光纤通信的基本器件
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光纤通信原理与设备
通信学院工程技术教研室
1
光纤通信原理与设备
光源、LD和LED LD和LED的发光原理 LD和LED的优缺点及其使用场合 光检测器的作用和要求 PIN、APD的特点和原理
EDFA的组成、应用和工作原理 光无源器件的功能、结构和工作原理；
2
光纤通信原理与设备
理解光源、LD和LED的含义
对于N1＜N2的状态，称作为负温度状态,即粒子数反转分 布状态。
12
光纤通信原理与设备
半导体发光机理
受激辐射与受激吸收的特点：
1）外来光子能量等于跃迁的能级之差hν ＝E2－E1
2）受激过程中发射的光子与外来光子不仅频率相同，而且相位、偏 振方向、传播方向度相同，称它们为全同光子。 3）过程可以使光得到放大。因为受激过程中发射出来的光子与外来 光子是全同光子，相叠加的结果使光增强，使入射光得到放大。
19
光纤通信原理与设备
3.1 光源
1）加正偏压： 给二极管施加正向偏压后，P层的空穴和N层的电 子注入有源层。空穴与电子复合发光。 2）电子被限：由于限制层的带隙比有源层宽，P层带隙宽，导带 的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒，注入到有源层的电 子不可能扩散到P层。注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。 3）光放大和振荡 这样，注入到有源层的电子和空穴被限制在厚0.1~0.3 μ m的有 源层内形成粒子数反转分布，这时只要很小的外加电流，就可以 使电子和空穴浓度增大而提高效益。 另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有 源区内，因而电/光转换效率很高（放大）， 输出激光的阈值电流（光功率增益大于光功率衰减）很低，很小 的散热体就可以在室温连续工作。 产生激光器的两个条件：放大阈值条件
电子以原子核为中心，按不同的电子层排列在原子核周围 旋转，这些特定的电子层称为能级，对半导体材料，电子的能 级重叠在一起形成能带。其中能量低的能带称为价带E1，能量 高的能带称为导带E2，E2和E1之间的能量差称为禁带，电子不 可能占据禁带。
E3 导带ຫໍສະໝຸດ Baidu
能 带
E2 E1
禁带 价带
中兴通讯网络通信教 育
28
光纤通信原理与设备
3.2 光监测器
二、PIN光电二极管
1、结构
图7 光电二极管结构
29
光纤通信原理与设备
3.2 光监测器
2、工作原理（光电二级管工作原理动画）
PN结界面 电子和空穴 内部电场 的扩散运动
如果光子的能量大于 当入射光作用在PN结时 或等于带隙( hf ≥ Eg ) 发生受激吸收 N-----P
掌捏LD和LED的发光原理
掌握LD和LED的优缺点及其使用场合 理解光检测器的作用和要求 掌握PIN、APD的特点和原理
掌握EDFA的组成、应用和工作原理
掌握光无源器件的功能、结构和工作原理；
3
光纤通信原理与设备
3.1 光源 3.2 光检测器
3.3 光放大器 3.4 光无源器件
4
光纤通信原理与设备
⑥ 寿命长，体积小、重量轻、工作稳定。
5
光纤通信原理与设备
3.1 光源
二、光源分类
在光纤通信中用得最多的光源： 1）半导体光源：半导体发光二极管和半导体激光二极管。
2）非半导体光源：固体激光器和气体激光器等
发光二极管用LED：荧光 激光二极管用LD：激光
6
光纤通信原理与设备
半导体发光机理
三、半导体发光机理
10
光纤通信原理与设备
E2 初态
hf12
E1
E2
终态
E1
(c) 受激辐射（点击动画）
11
光纤通信原理与设备
半导体发光机理
设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2（E2＞E1） 的电子数分别为N1和N2.
