1-1 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications 第五章 光纤通信中的光源
第一节 激光产生的基本原理
第二节 半导体激光器的基本概念
第三节 异质结半导体激光器的工作原理
第四节 半导体激光器的工作特性
1-2 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
1,光源的作用是将电信号转换成光信号。
2.光纤通信中常用的光源器件有半导体激光二极管和发光二极管。
优点：
(1)发射波长与光纤的低损耗或低色散波长相一致；
(2)能够在室温下连续工作,输出功率满足光纤通信系统的要求；
(3)谱线宽度可以做的较窄,以减少光纤中的色散的影响；
(4)体积小,重量轻,使用寿命长,与光纤耦合效率高,调制简便。
1-3 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
一,原子的能级结构
A.能级
B.Boltzman Distribution
12,2,1
/)12(
1
2
1
N2 0
gggg
TkEE
e
g
g
N
令简并度分布各能级上的相对粒子数第一节 激光产生的基本原理
1-4 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
二 光的辐射和吸收
A自发辐射
1.原子在外界影响的情况下,处在高能级上的电子会自发的向低能级跃迁而发光。
1-5 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
2.自发辐射几率 A21:单位时间内 N2个高能态的原子中发生自发跃迁的原子数与 N2的比值自发辐射 Einstain系数。
(dN21)sp:由于自发跃迁引起的有 E2向 E1跃迁的原子数
3.能级的平均寿命?=1/A21
4.自发辐射的特点,
(1) 各个处于高能级的粒子都是自发地,独立的进行跃迁；
(2) 辐射光子的频率不同,自发辐射的频率范围很宽；
(3) 发射方向和相位也不同；
(4) 非相干光发射,不同频率,相位,偏振方向,简并度。
2
21
21
1
Ndt
dN
A
sp
1-6 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
B,受激吸收
1,
处于低能级的 E1的一个原子,在频率为 f的辐射场的作用下,吸收一个能量为 hf的光子,并受激的向 E2能级跃迁 hf=E2-E1。
2 受激吸收几率,
N11)12(12 stdtdNr?
1
12
12
1
Ndt
dNr
st
1-7 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
r12不仅与原子性质有关,而且还与外界辐射场的能量密度?f（单位体积内，频率处于 f附近的单位频率间隔中的电磁辐射能量）
有关：
B12受激吸收跃迁 Einstain系数,它只与原子性质有关。
C,受激辐射
1.
处于高能级 E2的一个原子,在频率为 f=(E2-E1)/h的光子激发下,
受激的向 E1能级跃迁,同时,放出一个能量为 hf=E2-E1的光子
2.受激辐射跃迁几率
f
rB
12
12?
1-8 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
是受激辐射跃迁的 Einstain系数三,激光产生的条件
A,(1) Amplifying Medium
(2) Pumping Source
(3) Optical Feedback (Cavity)
B.粒子数反转阈值条件,增益 =损耗
2
21
21
1
Ndt
dNr
st
frB?/2121?
损耗系数小信号增益
i
21
0
1
ln
2
1
RRL
g i
1-9 Cop
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications
C,相位平衡条件,激光器必须工作在谐振腔的工作模式上。
光腔的驻波条件,在腔内形成驻波。
nL
c
qf
q
nL
q
L
q
q
q
2
2'2
2
L'
总结,lasers
1.Optical gain + feedback
2,Spontaneous and stimulated emission
3,Threshold,discrete spectrum,narrow
radiation pattern
yri
gh
t W
an
g Y
an
2009-7-21
Optical fiber
communications 第五章 光纤通信中的光源
第一节 激光产生的基本原理
第二节 半导体激光器的基本概念
第三节 异质结半导体激光器的工作原理
第四节 半导体激光器的工作特性
1-2 Cop
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Optical fiber
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1,光源的作用是将电信号转换成光信号。
2.光纤通信中常用的光源器件有半导体激光二极管和发光二极管。
优点：
(1)发射波长与光纤的低损耗或低色散波长相一致；
(2)能够在室温下连续工作,输出功率满足光纤通信系统的要求；
(3)谱线宽度可以做的较窄,以减少光纤中的色散的影响；
(4)体积小,重量轻,使用寿命长,与光纤耦合效率高,调制简便。
1-3 Cop
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一,原子的能级结构
A.能级
B.Boltzman Distribution
12,2,1
/)12(
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2
1
N2 0
gggg
TkEE
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令简并度分布各能级上的相对粒子数第一节 激光产生的基本原理
1-4 Cop
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二 光的辐射和吸收
A自发辐射
1.原子在外界影响的情况下,处在高能级上的电子会自发的向低能级跃迁而发光。
1-5 Cop
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2.自发辐射几率 A21:单位时间内 N2个高能态的原子中发生自发跃迁的原子数与 N2的比值自发辐射 Einstain系数。
(dN21)sp:由于自发跃迁引起的有 E2向 E1跃迁的原子数
3.能级的平均寿命?=1/A21
4.自发辐射的特点,
(1) 各个处于高能级的粒子都是自发地,独立的进行跃迁；
(2) 辐射光子的频率不同,自发辐射的频率范围很宽；
(3) 发射方向和相位也不同；
(4) 非相干光发射,不同频率,相位,偏振方向,简并度。
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B,受激吸收
1,
处于低能级的 E1的一个原子,在频率为 f的辐射场的作用下,吸收一个能量为 hf的光子,并受激的向 E2能级跃迁 hf=E2-E1。
2 受激吸收几率,
N11)12(12 stdtdNr?
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12
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r12不仅与原子性质有关,而且还与外界辐射场的能量密度?f（单位体积内，频率处于 f附近的单位频率间隔中的电磁辐射能量）
有关：
B12受激吸收跃迁 Einstain系数,它只与原子性质有关。
C,受激辐射
1.
处于高能级 E2的一个原子,在频率为 f=(E2-E1)/h的光子激发下,
受激的向 E1能级跃迁,同时,放出一个能量为 hf=E2-E1的光子
2.受激辐射跃迁几率
f
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是受激辐射跃迁的 Einstain系数三,激光产生的条件
A,(1) Amplifying Medium
(2) Pumping Source
(3) Optical Feedback (Cavity)
B.粒子数反转阈值条件,增益 =损耗
2
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损耗系数小信号增益
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communications
C,相位平衡条件,激光器必须工作在谐振腔的工作模式上。
光腔的驻波条件,在腔内形成驻波。
nL
c
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2
2'2
2
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总结,lasers
1.Optical gain + feedback
2,Spontaneous and stimulated emission
3,Threshold,discrete spectrum,narrow
radiation pattern
