《光纖通信有源器》PPT課件

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1、第5章光纖通信-有源器件光纖技術(shù)專題專題一：半導體激光器、半導體發(fā)光二極管p61專題二：光纖激光器專題三：光纖放大器p76半導體激光器半導體激光器是以一定的半導體材料做工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射作用的器件。其工作原理是，通過一定的激勵方式，在半導體物質(zhì)的能帶(導帶與價帶)之間，或者半導體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)(受主或施主)能級之間，實現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復合時，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。半導體激光器半導體激光器的激勵方式主要有三種，即電注入式，光泵式和高能電子束激勵式。電注入式半導體激光器，一般是由GaAs(砷化鎵)，InAs(砷化銦)，In

2、Sb(銻化銦)等材料制成的半導體面結(jié)型二極管，沿正向偏壓注入電流進行激勵，在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射。光泵式半導體激光器，一般用N型或P型半導體單晶(如GaAs,InAs,InSb等)做工作物質(zhì)，以其他激光器發(fā)出的激光作光泵激勵。高能電子束激勵式半導體激光器，一般也是用N型或者P型半導體單晶(如PbS，CdS，ZnO等)做工作物質(zhì)，通過由外部注入高能電子束進行激勵。在半導體激光器件中，目前性能較好，應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式GaAs二極管激光器。半導體激光器半導體激光器發(fā)展現(xiàn)狀半導體激光器又稱激光二極管(LD)。進入八十年代，人們吸收了半導體物理發(fā)展的最新成果，采

3、用了量子阱(QW)和應(yīng)變量子阱(SL-QW)等新穎性結(jié)構(gòu)，引進了折射率調(diào)制Bragg發(fā)射器以及增強調(diào)制Bragg發(fā)射器最新技術(shù)，同時還發(fā)展了MBE、MOCVD及CBE等晶體生長技術(shù)新工藝，使得新的外延生長工藝能夠精確地控制晶體生長，達到原子層厚度的精度，生長出優(yōu)質(zhì)量子阱以及應(yīng)變量子阱材料。制作出的LD，其閾值電流顯著下降，轉(zhuǎn)換效率大幅度提高，輸出功率成倍增長，使用壽命也明顯加長。　　用于信息技術(shù)領(lǐng)域的小功率LD發(fā)展極快。例如用于光纖通信及光交換系統(tǒng)的分布反饋(DFB)和動態(tài)單模LD、窄線寬可調(diào)諧DFB-LD、用于光盤等信息處理技術(shù)領(lǐng)域的可見光波長(如波長為670nm、6

4、50nm、630nm的紅光到藍綠光)LD、量子阱面發(fā)射激光器以及超短脈沖LD等都得到實質(zhì)性發(fā)展。這些器件的發(fā)展特征是：單頻窄線寬、高速率、可調(diào)諧以及短波長化和光電單片集成化等。半導體激光器發(fā)展現(xiàn)狀高功率LD1983年，波長800nm的單個LD輸出功率已超過100mW，到了1989年，0.1mm條寬的LD則達到3.7W的連續(xù)輸出，而1cm線陣LD已達到76W輸出，轉(zhuǎn)換效率達39%。1992年，美國人又把指標提高到一個新水平：1cm線陣LD連續(xù)波輸出功率達121W，轉(zhuǎn)換效率為45%?，F(xiàn)在，輸出功率為120W、1500W、3kW等諸多高功率LD均已面世。高效率、高功率LD及其列

5、陣的迅速發(fā)展也為全固化激光器，亦即半導體激光泵浦(LDP)的固體激光器的迅猛發(fā)展提供了強有力的條件。近年來，為適應(yīng)EDFA和EDFL等需要，波長980nm的大功率LD也有很大發(fā)展。最近配合光纖Bragg光柵作選頻濾波，大幅度改善其輸出穩(wěn)定性，泵浦效率也得到有效提高。特點及應(yīng)用范圍半導體二極管激光器是實用中最重要的一類激光器。它體積小、壽命長，并可采用簡單的注入電流的方式來泵浦其工作電壓和電流與集成電路兼容，因而可與之單片集成。并且還可以用高達GHz的頻率直接進行電流調(diào)制以獲得高速調(diào)制的激光輸出。由于這些優(yōu)點，半導體二極管激光器在激光通信、光存儲、光陀螺、激光打印、測距以及

6、雷達等方面以及獲得了廣泛的應(yīng)用。半導體發(fā)光二極管半導體發(fā)光二極管(lightemittingdiode，LED)發(fā)射的是自發(fā)輻射光（非相干光）。大多采用雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，把有源層夾在P型和N型限制層間，但沒有光學諧振腔，故無閾值。LED分為正面發(fā)光型和側(cè)面發(fā)光型，側(cè)面發(fā)光型LED的驅(qū)動電流較大，輸出光功率小，但光束發(fā)射角小，與光纖的耦合效率高，故入纖光功率比正面發(fā)光型LED高。半導體發(fā)光顯示器件（LED）WhatisLED?Lightemittingdiodes,commonlycalledLEDs,areusedfordozensofdifferentapplication

7、sandarefoundinallkindsofdevices(digitalclocks,remotecontrols,lightupwatchesandtellturnedonindicator).TelevisionscreenP-N結(jié)發(fā)光原理發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)球透鏡環(huán)氧樹脂P層有源層N層發(fā)光區(qū)(a)正面發(fā)光型微透鏡P型限制層有源層波導層N型限制層(b)側(cè)面發(fā)光型LED的光譜特性發(fā)光二極管發(fā)射的是自發(fā)輻射光，沒有光學諧振腔對波長的選擇，譜線寬，短波長LED譜線寬度為30～50nm。長波長LED的譜線寬度為6～120nm