正常的状态下，N1＞N2，即低能级上的电子数多，这种状 态称为热平衡状态（即正常分布状态）。
内部电场产生与扩散相反方向的漂移运动，直到P区和N区的Ef 相同，两种运动 处于平衡状态为止，结果能带发生倾斜。
17
光纤通信原理与设备
增益区的产生： 在PN结上施加正向电压，产生与内部 电场相反方向的外加电场，结果能带 倾斜减小，扩散增强。电子运动方向 与电场方向相反，便使N区的电子向P 区运动，P区的空穴向N区运动，最后 在PN结形成一个特殊的增益区。 增益区的导带主要是电子，价带主要 是空穴，结果获得粒子数反转分布。 在电子和空穴扩散过程中，导带的电 子可以跃迁到价带和空穴复合，产生 自发辐射光
光放大技术－放大器分类
35
35
光纤通信原理与设备
光放大技术－掺铒光纤放大器
光隔离器
耦合器
光隔离器 掺铒光纤
输入信号
是为了保证泵浦光与 EDFA中合波器的反射光 不向外洩漏，光隔离器 的特点是只允许正方向 的光进入。
输出信号
把泵浦光与信 号光合并在一 起输入到掺铒 光纤中
泵浦激 光器
把铒离子从E1能级“泵” 到E3能级，使其形成粒 子数反转分布状态，为 受激幅射创造条件。
信号光和与泵浦光同时沿掺铒光 纤传 输，泵浦光的能量被光纤中 的铒离子吸收而跃迁到更 高的能 级，并可以通过能级间的受激发 射转移为信号光的能量。信号光 沿掺铒光纤长度不断放大，泵浦 光 沿掺铒光纤长度不断衰减
EDFA主要是由掺铒光纤、泵浦源、耦合器和光隔离器组成
23
光纤通信原理与设备
3.1 光源
五、发光二极管
发光二极管的发光原理与激光器相同，所用的材料也相同， 所不问的是在结构上激光器有谐振腔，而LED没有谐振腔，且LD发 出的是激光，而LED仅产生自发辐射。发光二极管有两类：表面发 光二极管和边发光二极管等。
1、结构
1）发光二极管结构（点击动画） ①所用材料与LD相同，主要有GaAlAs和InGaAsP ②LED无谐振腔。 ③LED从正面出光，也就是出光方向与有源区垂直。 半导体发光二极管是利用有源区中半导体材料的自发辐射 原理工作的。只要给二极管加上正向电压，就会发出荧光(非相 干光)，它是无阈值器件。
M2
激光输出
全反射镜
中兴通讯网络通信教 育
部分反射镜
15
光纤通信原理与设备 PN结的能带 主要由空穴导电的半导体称为P型半导体。 主要由电子导电的半导体称为N型半导体。
16
光纤通信原理与设备
在P型和N型半导体组成的PN结界面上，由于存在多数载流子(电子或空穴)的梯 度，因而产生扩散运动，形成内部电场。
3.1 光源 3.2 光检测器
3.3 光放大器 3.4 光无源器件
33
光纤通信原理与设备
光放大技术
光放大器的出现和发展克服了高速长距离传输 的最大障碍——光功率受限，这是光通信史上
的重要里程碑。
光放大器是一种不需要经过光/电/光变换而直 接对光信号进行放大的有源器件
34
34
光纤通信原理与设备
24
光纤通信原理与设备 2发光二极管的工作原理
3.1 光源
发光二极管的发光机理与激光器相同；LED没有谐振腔，只能 产生自发辐射，发出的是非相干的荧光，不是激光；由于没有谐 振腔，发出的是多频光，光谱宽度较大(30—40nm)，发散角也 较大，达40—120度
4.4.3LED特性
1.发光二极管具有以下一些持性。 ①由于是自发辐射，所以光谱比较宽，一般在30—40nm范围内。 ②由于不是相干光，光的方向性较差，其发散角在40—120度之间 ③输出的光强和效率都比较低。 ④LED的光功率对温度的依赖性比LD要小。 ⑤P-I曲线的线性范围较大，动态范围大，失真小。（点击动画）
漂移运动
能带倾斜
在耗尽层 内部电场的作用，电子向 形成漂移电流。 N区运动，空穴向P区运动
30
光纤通信原理与设备
3.2 光监测器
三、雪崩光电二极管
1、特点 雪崩光电二极管应用光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离 效应而获得光生电流的雪崩倍增。 2、工作原理（点击动画）
APD的雪崩倍增效应，是在二极管的P-N结上加高反向电压，在结 区形成一个强电场；在高场区内光生载流子被强电场加速，获得高的 动能，与晶格的原子发生碰撞，使价带的电子得到了能量；越过禁带 到导带，产生了新的电子—空穴对；新产生的电子—空穴对在强电场 中又被加速，再次碰撞，又激发出新的电子—空穴对„„如此循环下 去，形成雪崩效应，使光电流在管子内部获得了倍增。 APD就是利用雪崩效应使光电流得到倍增的高灵敏度的检测器。
7
光纤通信原理与设备
半导体发光机理
