第6光源和光放大器

光源和光放大器發(fā)光二極管發(fā)光二極管的工作特性激光器原理半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器的工作特性窄譜寬和可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器光放大器光纖激光器垂直腔面發(fā)射激光器2通信用光器件：光有源器件：需要外加能源驅(qū)動工作的光器件。光無源器件：不需要外加能源驅(qū)動工作的光器件。功能：實現(xiàn)系統(tǒng)各組成間信道的互通、分路/和路、復(fù)用/解復(fù)用、光路轉(zhuǎn)接、波長/頻率選擇、功率控制、噪聲濾除、反向隔離、偏振選擇控制等。3光有源器件：光源：半導(dǎo)體激光器（LD）分布反饋（DFB）激光器發(fā)光二極管（LED）光檢測器：光電二極管（PD）PIN光電二極管雪崩光電二極管（APD）光放大器：摻鉺光纖放大器（EDFA）4光無源器件：光纖連接器和接頭光耦合器光隔離器與光環(huán)行器光調(diào)制器光波分復(fù)用器/解復(fù)用器光開關(guān)56半導(dǎo)體激器氣體激光器固體激光器二氧化碳激光器半導(dǎo)體光源優(yōu)點：體積小效率高可靠性高工作波長與光纖低損耗窗口相對應(yīng)便于光纖耦合調(diào)制速率高半導(dǎo)體光源：

在注入電流作用下，電子從低能級躍遷到高能態(tài)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，電子再從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)產(chǎn)生光子而發(fā)光。7能級理論：原子由原子核和核外沿固定軌道旋轉(zhuǎn)的電子組成；電子在特定的能級中運動，并通過與外界交換能量發(fā)生能級躍遷；能級所對應(yīng)的能量值是離散的。能帶理論——針對半導(dǎo)體材料價帶導(dǎo)帶8處于高能態(tài)（導(dǎo)帶）電子不穩(wěn)定，向低能態(tài)（價帶）躍遷，而能量以光子形式釋放出來，發(fā)射光子的能量hυ等于導(dǎo)帶價帶能量差，即hυ＝Ec-Ev＝Eg。發(fā)光過程：

自發(fā)發(fā)射：處于高能態(tài)的電子按照一定的概率自發(fā)地躍遷到低能態(tài)上，并發(fā)射一個能量為E2-E1的光子；

9受激發(fā)射：處在高能態(tài)的電子在外界光場的感應(yīng)下，發(fā)射一個和感應(yīng)光子一模一樣的光子，躍遷到低能態(tài)。10自發(fā)發(fā)射

光子隨機地向各個方向發(fā)射，每次發(fā)射沒有確定的相位關(guān)系—非相干光。

LED通過自發(fā)發(fā)射過程發(fā)光。11受激發(fā)射

光子的發(fā)射方向、相位、頻率都與激發(fā)它們的光子相同——相干光。

LD通過受激發(fā)射過程發(fā)光。12半導(dǎo)體的能帶：半導(dǎo)體材料的的能級結(jié)構(gòu)不是分離的能級，而是有一定寬度的帶狀結(jié)構(gòu)。價帶（能量較低）導(dǎo)帶（能量較高）禁帶13

能級、費米-狄拉克統(tǒng)計分布和費米能級由物理學(xué)知識知道，物質(zhì)是由原子構(gòu)成的，原子又是由原子核及其外圍電子來構(gòu)成，而電子圍繞原子核運動只能有某些一定的不連續(xù)的軌道。由于沿每個軌道運行時就有一定相應(yīng)的能量，這些分立的能量值就稱為能級。14

半導(dǎo)體中的電子雖然是作無規(guī)則運動，但是，從量子統(tǒng)計學(xué)觀點來看，電子在不同能級上占據(jù)的幾率f(E)還是有規(guī)律的，他們服從費米-狄拉克統(tǒng)計分布規(guī)律。1516即式中，f（E）——能量為E的能級被一個電子占據(jù)的幾率；

E——某一能級的能量值；

k——玻耳茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K(焦耳/開)；

T——絕對溫度