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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8/9/20231第五章光纤通信中的光源第一节激光产生的基本原理8/1/

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。8/9/202328/1/20232

一.原子的能级结构

A.能级

B.BoltzmanDistribution第一节激光产生的基本原理8/9/20233一.原子的能级结构第一节激光产生的基本原理8/1/2

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。8/9/20234二光的辐射和吸收8/1/20234

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/A214.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。8/9/20235(dN21)sp:由于自发跃迁引起的有E2向E1跃迁的原子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:

8/9/20236B.受激吸收8/1/20236r12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8/9/20237r12不仅与原子性质有关,而且还与外界辐射场的能量密度是受激辐射跃迁的Einstain系数

三.激光产生的条件A.(1)AmplifyingMedium(2)PumpingSource(3)OpticalFeedback(Cavity)B.粒子数反转阈值条件:增益=损耗8/9/20238是受激辐射跃迁的Einstain系数

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。总结:lasers1.Opticalgain+feedback2.Spontaneousandstimulatedemission3.Threshold,discre

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