被放大。 N2 > N1 的
情况是一种处于非热平衡状态下的反常情况（外界激励） ，通常称为粒子数反转分布，或布局反转。(给PN结加正
向电压)
(2)存在光学谐振机理，并在有源区里建立起稳定的振荡
1.激光器的基础知识 1).能级的光跃迁: 受激辐射.受激吸收.自发辐射 光子的能量为hf N N , ( ) 0 2 1 2).吸收煤质
N2 e ( E 2 E1 ) / Kk 1 N1
放大煤质
N 2 N1 , ( ) 0
粒子数翻转分布，布居翻转 对应激光放大状态
3.半导体激光器的结构、分类和主要性质
1)、F-P腔激光器
振幅条件：使激光器成为阈值器件
e (th- )2L • R = 1
晶体的天然解理面
增加增益的方法：加大注入电流
( ) = (N2 - N1)C2 g() / (8n22sp)
相位条件 ：使激光器的发射光谱呈模式振荡 2L＝q2 q=1,2,3,…
4.半导体激光器的基本性质
1). 阈值特性 2). 效率
功率效率P：定义为激光器输出光功率Pex与注入激光器的电功率Pin之比。 p = Pex / (VjI + I2Rs) 内量子效率i：定义为有源区里每秒钟产生的光子数与有源区里每秒钟注入的 电子-空穴对数之比。 i = Rr / (Rnr + Rr) 外量子效率ex：定义为激光器每秒钟实际输出的光子数与每秒钟外部注入的 电子－空穴对数之比。 ex = ( pex/h) / ( I/e0 ) 由于 h Eg e0V 因此 ex pex / IV
模内色散 （intramodal dispersion） 材料色散 波导色散 偏振模色散 后三种色散类型统称为模内色散
3.光纤的模式理论
归一化频率 V = (2a/) (n12- n22)1/2
V < 2.405 HE11 基模
2.405＜∨＜3.832 HE11,TE01,TM01,HE21

10 P log10 in L Pout
光纤中低损耗窗口 0.85 mm (< 2.5dB/km) 1.3 mm (< 0.4dB/km) 1.55mm (< 0.2dB/km)
dBm = 相对于1mW功率的dB 0 dBm = 1mW 10 dBm = 10mW 20 dBm = 100mW
2)色散（Dispersion) 模式色散 (intermodal dispersion) ： 多模光纤中各模式在同一频率下有不 同的群速度，因而形成模式色散。
2)、量子阱激光器 结构特点：有源区非常薄 量子阱(QW，Quantum Well) 半导体 激光器是一种窄带隙有源层夹在宽带隙半 导体材料中间或交替重叠生长，有源层厚 度小至德布罗意波长量级的新型半导体激 光二极管。 性能特点： 阈值电流低,输出功率高 谱线宽度窄，频率啁啾改善 调制速率高
3)、DFB激光器

2
1 2 sp
j j 1 j ( ) jth j 2 sp jth
2

1
1
Байду номын сангаас
sp ph
j
j jth ( ) jth j
[ ( 1)]1 / 2 sp ph jth
张弛振荡的衰减时间0 = 1/，与sp 同一数量级，并随注入电流的