电子在E2和E1之间的跃迁有三种基本方式:自发辐射、受激 吸收、受激辐射。
8
光纤通信原理与设备
E2
3.1 光源
初态 hf12
E1
E2
终态
E1
(a) 自发辐射（点击动画）
9
光纤通信原理与设备
E2
3.1 光源
初态 hf12
E1
E2
终态
E1
(b) 受激吸收（点击动画）
激光器包括以下3个部分： 必须有产生激光的工作物质（激活物质）； 必须有能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源 （泵浦源）； 必须有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。
14
光纤通信原理与设备
工作物质 可以处于粒子数反转分布状态的工作物质。三能级以上系统可 以得到粒子数反转分布 泵浦源（激励源） 使工作物质产生粒子数反转分布的外界激励源 N2>N1 , 受激辐射>受激吸收 ，从而有光的放大作用。 工作物质已被激活，成为激活物质或称增益物质。 光学谐振腔 提供必要的反馈以及进行频率选择 M1
25
光纤通信原理与设备
3.1 光源
2.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，
图6 光谱特性
26
光纤通信原理与设备
3.1 光源 3.2 光检测器
3.3 光放大器 3.4 光无源器件
27
光纤通信原理与设备
3.2 光检测器
一、概述
1、作用 光电检测器的作用：把光信号转换为电信号，光电检测器是利用半 导体材料的光电效应实现光电转换。 2、要求 ①在系统的工作波长上具有足够高的响应度，即对一定的入射光 功率，能够输出尽可能大的光电流； ②具有足够快的响应速度，能够适用于高速或宽带系统； ③具有尽可能低的噪声，以降低器件本身对信号的影响； ④具有良好的线性关系，以保证信号转换过程中的不失真； ⑤具有较小的体积、较长的工作寿命等； ⑥工作电压尽量低，使用简便。 3、分类 光电二极管（PIN） 雪崩光电二极管（APD）
18
光纤通信原理与设备 3、发光原理（点击动画）
(a) ＋ P Ga1 －x Al xAs P GaAs
3.1 光源
N Ga1 －yAl y As 电 子
－
(b)
E 能 量
复 合
空 穴 n 折 射 率
异 质 势垒
(c)
～ 5%
(d)
P 光
(a) 双异质结构； (b) 能带； (c) 折射率分布； (d) 光功率分布 图2 发光原理
3.1 光源
一、光源作用、要求
1、光源作用 光源是光发射机的关键器件，其功能是把电信号转换为光信号。 2、光器件要求 1.31μ m和1.55μ m）。 ② 输出足够大的功率 ③ 温度特性良好。
① 光源的发光波长应符合目前光纤的三个低损耗窗口（即0.85μ m、
④ 光源的谱线宽度要窄。
⑤ 光源具有高度的可靠性
20
光纤通信原理与设备 4、激光器的基本特征
3.1 光源
1）I-V特性 激光器的阈值电流和输出光功率随温度变化的特性为温度特 性。当电压增加到一定程度时才有输出电流，阈值电流随温度的 升高而加大。
21
光纤通信原理与设备 2）P-I特性
3.1 光源
LD的光功率随着激励电流的变化而变化。当I＜Ith时，发出
31
光纤通信原理与设备
3.2 光监测器
3、光电检测过程
用雪崩光电二极管(APD)将光信号转换为电信号的过程如图所 示。光信号包括信号光和背景光；电信号输出包含信号、背景、 咕电流和非倍增的暗电流;对三种电流．即信号、背景和暗电流 产生雪崩增益；系统的输出包含信号和噪声。
图8 光电监测框图
32
光纤通信原理与设备
受激辐射是半导体激光器发光的基础。
粒子数反转分布是物质产生光放大的必要条件。
中兴通讯网络通信教 育
13
光纤通信原理与设备
3.1 光源
四、激光器
1、激光器的作用
激光器是利用受激辐射过程产生光和光放大的一种器件，它
发出光具有极好的相干性、单色性、方向性和极高的亮度、易于 控制等特点。 2、激光器的模型
的是荧光，光谱很宽，如图（a）所示。当I＞Ith后，发射光谱
突然变窄，谱线中心强度急剧增加，表明发出激光，如图（b） 所示。
图4 光谱特性
22
光纤通信原理与设备
P / mW
3.1 光源
4 3 2 1 0 50
60 ℃
70 ℃
80℃
不激射
22℃ 30℃ 40℃ 50℃
5
1 00
I / mA
图5 P-I特性（点击动画）
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光纤通信原理与设备
光源、LD和LED LD和LED的发光原理 LD和LED的优缺点及其使用场合 光检测器的作用和要求 PIN、APD的特点和原理
