光检测器：能量转换器件即光导致电的器件 光放大器：直流光能转换成交流光能。 光无源器件：光纤连接器 光无源器件：光定向耦合器、光衰减器、
光隔离器、光调制器等
3.1 光源器件
光发射部分的核心：光源，它是组成光纤 通信系统的重要器件。
光源器件是光发射机的核心，它的作用是 将电信号转换成光信号。光纤通信中常用的 光源器件有半导体激光器LD和半导体发光二 极管LED两种。
4)晶体能带：半导体是由大量原子有次序的周期 性排列的晶体。
L为腔的几何长度。上式为激光器的相位平衡条件， 通常又称为光腔的驻波条件，当满足该条件时， 腔内形成驻波。
4．激光器纵模与纵模间隔
(1).纵模——光场沿轴Z向变化模式
(2).纵模间隔：相邻的两个纵模的谐振频率 间 隔 ：△f0q=c/2nL ;
波长表示纵模间隔，则近似为： △λ0q=λ20/2nL
2)频率选择及正反馈 光学谐振腔
3)阈值条件和相位条件
➢ 激光产生的过程
激活物质和光学谐振器只是激光产生 的必要条件，要产生激光振荡，还必须 满足一定的阈值条件和相位条件。
激光产生的过程 ？简述
泵浦源
P入
光子流输出
P反
M1 r1 = P反/ P入
M2， r2
Z 腔轴
M1的功率反射率100%，M2的功率反射率为90％左右， 以便从M2获得激光输出。把激活物质放在两个反射镜之间。
3.1.1 发光机理 1．原子的能级结构
Femi统计规律
在热平衡状态时，粒子在各能级之间的分布应 服从费米统计规律。
f（E）＝1/[1＋exp（E-Ef）/K0T ] (3.1)
f（E)—能量为E被电子占据的机率（概率）
Ef —费米能级。它与物质的特性有关，它只是反 映电子在各个能级中分布情况的一个参量（它是抽 象的不存在的一个能级）。
3)阈值条件（门限）
激光产生的阈值条件是激光产生振荡的最低 条件 。增益＝光学谐振腔的总损耗
P(Z)=P(0) exp[g0－αi]Z （3.2） 式中：P（0）为Z=0处的光功率。光束在腔 内经历一个来回，光功率P(Z)= P(2L)
P(2L)=P(0)r1r2exp[（g0－αi）2L] 要产生振荡，必须满足：
K0=1.38x10-23J/K玻耳滋曼常数
2．光的辐射和吸收
爱 因 斯 坦 于 1917 年 , 根 据 辐 射 与 原 子 相 互作用量子学论提出:光与物质相互作用将 发生自发辐射、受激辐射、受激吸收三种 物理过程。
(a)自发辐射效应 (b)受激吸收效应
(c)受激辐射效应
能级和电子的跃迁图
1）.自发辐射效应(sp)
2）.受激吸收效应
处于低能级的电子，当受到外来的频率 为f＝（E2－E1）/h的光子照射时，原子 中电子可以吸收光子的能量从低能级向高 能级跃迁这个过程叫受激吸收。
条件：必须在外来光子的激励下，且外来 光子能量 hf外≥E2-E1
3）.受激辐射效应（st）
处于高能级E2的电子受到外来光子的感应， 发射一个与感应光子完全相同的光子，即频 率、相位、偏振方向和传播方向相同。
•受激辐射条件： 外来光子能量hf外≥E2-E1
•特点：外来光子与感应光子为全同光子。
•粒子数反转分布?即光放大状态
3. 激光产生的条件
*激光器——指激光自激振荡器。 *激光器是以受激辐射为基础的物质内部原
子内能的变化引起的。 *电振荡器构成 ：
*激光振荡器基本构成 ：
*.激光器振荡必要条件
1)光放大(粒子数反转分布=激活物质) [激光工作物质+泵浦源]
P（2L）≥P(0)
即： r1r2exp[（g0－αi）2L] ≥1 （3.3） exp[（g0－αi）2L] ≥1/ r1r2 (g 0－αi )2L=Ln[1/ r1r2] g 0－αi =[1/2L]×Ln[1/ r1r2]
g0
i
1 ln 2L
1 r1r2
阈值条件可写作：
g0>gt=αi+[1/2L] Ln[1/ r1r2] (3.4) 当g0>α总；g0>gt，激光起振 ，光信号得 放大，逐渐增加，引起增益系数g减小至α总， 维持一个稳定振荡。 当 g0=α总＝gt时，为阈值条件,不能起振， 只能维持很低光强振荡。 当g0<α总为不起振条件。
第3章光纤通信基本器件
内容提要：
3.1 光源器件 3.2 光检测器件 3.3 光纤放大器（EDFA） 3.4 连接器件 3.5 光耦合器和波分复用器 3.6 光隔离器与光环行器 3.7 光衰减器和光开关 3.8 偏振控制器和光调制器
概述
一个完整光纤通信系统需要：有源器件 多种无源器件
激光器、发光二极管:能量转换器件即电导致光 的器件
设E2>E1
处于高能级E2的电子是不稳定的，它将按一 定的概率，自发地（无外界辐射）向低能E1上 跃迁，并在跃迁的过程中发射出一个频率为f， 能量为ε的光子。
特点 ：
自发辐射是独立自发跃迁,产生光为非相干光, 且光子之间互不相干.
释放光子的能量ε=E2-E1 =hf 发射光子的频率f=(E2-E1 ) /h; 定量分析：
1)孤子原子的能级：在原子中存在着一个个分 立能级，电子只能存在于这些分立的能级之上。
2)两个原子的能级：每个能级已经分裂成为两个 彼此靠的很近的能级。
3)大量原子能带：电子不在属于个别原子，它一 方面围绕每个原子运动，同时电子做共有化运 动，相同能量的能级已变成许多靠得很近，分 裂能级——形成带状，称为能带。
Δ f0q
f0q-1 f0q
f0q+1
f
例如q=8，腔长L=（q/2）×8，有8个半个波 长，其谐振频率f08=（c×8）/2nL。
例如q＝10，腔长L＝（λq/2）×10，有10个半 个波长，其谐振频率f010＝（C/2nL）×10。
图3-3 激光振荡的驻波图案
2 半导体激光器的基本结构
1．半导体的能带结构
3)相位条件
激光振荡，不仅是阈值条件，还要满足相位条件。

相互加强叠加意义：入射波与经腔往返一周到原 位置的反射波产生相互叠加（加强干涉），他们 的相位差为零或2π的整数倍。
△φ＝2πq＝K×2L＝(2π/λq) ×2L (3.5)
L＝ q× λq/2
(3.6)
其中：q=1，2，3，…；λq=2L/q为与q值对应的 波导波长；