題目：半導(dǎo)體激光器原理及在光纖通信中的應(yīng)用

1、半導(dǎo)體激光器的工作原理及在光纖通信中的應(yīng)用,1960年5月15日，加州休斯實(shí)驗(yàn)室的梅曼（T.H.Maiman,1927）制成了世界上第一臺(tái)紅寶石激光器，獲得了世界上第一束激光，波長(zhǎng)為694.3納米。,紅寶石激光器,連續(xù)式（功率可達(dá)104 W） 脈沖式（瞬時(shí)功率可達(dá)1017W /cm2 ）,,2、按工作方式分類,激光器是利用受激輻射原理使光在某些受激發(fā)的物質(zhì)中放大或振蕩發(fā)射的器件。激光器的種類：,1、按工作物質(zhì)分類,固體激光器（如

2、紅寶石Al2O3） 液體激光器（如某些染料） 氣體激光器（如He-Ne、CO2） 半導(dǎo)體激光器（如砷化鎵 GaAs） 自由電子激光器,,激光器,半導(dǎo)體激光器（Laser Diode),半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩的。光受激輻射、發(fā)出激光必須具備三個(gè)要素： 激活介質(zhì)經(jīng)受激后能實(shí)現(xiàn)能級(jí)之間的躍遷； 能使激活介質(zhì)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的泵

3、浦裝置； 放置激活介質(zhì)的諧振腔，提供光反饋并進(jìn)行放大，發(fā)出激光。,,,hυ,初態(tài),,,終態(tài),受激輻射：在高能級(jí)E2的電子，受到入射光的作用，被迫躍遷到低能級(jí)E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量產(chǎn)生光輻射，這種躍遷稱為受激輻射。,光子的特點(diǎn)：相干光,,,,,,,產(chǎn)生激光的必要條件一：受激輻射占主導(dǎo)地位,半導(dǎo)體激光器的工作原理,導(dǎo)帶,價(jià)帶,,,,,,,,,,,,,,,導(dǎo)帶,價(jià)帶,,,,,,,,,,,,,,正常分布,反轉(zhuǎn)分布,產(chǎn)生激光的必要條件二：

4、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,半導(dǎo)體激光器的工作原理,,,,,,,,,光增益,EC,,,,,EV,,,,,,,,,,,,,,,,,產(chǎn)生激光的必要條件三：有光學(xué)諧振腔,半導(dǎo)體激光器的工作原理,請(qǐng)看半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生激光原理—?jiǎng)赢嬔菔?半導(dǎo)體激光器基本結(jié)構(gòu),1）、同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器,,,正向電壓V時(shí)形成的雙簡(jiǎn)并能帶結(jié)構(gòu),PN能帶,PN結(jié)LD的特點(diǎn)：閾值電流高，常溫下不能連續(xù)工作,2）、異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器,為了獲得高勢(shì)壘,要求兩種材料的禁帶寬度有較大的差值。

5、,同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖,光纖通信原理,光纖通信是用光作為信息的載體，以光纖作為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。,圖：光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成,光纖通信的基本單元為三個(gè)部分：光發(fā)射機(jī)、光纖和光接收機(jī)。光發(fā)射機(jī)由將帶有信息的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置和將光信號(hào)送入光纖的傳輸裝置組成，其中光源是其核心部件，由半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED（Light Emission Diode）或者激光二極管LD（Laser Diode）構(gòu)成。,LD在光纖通信中的應(yīng)用,圖

6、：光的受激發(fā)射（激光二極管）,圖：光發(fā)射模塊實(shí)物圖,光纖放大器,光信號(hào)沿光纖傳輸一定距離后，會(huì)因?yàn)楣饫w的衰減特性而減弱，從而使傳輸距離受到限制。為了使信號(hào)傳送的距離更大，就必須增強(qiáng)光信號(hào)。光放大器起著對(duì)光波放大的作用，用于彌補(bǔ)光信號(hào)傳輸一定距離后，因光纖衰減致使的光功率減弱。大功率LD的重要應(yīng)用就是作為光纖放大器的泵浦光源。,光放大器是基于受激輻射機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)入射光功率放大的，工作原理如圖：,圖：光放大器的原理,光纖通信為什么選用LD？,

7、比較理想的光源。發(fā)出的光：激光，是一種相干光。發(fā)光原理：受激輻射。優(yōu)點(diǎn)：尺寸小，耦合效率高，響應(yīng)速度快，波長(zhǎng)和尺寸與光纖尺寸適配，可直接調(diào)制，相干性好。實(shí)用性：適用于高效率、大容量的光纖通信系統(tǒng)。,圖：LD外形圖和輸出特性,LD在光纖通信中的作用,1978年，半導(dǎo)體激光器開(kāi)始應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)，半導(dǎo)體激光器可以作為光纖通信的光源和指示器以及通過(guò)大規(guī)模集成電路平面工藝組成光電子系統(tǒng)。由于半導(dǎo)體激光器有著超小型、高效率和高速

8、工作的優(yōu)異特點(diǎn)，所以這類器件的發(fā)展，一開(kāi)始就和光通信技術(shù)緊密結(jié)合在一起，它在光通信、光變換、光互連、并行光波系統(tǒng)、光信息處理和光存貯、光計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的光禍合等方面有重要用途。半導(dǎo)體激光器的問(wèn)世極大地推動(dòng)了信息光電子技術(shù)的發(fā)展，到如今，它是當(dāng)前光通信領(lǐng)域中發(fā)展最快、最為重要的激光光纖通信的重要光源.半導(dǎo)體激光器再加上低損耗光纖，對(duì)光纖通信產(chǎn)生了重大影響，并加速了它的發(fā)展。因此可以說(shuō)，沒(méi)有半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)，就沒(méi)有當(dāng)今的光通信。,LD在其