EDFA的组成、应用和工作原理 光无源器件的功能、结构和工作原理；
2
光纤通信原理与设备
理解光源、LD和LED的含义
对于N1＜N2的状态，称作为负温度状态,即粒子数反转分 布状态。
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光纤通信原理与设备
半导体发光机理
受激辐射与受激吸收的特点：
1）外来光子能量等于跃迁的能级之差hν ＝E2－E1
2）受激过程中发射的光子与外来光子不仅频率相同，而且相位、偏 振方向、传播方向度相同，称它们为全同光子。 3）过程可以使光得到放大。因为受激过程中发射出来的光子与外来 光子是全同光子，相叠加的结果使光增强，使入射光得到放大。
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光纤通信原理与设备
3.1 光源
1）加正偏压： 给二极管施加正向偏压后，P层的空穴和N层的电 子注入有源层。空穴与电子复合发光。 2）电子被限：由于限制层的带隙比有源层宽，P层带隙宽，导带 的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒，注入到有源层的电 子不可能扩散到P层。注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。 3）光放大和振荡 这样，注入到有源层的电子和空穴被限制在厚0.1~0.3 μ m的有 源层内形成粒子数反转分布，这时只要很小的外加电流，就可以 使电子和空穴浓度增大而提高效益。 另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有 源区内，因而电/光转换效率很高（放大）， 输出激光的阈值电流（光功率增益大于光功率衰减）很低，很小 的散热体就可以在室温连续工作。 产生激光器的两个条件：放大阈值条件
电子以原子核为中心，按不同的电子层排列在原子核周围 旋转，这些特定的电子层称为能级，对半导体材料，电子的能 级重叠在一起形成能带。其中能量低的能带称为价带E1，能量 高的能带称为导带E2，E2和E1之间的能量差称为禁带，电子不 可能占据禁带。
E3 导带ຫໍສະໝຸດ Baidu
能 带
E2 E1
禁带 价带
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光纤通信原理与设备
3.2 光监测器
二、PIN光电二极管
1、结构
图7 光电二极管结构
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光纤通信原理与设备
3.2 光监测器
2、工作原理（光电二级管工作原理动画）
PN结界面 电子和空穴 内部电场 的扩散运动
如果光子的能量大于 当入射光作用在PN结时 或等于带隙( hf ≥ Eg ) 发生受激吸收 N-----P
掌捏LD和LED的发光原理
掌握LD和LED的优缺点及其使用场合 理解光检测器的作用和要求 掌握PIN、APD的特点和原理
掌握EDFA的组成、应用和工作原理
掌握光无源器件的功能、结构和工作原理；
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光纤通信原理与设备
3.1 光源 3.2 光检测器
3.3 光放大器 3.4 光无源器件
4
光纤通信原理与设备
⑥ 寿命长，体积小、重量轻、工作稳定。
5
光纤通信原理与设备
3.1 光源
二、光源分类
在光纤通信中用得最多的光源： 1）半导体光源：半导体发光二极管和半导体激光二极管。
2）非半导体光源：固体激光器和气体激光器等
发光二极管用LED：荧光 激光二极管用LD：激光
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光纤通信原理与设备
半导体发光机理
三、半导体发光机理
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光纤通信原理与设备
E2 初态
hf12
E1
E2
终态
E1
(c) 受激辐射（点击动画）
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光纤通信原理与设备
半导体发光机理
设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2（E2＞E1） 的电子数分别为N1和N2.
