- 1、本文档共121页,可阅读全部内容。
- 2、原创力文档(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
- 5、该文档为VIP文档,如果想要下载,成为VIP会员后,下载免费。
- 6、成为VIP后,下载本文档将扣除1次下载权益。下载后,不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们。
- 7、成为VIP后,您将拥有八大权益,权益包括:VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。
- 8、VIP文档为合作方或网友上传,每下载1次, 网站将根据用户上传文档的质量评分、类型等,对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档
查看更多
第 3 章 通信用光器
3.1 光源
3.2 光检测器
3.3 光无源器件
;第 3 章 通信用光器件;3.1光源; 3.1.1半导体激光器工作原理和基本结构
半导体激光器是向半导体PN结注入电流, 实现粒子数反转分布,产生受激辐射,再利用谐振腔的正反馈,实现光放大而产生激光振荡的。激光,其英文LASER就是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(受激辐射的光放大)的缩写。所以讨论激光器工作原理要从受激辐射开始。 1. 受激辐射和粒子数反转分布
有源器件的物理基础是光和物质相互作用的效应。在物质的原子中,存在许多能级,最低能级E1称为基态,能量比基态大的能级Ei(i=2, 3, 4 …)称为激发态。电子在低能级E1的基态和高能级E2的激发态之间的跃迁有三种基本方式(见图3.1): ; 图 3.1能级和电子跃迁
(a) 受激吸收; (b) 自发辐射; (c) 受激辐射 ; (1) 在正常状态下,电子处于低能级E1,在入射光作用下,它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上,这种跃迁称为受激吸收。电子跃迁后,在低能级留下相同数目的空穴,见图3.1(a)。
(2) 在高能级E2的电子是不稳定的,即使没有外界的作用, 也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量转换为光子辐射出去,这种跃迁称为自发辐射,见图3.1(b)。
(3) 在高能级E2的电子,受到入射光的作用,被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量产生光辐射,这种跃迁称为受激辐射,见图3.1(c)。 ; 受激辐射是受激吸收的逆过程。 电子在E1和E2两个能级之间跃迁,吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足波尔条件,即
E2-E1=hf12 (3.1)
式中,h=6.628×10-34J·s,为普朗克常数,f12为吸收或辐射的光子频率。
受激辐射和自发辐射产生的光的特点很不相同。受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同,这种光称为相干光。自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的,其频率和方向分布在一定范围内,相位和偏振态是混乱的,这种光称为非相干光??? ; 产生受激辐射和产生受激吸收的物质是不同的。 设在单位物质中,处于低能级E1和处于高能级E2(E2E1)的原子数分别为N1和N2。当系统处于热平衡状态时,存在下面的分布
式中, k=1.381×10-23J/K,为波尔兹曼常数,T为热力学温度。由于(E2-E1)0,T0,所以在这种状态下,总是N1N2。 这是因为电子总是首先占据低能量的轨道。受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2,且比例系数(吸收和辐射的概率)相等。如果N1N2,即受激吸收大于受激辐射。当光通过这种物质时,光强按指数衰减, 这种物质称为吸收物质。 ; 如果N2N1,即受激辐射大于受激吸收,当光通过这种物质时,会产生放大作用,这种物质称为激活物质。N2N1的分布,和正常状态(N1N2)的分布相反,所以称为粒子(电子)数反转分布。问题是如何得到粒子数反转分布的状态呢? 这个问题将在下面加以叙述。
2. PN结的能带和电子分布
半导体是由大量原子周期性有序排列构成的共价晶体。 在这种晶体中,由于邻近原子的作用,电子所处的能态扩展成能级连续分布的能带,如图3.2。能量低的能带称为价带,能量高的能带称为导带,导带底的能量Ec和价带顶的能量Ev之间的能量差Ec-Ev=Eg称为禁带宽度或带隙。电子不可能占据禁带。 ; 图 3.2半导体的能带和电子分布
(a) 本征半导体; (b) N型半导体; (c) P型半导体 ; 图3.2示出不同半导体的能带和电子分布图。根据量子统计理论,在热平衡状态下,能量为E的能级被电子占据的概率为费米分布; 图 3.3PN结的能带和电子分布
(a) P - N结内载流子运动;(b) 零偏压时P - N结的能带图;
(c) 正向偏压下P - N结能带图 ; 一般状态下,本征半导体的电子和空穴是成对出现的, 用Ef位于禁
您可能关注的文档
- 论浙江发展机遇与.pptx
- 论生产系统的合理布置.pptx
- 论语文课堂的组织艺术.pptx
- 论长盛不衰的“朝阳产业”旅游业.pptx
- 论雅哈咖啡网络流媒体策划案.pptx
- 设备制冷系统的基本原理与维修.pptx
- 设备检修及维护保养培训PPT.pptx
- 设备检修计划表.pptx
- 设备维护与故障分析培训纸浆.pptx
- 设备维护保养基础知识课件.pptx
- 《GB/T 12668.7202-2024调速电气传动系统 第7-202部分:电气传动系统的通用接口和使用规范 2型规范说明》.pdf
- 《GB/T 15692-2024制药机械 术语》.pdf
- GB/T 15692-2024制药机械 术语.pdf
- 中国国家标准 GB/T 15692-2024制药机械 术语.pdf
- GB/T 19633.1-2024最终灭菌医疗器械包装 第1部分:材料、无菌屏障系统和包装系统的要求.pdf
- 中国国家标准 GB/T 19633.1-2024最终灭菌医疗器械包装 第1部分:材料、无菌屏障系统和包装系统的要求.pdf
- 《GB/T 19633.1-2024最终灭菌医疗器械包装 第1部分:材料、无菌屏障系统和包装系统的要求》.pdf
- 《GB/T 30117.1-2024非相干光产品的光生物安全 第1部分:通用要求》.pdf
- 《GB/T 33348-2024高压直流输电用电压源换流器阀 电气试验》.pdf
- GB/T 33348-2024高压直流输电用电压源换流器阀 电气试验.pdf
文档评论(0)