通信用光器件级.pptx

会计学一、激光产生的物理(wùlǐ)基础玻尔兹曼分布(fēnbù)曲线2、光与物质(wùzhì)相互作用光与物质(wùzhì)相互作用（续）半导体能级(néngjí)结构半导体中载流子分布(fēnbù)图3.3PN结的能带和电子分布
(a)P-N结内载流子运动(yùndòng)；(b)零偏压时P-N结的能带图；
(c)正向偏压下P-N结能带图－在PN结形成(xíngchéng)一个特殊的增益区，获得了粒子数反转
N区电子向P区运动，形成(xíngchéng)增益区的导带多为电子
P区空穴向N区运动，形成(xíngchéng)增益区的价带多为空穴
在电子和空穴运动过程中，产生自发辐射光
导带的电子跃迁到价带和空穴复合激光(jīguāng)的产生光学谐振腔：两个平行反射镜构成法布里－珀罗(F-P)谐振腔
－腔内是处于粒子(lìzǐ)数反转的激活物质，产生自发辐射光和受激辐射光
－自发辐射的入射光沿轴线方向被反射和放大，传播方向不断改善
成为相干光，激光产生了
－腔内产生的激光的波长由激光振荡的相位条件决定，即驻波的条件二、半导体激光器（LD）结构(jiégòu)图3.6DH激光器工作(gōngzuò)原理
(a)双异质结构；(b)能带；
(c)折射率分布；(d)光功率分布半导体激光器的发射波长和光谱(guāngpǔ)特性图3.7GaAlAsDH激光器的光谱特性(tèxìng)
(a)直流驱动;(b)300Mb/s数字调制激光器输出的光束横模分别取决于有源区的宽度和厚度
宽度和厚度足够(zúgòu)小，多横模分布变成单横模
半导体激光器的特性(tèxìng)温度升高，输出光功率下降
－激光器的阈值电流随温度升高而增大(zēnɡdà)
－转换效率随着温度升高而变小3.频率特性图3.11半导体激光器的直接(zhíjiē)调制频率特性分布式反馈(fǎnkuì)激光器分布式反馈(fǎnkuì)激光器发光(fāɡuānɡ)二极管（LED)LED与LD性能(xìngnéng)的不同:(a)正面(zhèngmiàn)发光型；(b)侧面发光型3.2光电检测器光电二极管（PD)为了提高耗尽层光电效应产生的电流分量，减少热运动产生的扩散电流分量对光电二极管施加反向(fǎnxiànɡ)偏压，增大耗尽层的宽度，减小中性区的宽度。
漂移运动比扩散运动快得多，可以提高响应速度.
为了提高转换效率和响应速度，设计新的光检测器
PIN光电二极管
雪崩光电二极管（APD）/光电二极管//PIN光电二极管的主要(zhǔyào)特性量子效率(xiàolǜ)和响应度取决于材料的特性和器件的结构。由图可见，Si适用(shìyòng)于0.8~0.9μm波段，
Ge和InGaAs适用(shìyòng)于1.3~1.6μm波段。
响应度一般为0.5~0.6(A/W)噪声：是反映光电二极管特性的一个重要(zhòngyào)参数，它直接影响
光接收机的灵敏度。式(3.22)第一项2eIpB称为量子噪声，是由于入射光子和所形成的电子-空穴(kōnɡxué)对都具有离散性和随机性而产生的。只要有光信号输入就有量子噪声。这是一种不可克服的本征噪声，它决定光接收机灵敏度的极限。
式(3.22)第二项2eIdB是暗电流产生的噪声。暗电流是器件在反偏压条件下，没有入射光时产生的反向直流电流，它包括晶体材料表面缺陷形成的泄漏电流和载流子热扩散形成的本征暗电流。暗电流与光电二极管的材料和结构有关，例如Si-PIN，Id<1nA，Ge-PIN，Id>100nA。均方热噪声电流(diànliú):雪崩(xuěbēng)光电二极管（APD）3.3光无源器件(qìjiàn)连接器与接头(jiētóu)连接器光耦合器图3.28常用(chánɡyònɡ)耦合器的类型耦合器基本(jīběn)结构图3.29光纤型耦合器
(a)定向(dìnɡxiànɡ)耦合器；(b)8×8星形耦合器；(c)由12个2×2耦合器组成的8×8星形耦合器定向(dìnɡxiànɡ)耦合器主要(zhǔyào)特性光隔离器与光环形(huánxínɡ)器几个(jǐɡè)概念：隔离器工作(gōngzuò)原理与输入(shūrù)光的偏振态无关的隔离器环形(huánxínɡ)器光调制器电光效应(xiàoyìng)(铌酸锂晶体）马赫(mǎhè)－曾德尔（MZ）干涉型调制器