正常的状态下，N1＞N2，即低能级上的电子数多，这种状 态称为热平衡状态（即正常分布状态）。
内部电场产生与扩散相反方向的漂移运动，直到P区和N区的Ef 相同，两种运动 处于平衡状态为止，结果能带发生倾斜。
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光纤通信原理与设备
增益区的产生： 在PN结上施加正向电压，产生与内部 电场相反方向的外加电场，结果能带 倾斜减小，扩散增强。电子运动方向 与电场方向相反，便使N区的电子向P 区运动，P区的空穴向N区运动，最后 在PN结形成一个特殊的增益区。 增益区的导带主要是电子，价带主要 是空穴，结果获得粒子数反转分布。 在电子和空穴扩散过程中，导带的电 子可以跃迁到价带和空穴复合，产生 自发辐射光
光放大技术－放大器分类
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光纤通信原理与设备
光放大技术－掺铒光纤放大器
光隔离器
耦合器
光隔离器 掺铒光纤
输入信号
是为了保证泵浦光与 EDFA中合波器的反射光 不向外洩漏，光隔离器 的特点是只允许正方向 的光进入。
输出信号
把泵浦光与信 号光合并在一 起输入到掺铒 光纤中
泵浦激 光器
把铒离子从E1能级“泵” 到E3能级，使其形成粒 子数反转分布状态，为 受激幅射创造条件。
信号光和与泵浦光同时沿掺铒光 纤传 输，泵浦光的能量被光纤中 的铒离子吸收而跃迁到更 高的能 级，并可以通过能级间的受激发 射转移为信号光的能量。信号光 沿掺铒光纤长度不断放大，泵浦 光 沿掺铒光纤长度不断衰减
EDFA主要是由掺铒光纤、泵浦源、耦合器和光隔离器组成
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3.1 光源
五、发光二极管
发光二极管的发光原理与激光器相同，所用的材料也相同， 所不问的是在结构上激光器有谐振腔，而LED没有谐振腔，且LD发 出的是激光，而LED仅产生自发辐射。发光二极管有两类：表面发 光二极管和边发光二极管等。
1、结构
1）发光二极管结构（点击动画） ①所用材料与LD相同，主要有GaAlAs和InGaAsP ②LED无谐振腔。 ③LED从正面出光，也就是出光方向与有源区垂直。 半导体发光二极管是利用有源区中半导体材料的自发辐射 原理工作的。只要给二极管加上正向电压，就会发出荧光(非相 干光)，它是无阈值器件。
M2
激光输出
全反射镜
中兴通讯网络通信教 育
部分反射镜
15
光纤通信原理与设备 PN结的能带 主要由空穴导电的半导体称为P型半导体。 主要由电子导电的半导体称为N型半导体。
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光纤通信原理与设备
在P型和N型半导体组成的PN结界面上，由于存在多数载流子(电子或空穴)的梯 度，因而产生扩散运动，形成内部电场。
3.1 光源 3.2 光检测器
3.3 光放大器 3.4 光无源器件
33
光纤通信原理与设备
光放大技术
光放大器的出现和发展克服了高速长距离传输 的最大障碍——光功率受限，这是光通信史上
的重要里程碑。
光放大器是一种不需要经过光/电/光变换而直 接对光信号进行放大的有源器件
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光纤通信原理与设备 2发光二极管的工作原理
3.1 光源
发光二极管的发光机理与激光器相同；LED没有谐振腔，只能 产生自发辐射，发出的是非相干的荧光，不是激光；由于没有谐 振腔，发出的是多频光，光谱宽度较大(30—40nm)，发散角也 较大，达40—120度
4.4.3LED特性
1.发光二极管具有以下一些持性。 ①由于是自发辐射，所以光谱比较宽，一般在30—40nm范围内。 ②由于不是相干光，光的方向性较差，其发散角在40—120度之间 ③输出的光强和效率都比较低。 ④LED的光功率对温度的依赖性比LD要小。 ⑤P-I曲线的线性范围较大，动态范围大，失真小。（点击动画）
漂移运动
能带倾斜
在耗尽层 内部电场的作用，电子向 形成漂移电流。 N区运动，空穴向P区运动
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光纤通信原理与设备
3.2 光监测器
三、雪崩光电二极管
1、特点 雪崩光电二极管应用光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离 效应而获得光生电流的雪崩倍增。 2、工作原理（点击动画）
APD的雪崩倍增效应，是在二极管的P-N结上加高反向电压，在结 区形成一个强电场；在高场区内光生载流子被强电场加速，获得高的 动能，与晶格的原子发生碰撞，使价带的电子得到了能量；越过禁带 到导带，产生了新的电子—空穴对；新产生的电子—空穴对在强电场 中又被加速，再次碰撞，又激发出新的电子—空穴对„„如此循环下 去，形成雪崩效应，使光电流在管子内部获得了倍增。 APD就是利用雪崩效应使光电流得到倍增的高灵敏度的检测器。
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光纤通信原理与设备
半导体发光机理
电子在E2和E1之间的跃迁有三种基本方式:自发辐射、受激 吸收、受激辐射。
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E2
3.1 光源
初态 hf12
