光器件及基本的光測(cè)量

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1、常見光纖傳感器的原理及應(yīng)用基本的光纖測(cè)量光纖光柵傳感器234主要內(nèi)容OTDR與分布式光纖傳感器5信號(hào)的檢測(cè)與處理6光功率的檢測(cè)光纖損耗的檢測(cè)光譜的檢測(cè)光相位的檢測(cè)光有源器件定義：需要外加能源驅(qū)動(dòng)工作的光電子器件半導(dǎo)體光源(LD,LED,DFB,DBR,QW,VCSEL)半導(dǎo)體光探測(cè)器(PD,PIN,APD）光纖激光器（OFL:單波長(zhǎng)、多波長(zhǎng)）光放大器(SOA,EDFA)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器(XGM,XPM,FWM)光調(diào)制器光開關(guān)/路由器原子的激發(fā)和輻射E2E1N2N1h?1.自發(fā)輻射原子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的會(huì)自發(fā)躍遷到低能級(jí)同時(shí)放出一個(gè)光子這個(gè)過(guò)程叫自發(fā)輻射2.受激吸收E2E1N2N1h?

2、●原子就可能吸收光子而從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)這個(gè)過(guò)程叫受激吸收●原子就可能吸收光子而從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)原子就可能吸收光子這個(gè)過(guò)程叫受激吸收而從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)原子就可能吸收光子當(dāng)入射光子的能量h?等于E2?E1時(shí)另有某個(gè)能量為E2的高能級(jí)若原子處在某個(gè)能量為E1的低能級(jí)若入射光子的能量h?等于原子高、低能級(jí)的能量差E2?E1且高能級(jí)上有原子存在時(shí)入射光子的電磁場(chǎng)就會(huì)誘發(fā)原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)同時(shí)放出一個(gè)與入射光子完全相同的光子3.受激輻射全同光子:h?E2E1N2N1●●頻率相位振動(dòng)方向傳播方向相同受激輻射有光放大作用好激光器：??1?s??10ms980nmE3E1E2148

3、0nm鉺離子（Er3+）的能帶結(jié)構(gòu)和光放大原理光耦合器(合波器)光隔離器光濾波器光隔離器摻鉺光纖(10–50m)泵浦光源光輸出EDFA的組成部分:摻鉺光纖,泵浦光源,光耦合器(合波器),光隔離器,光濾波器光輸入EDFA的增益譜PN結(jié)耗盡區(qū)3)使激光具有極好的單色性（選頻）激勵(lì)能源全反射鏡部分反射鏡激光1.光學(xué)諧振腔的作用1.光學(xué)諧振腔的作用2)增強(qiáng)光放大作用（相當(dāng)于延長(zhǎng)了工作物質(zhì)）1)使激光具有極好的方向性（沿軸線）1.光學(xué)諧振腔的作用半導(dǎo)體激光器的工作特性光-電流(L-I)特性和光譜特性I>Ith:閾值條件;Ith:閾值電流可靠性較高室溫下連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)光功率－電流線性度好價(jià)格非

4、常便宜驅(qū)動(dòng)電路較為簡(jiǎn)單輸出功率小發(fā)射角大譜線寬響應(yīng)速度低效率高體積小調(diào)制速率快單色性好響應(yīng)速度高LEDLaser1.在一些簡(jiǎn)易的光纖傳感器的設(shè)計(jì)中，如果LED能夠勝任，選用它作為光源即可大大降低整個(gè)傳感器的成本。2.在一些需要功率高、調(diào)制速率快、單色性好的光源的傳感器設(shè)計(jì)中需要Laser。1、超輻射的概念超輻射光是有自發(fā)發(fā)射光子在增益介質(zhì)中傳播經(jīng)歷了受激放大過(guò)程而得到的。我們把放大了的自發(fā)發(fā)射稱為超輻射。這是一種強(qiáng)激發(fā)狀態(tài)下定向的輻射現(xiàn)象，當(dāng)激發(fā)密度足夠高時(shí)，自發(fā)發(fā)射的光子受激放大呈雪崩式倍增，發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)強(qiáng)度超線性地急劇增加，譜線寬度變窄，由初始的自發(fā)發(fā)射占主導(dǎo)地位很快地演變?yōu)?/p>

5、以受激發(fā)射為主要特征。理想的超輻射光是一種相位不一致的非相干光。光功率—電流特性LD、SLD、LED、ASE比較LD：1.利用受激輻射，因此功率非常高；2.經(jīng)過(guò)F-P腔的篩選作用，因此輸出光的頻譜很窄，光源相干性好。SLD：1.利用受激輻射，輸出功率很高；2.沒(méi)有F-P腔的篩選作用（這是它跟激光器的最大不同），輸出光的頻譜較寬，在幾十nm。LED：1.只利用自發(fā)輻射，輸出功率很低；2.輸出光頻譜較寬，也在幾十nm。ASE:1.只利用自發(fā)輻射，輸出功率較高；2.輸出光頻譜較寬，也在幾十nm。光探測(cè)器PN結(jié)光電效應(yīng)1.本產(chǎn)品屬靜電敏感器件，請(qǐng)遵守靜電敏感器件的防護(hù)措施。2.焊接管腳用的

6、電烙鐵應(yīng)正確接地，以防漏電擊穿器件。光電檢測(cè)器的特性指標(biāo)光電檢測(cè)器的工作特性1.響應(yīng)度在一定波長(zhǎng)的光照射下，光電檢測(cè)器的平均輸出電流與入射的平均光功率之比稱為響應(yīng)度(或響應(yīng)率)。響應(yīng)度可以表示如下：式中：Ip為光生電流的平均值(單位：A)；P為平均入射光功率值(單位：W)。響應(yīng)度是器件在外部電路中呈現(xiàn)的宏觀靈敏特性，而量子效率是器件在內(nèi)部呈現(xiàn)的微觀靈敏特性。量子效率定義為通過(guò)結(jié)區(qū)的載流子數(shù)與入射的光子數(shù)之比，常用符號(hào)η表示：2.量子效率式中：e是電子電荷，其值約為1.6×10-19G；ν為光頻。h是普朗克常數(shù)，c是光在真空中的速度,λ是光電檢測(cè)器的工作波長(zhǎng)。代入相應(yīng)數(shù)值后，可以得到

7、：從上式可以看出：在工作波長(zhǎng)一定時(shí)，η與ρ具有定量的關(guān)系。例能量為1.53x10-19J的光子入射到光電二極管上，此二極管的響應(yīng)度為0.65A/W，如果入射光功率為10uW，則產(chǎn)生的光電流為：例有一個(gè)InGaAs材料的光電二極管，在100ns的脈沖時(shí)段內(nèi)共入射了波長(zhǎng)為1300nm的光子6x106個(gè)，平均產(chǎn)生了5.4x106個(gè)電子空隙對(duì)，則其量子效率可以等于：幾種不同材料的pin光電二極管響應(yīng)度和量子效率與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線量子效率響應(yīng)度光子能量一定時(shí)，量子效率與光功率無(wú)關(guān)