激光器与光发射机第组.ppt

调制电路和控制电路 直接光强调制的数字光发射机主要电路有调制电路,控制电路和线路编码电路,采用激光器作光源时,还有偏置电路.对调制电路和控制电路的要求如下: 输出光脉冲通断比应大于10 脉冲的宽度应远大于开通延迟(电光延迟)时间 尽可能不出现张弛振荡 应诺采用自动功率控制(APC)和自动温度控制(ATC) 线路编码电路 线路编码之所以必要,是因为电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性码,而光源不能发射负脉冲,所以要变换为适合于光纤传输的单极性码. 第三十页，共四十三页，2022年，8月28日 半导体激光器的瞬态性质 半导体激光器具有电光转换效率高、响应速度快、可以进行直接调制的优点，被视为光纤通信中的理想光源。但在对半导体激光器进行脉冲调制时，激光器往往呈现出复杂的动态性质——光电瞬态响应。 电光延迟 张弛振荡 自脉动 第三十一页，共四十三页，2022年，8月28日 第一页，共四十三页，2022年，8月28日 光源 半导体激光器(LD)工作原理和基本结构 自发发射和受激发射的特点 F-P谐振腔 半导体激光器的主要特性 分布反馈激光器DFB LD 半导体激光器LD 发光二极管LED 光发射机 调制 光发射机的基本组成 半导体激光器的瞬态性质 激光器控制电路 第二页，共四十三页，2022年，8月28日 光源 半导体激光器(LD)工作原理和基本结构 半导体激光器的主要特性 分布反馈激光器 发光二极管(LED) 半导体光源一般性能和应用 第三页，共四十三页，2022年，8月28日 半导体激光器(LD)工作原理和基本结构 基本结构包括:工作物质,揩振腔和泵浦源.其中工作物质和泵浦源是实现光的自发发射、受激吸收和受激发射的最基本条件。 自发发射：大量处于高能级的粒子，各自分别发射一列一列频率为?=(E2 -E1) /h的光波，但各列光波之间没有固定的相位关系，可以有不同的偏振方向，沿所有可能的方向传播。各光子彼此无关。 受激发射：处于高能级E2的粒子受到光子能量为?的光照射时，粒子会由于这种入射光的刺激而发射出与入射光一模一样的光子，并跃迁到低能级E1上。有相同的偏振方向和传播方向。 第四页，共四十三页，2022年，8月28日 自发发射和受激发射的特点 自发发射的同时总伴有受激发射发生。 在热平衡情况下，自发发射占绝对优势。 当外界给系统提供能量时，如采用光照（即光泵）或电流注入（即电泵），打破热平衡状态，大量粒子处于高能级，即粒子数反转后，在发光束方向上的受激发射比自发发射的强度大几个数量级。 总结激光发射的首要条件： 工作物质（即能实现粒子跃迁的晶体材料，如GaAs和InGaAsP） 外界供给能量?满足粒子数反转（常采用电流注入法） 第五页，共四十三页，2022年，8月28日 F-P谐振腔 只有增益介质而无光学 反馈装置，便不能形成激光 将已实现粒子数反转分布 的系统置于严格平行的一对 反射镜之间便形成F-P谐振腔。 光在两个反射镜之间往返多 次过程中，得到放大。 第六页，共四十三页，2022年，8月28日 半导体激光器的主要特性 发射波长和光谱特性 h?=Eg 式中 ?=c/λ, ?(Hz)和λ=(μm)分别为发射光的频率和波长，c=3×108m/s为光速，h=6.628×10-34J·S为普朗克常数，1ev=1.6×10-19J。得到： λ=hc/Eg=1.24/Eg 第七页，共四十三页，2022年，8月28日 激光器纵模的概念： 激光器的纵模反映激光器的光谱性质。对于半导体激光器，当注入电流低于阈值时，发射光谱是导带和价带的自发发射谱，谱线较宽；只有当激光器的注入电流大于阈值后，谐振腔里的增益才大于损耗，自发发射谱线中满足驻波条件的光频率才能在谐振腔里振荡并建立起场强，这个场强使粒子数反转分布的能级间产生受激辐射，而其他频率的光却受到抑制，使激光器的输出光谱呈现出以一个或几个模式振荡，这种振荡称之为激光器的纵模。 第八页，共四十三页，2022年，8月28日 (a) (b) GaGlAs-DH 激光器的光谱特性 (a)直流驱动 (b)300Mb/s数字调制 第九页，共四十三页，2022年，8月28日 转换效率和光功率特性 下图是典型激光器的光功率特性曲线。 当IIth时激光器发出的是自发辐射光；当IIth时，发出的是受激辐射光，光功率随 驱动电流的增加而增加 第十页，共四十三页，2022年，8月28日 第十一页，