E1
E2
终态
E1
(a) 自发辐射（点击动画）
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E2
3.1 光源
初态 hf12
E1
E2
终态
E1
(b) 受激吸收（点击动画）
激光器包括以下3个部分： 必须有产生激光的工作物质（激活物质）； 必须有能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源 （泵浦源）； 必须有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。
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光纤通信原理与设备
工作物质 可以处于粒子数反转分布状态的工作物质。三能级以上系统可 以得到粒子数反转分布 泵浦源（激励源） 使工作物质产生粒子数反转分布的外界激励源 N2>N1 , 受激辐射>受激吸收 ，从而有光的放大作用。 工作物质已被激活，成为激活物质或称增益物质。 光学谐振腔 提供必要的反馈以及进行频率选择 M1
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光纤通信原理与设备
3.1 光源
2.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，
图6 光谱特性
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3.1 光源 3.2 光检测器
3.3 光放大器 3.4 光无源器件
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光纤通信原理与设备
3.2 光检测器
一、概述
1、作用 光电检测器的作用：把光信号转换为电信号，光电检测器是利用半 导体材料的光电效应实现光电转换。 2、要求 ①在系统的工作波长上具有足够高的响应度，即对一定的入射光 功率，能够输出尽可能大的光电流； ②具有足够快的响应速度，能够适用于高速或宽带系统； ③具有尽可能低的噪声，以降低器件本身对信号的影响； ④具有良好的线性关系，以保证信号转换过程中的不失真； ⑤具有较小的体积、较长的工作寿命等； ⑥工作电压尽量低，使用简便。 3、分类 光电二极管（PIN） 雪崩光电二极管（APD）
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光纤通信原理与设备 3、发光原理（点击动画）
(a) ＋ P Ga1 －x Al xAs P GaAs
3.1 光源
N Ga1 －yAl y As 电 子
－
(b)
E 能 量
复 合
空 穴 n 折 射 率
异 质 势垒
(c)
～ 5%
(d)
P 光
(a) 双异质结构； (b) 能带； (c) 折射率分布； (d) 光功率分布 图2 发光原理
3.1 光源
一、光源作用、要求
1、光源作用 光源是光发射机的关键器件，其功能是把电信号转换为光信号。 2、光器件要求 1.31μ m和1.55μ m）。 ② 输出足够大的功率 ③ 温度特性良好。
① 光源的发光波长应符合目前光纤的三个低损耗窗口（即0.85μ m、
④ 光源的谱线宽度要窄。
⑤ 光源具有高度的可靠性
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光纤通信原理与设备 4、激光器的基本特征
3.1 光源
1）I-V特性 激光器的阈值电流和输出光功率随温度变化的特性为温度特 性。当电压增加到一定程度时才有输出电流，阈值电流随温度的 升高而加大。
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光纤通信原理与设备 2）P-I特性
3.1 光源
LD的光功率随着激励电流的变化而变化。当I＜Ith时，发出
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光纤通信原理与设备
3.2 光监测器
3、光电检测过程
用雪崩光电二极管(APD)将光信号转换为电信号的过程如图所 示。光信号包括信号光和背景光；电信号输出包含信号、背景、 咕电流和非倍增的暗电流;对三种电流．即信号、背景和暗电流 产生雪崩增益；系统的输出包含信号和噪声。
图8 光电监测框图
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光纤通信原理与设备
受激辐射是半导体激光器发光的基础。
粒子数反转分布是物质产生光放大的必要条件。
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光纤通信原理与设备
3.1 光源
四、激光器
1、激光器的作用
激光器是利用受激辐射过程产生光和光放大的一种器件，它
发出光具有极好的相干性、单色性、方向性和极高的亮度、易于 控制等特点。 2、激光器的模型
的是荧光，光谱很宽，如图（a）所示。当I＞Ith后，发射光谱
突然变窄，谱线中心强度急剧增加，表明发出激光，如图（b） 所示。
图4 光谱特性
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P / mW
3.1 光源
4 3 2 1 0 50
60 ℃
70 ℃
80℃
不激射
22℃ 30℃ 40℃ 50℃
5
1 00
I / mA
图5 P-I特性（点击动画）