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手術室廣播對講系統(tǒng)廠家-半導體激光器

2023-10-20 12:11

      光發(fā)送機與光接收機統(tǒng)稱為光端機。

      光端機是光纖通信系統(tǒng)中的光纖傳輸終端設備,它們位于電端機和光纖傳輸線路之間(見圖9.2)。

      光發(fā)送機的主要作用是將電端機送來的電信號變換為光信號,并耦合進光纖中進行傳輸。光發(fā)送機中的光源是整個系統(tǒng)的核心器件,它的性能直接關系到光纖通信系統(tǒng)的性能和質量指標。

       光接收機的主要作用是將光纖傳輸后的幅度被衰減、波形產生畸變的、微弱的光信號變換為電信號,并對電信號進行放大、整形、再生后,再生成與發(fā)送端相同的電信號,輸入到電接收端機。光接收機中的關鍵器件是半導體光檢測器,它和接收機中的前置放大器合稱光接收機前端。前端性能是決定光接收機的主要因素。

1.光纖通信系統(tǒng)對光源的要求

光纖通信系統(tǒng)對于光源的要求可以概括為:

      • 光源的發(fā)射波長應該與光纖的低損耗窗口一致,即850nm、1310nm和1550nm三個低損耗窗口;

      • 光源有足夠高的、穩(wěn)定的輸出光功率,以滿足系統(tǒng)中繼距離的要求,一般為數(shù)十微瓦至數(shù)毫瓦為宜;

      • 光源的光譜線寬要窄,即單色性好,以減小光纖色散對信號傳輸質量的影響;

      • 調制方法簡單,且要響應速度快,以滿足高速率傳輸?shù)男枰?/p>

      • 電光轉換效率要高;

      • 能夠室溫連續(xù)工作;

      • 體積小、重量輕、壽命長,工作穩(wěn)定可靠。

      目前,滿足上述要求的光源器件是半導體激光器(LD)和半導體發(fā)光二極管(LED),它們在不同的光纖通信系統(tǒng)中用作光發(fā)送機的光源。

2.半導體激光器

(1)基本原理

       受激輻射是半導體激光器的基本工作原理。半導體激光器是由共價單晶體所制成的。在半導體材料中,原子是緊密地按一定規(guī)則排列的。由于電子的共有化運動,使能級產生了分裂.并形成了能帶,如圖9所示。晶體中電子填充能帶遵守泡利不相容原理和能量最小原理。低能帶首先被占滿,稱為滿帶;價電子占據的能帶稱為價帶;價帶上面的自由電子占據的能帶稱為導帶;導帶和價帶之間是不能被電子占據的禁帶,通常用Eg表示導帶和價帶之間的能量差,稱為禁帶寬度

Eg=Ee一Ev(9-20)

式(9-20)中,Ee為導帶底的能量;Ev為價帶頂?shù)哪芰俊?/p>

圖9  半導體的能帶結構

        一般來說,處于高能態(tài)的一導帶的電子是不穩(wěn)定的,它們會向低能態(tài)一價帶躍遷,而將能量以光子的形式釋放出來。這種發(fā)光過程可以通過自發(fā)輻射和受激輻射這兩個基本形式而進行。但受激輻射的產生還必須有光場的激發(fā),自發(fā)輻射則不需要。在自發(fā)輻射中,產生的是非相干光。半導體發(fā)光二極管(LED)正是利用了自發(fā)輻射的效應而發(fā)光。在受激輻射中產生的是相干光,半導體激光器(LD)正是利用這個原理制成的。

       當晶體中有光場存在,且光子的能量hf≥Ec-Ev(f為光子的頻率)時,處于導帶上的電子在光場的激發(fā)下躍遷到價帶上,同時發(fā)射出一個和激發(fā)光子一模一樣的光子。這一過程即為受激輻射。受激輻射使原來的光場加強,光波被放大。

       要產生激光必須使受激輻射占主導地位,這就需要導帶上的電子密度高于價帶上的電子密度一實現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布。實現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布需要給半導體激光器外加激勵(泵浦),采用的方式是對PN結加正向電流。在半導體激光器內部實現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布、具有光放大的區(qū)域稱為有源區(qū)。

 (2)半導體激光器的結構

       半導體光源的核心是PN結,它由高摻雜濃度的P型半導體材料和N型半導體材料組成。

       半導體激光器的基本結構如圖9-10所示。在P區(qū)和N區(qū)之間的PN結區(qū)為有源區(qū)(或激活區(qū)),這種結構稱為異質結構;兩個端面為自然解理面形成平行反射鏡,構成光學諧振腔。有源區(qū)為光提供增益,而諧振腔的作用是提供光學正反饋,并控制激光束的特性。

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