313分布反馈激光器现代激光器的要求1谱线宽度更窄
半导体分布反馈激光器-DFB
半导体分布反馈激光器半导体分布反馈激光器是采用折射率周期变化的结构实现谐振腔反馈功能的半导体激光器。
这种激光器不仅使半导体激光器的某些性能（如模式、温度系数等）获得改善，而且由于它采用平面工艺，在集成光路中便于与其他元件耦合和集成。
GaAs－GaAlAs分布反馈激光器已实现室温连续工作，阈值3.4×103安/厘米2(320K)。
282K下得到的最大连续输出功率为40毫瓦。
半导体分布反馈激光器- 简介采用折射率周期变化的结构实现谐振腔反馈功能的半导体激光器。
这种激光器不仅使半导体激光器的某些性能（如模式、温度系数等）获得改善，而且由于它采用平面工艺，在集成光路中便于与其他元件耦合和集成。
1970年采用双异质结的GaAs－GaAlAs注入式半导体激光器实现了室温连续工作。
与此同时，贝尔实验室H.利戈尼克等发现在周期结构中可由反向布喇格散射提供反馈，可以代替解理面。
在实验中，最初是把这种结构用于染料激光器，1973年开始用于半导体激光器，1975年GaAs分布反馈激光器已实现室温连续工作。
半导体分布反馈激光器- 原理半导体分布反馈激光器的反馈结构是一种周期结构，反馈靠反向布喇格散射提供（见图）。
为了使正向波与反向波之间发生有效的布喇格耦合,要求光栅周期满足布喇格条件:半导体分布反馈激光器，式中λ0是激射波长,Ng是有效折射率，m＝1、2、3、…(相当于耦合级次)。
对于GaAs材料,一级耦合:Λ＝0.115微米。
在实验中，使用3250埃He－Cd激光和高折射率棱镜(nP=1.539)，已制出Λ＝0.11微米的周期结构（见半导体激光二极管）。
1.结构及工作机理DFB激光器的激光振荡不是靠F—P腔来实现，而是依靠沿纵向等间隔分布的光栅所形成的光耦合，如图2—81所示。
图中光栅的周期为A，称为栅距。
当电流注入激光器后，有源区内电子——空穴复合，辐射出能量相应的光子，这些光子将受到有源层表面每一条光栅的反射。
基于TDLAS技术的在线多组分气体浓度检测系统
基于TDLAS技术的在线多组分气体浓度检测系统孙灵芳;于洪【摘要】为了提高环境气体监测精度,降低设备维护成本需求,设计了一种多组分气体同时或近同时在线检测系统.该系统基于TDLAS技术采用DFB可调谐激光测量气体浓度,能够实现760 nm O2和2 326 nm CO混合气体同时在线监测.设计发射单元、接收单元等模块,分析TDLAS可调谐激光检测、PID温度控制、锁相检测原理.结合火电厂烟道氧量浓度测试,对系统进行了验证.实验结果表明:与传统的工业气体测量装置相比,该系统能获得更高的精度、更快的响应速度以及良好的稳定性,适应恶劣环境能力强,具有较好的实用性及可行性.%In order to improve the accuracy of detecting the environmental gas in the industry and satisfy the requirement for reducing the equipment cost,a meanwhile online or nearly meanwhile on-line multi-component gas detection system was designed.Based on TDLAS technology,this system adopted the DFB tunable laser to detect the gas concentration.Moreover,it can also realize the online simultaneous detection of the mixed gas of 760 nm O2 and 2 326 nm CO.This paper designed and analyzed the modules such as transmitting unit and Receiving unit.TDLAS tunable laser detection,PID temperature control and principle of phase lock detection were analyzed.The system was verified through the test of flue oxygen concentration in the thermal power plant.According to the experimental result,comparing with the traditional industrial gas measuring device,this system has higher accuracy and faster response speed and goodstability,and has the strong ability to function in the harsh environment as well as the high applicability and feasibility.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】5页(P73-77)【关键词】光谱分析;多组分气体;锁相放大;正弦调制;谐波检测【作者】孙灵芳;于洪【作者单位】东北电力大学自动化工程学院,吉林吉林 132012;东北电力大学节能与测控技术研究中心,吉林吉林 132012;东北电力大学自动化工程学院,吉林吉林132012【正文语种】中文【中图分类】TP273可调谐半导体激光吸收光谱技术(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)利用分布反馈激光器(DFB)的窄线宽和波长调谐等特性来实现气体分子“指纹区”吸收谱线的扫描和测量,具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快、适应恶劣环境强等优点[1]。
分布反馈光纤激光器(DFB-FL)波长解调方法的研究的开题报告
分布反馈光纤激光器(DFB-FL)波长解调方法的研究的开题报告一、选题背景与意义随着光通信技术的发展，分布反馈光纤激光器(DFB-FL)逐渐成为光通信领域的重要组成部分。
DFB-FL具有窄线宽、单模、高稳定性等优点，被广泛应用于光通信系统中。
同时，DFB-FL波长对于光通信系统的性能也至关重要。
因此，波长解调方法的研究对于DFB-FL的调制和信号传输具有重要意义。
二、研究目的和内容本研究旨在研究DFB-FL波长解调方法，探究其解调原理。
具体内容如下：1. 分析DFB-FL波长的特点和重要性；2. 探究常见的DFB-FL波长解调方法，如腔内特性法、外差法、腔外特性法等；3. 研究DFB-FL波长解调方法的优缺点，并对其性能指标进行评估比较；4. 综合考虑DFB-FL波长解调方法的特点，探讨优化其解调算法和系统实现方法；5. 利用实验方法验证波长解调方法的有效性和可行性。
三、研究意义1. 探究DFB-FL波长解调方法的原理和性能，可以提高光通信系统的可靠性和稳定性，为系统设计提供更加科学的理论基础；2. 通过比较各种DFB-FL波长解调方法的优缺点，可以为企业和研究机构选择最适合的解调方法提供参考；3. 优化DFB-FL波长解调方法的算法和系统实现方法，可以提高解调效率和准确度，为光通信系统的应用提供更好的技术支持。
四、研究方法和过程本研究采用的研究方法包括文献综述法、数学分析法和实验验证法。
具体过程如下：1. 首先进行文献综述，收集和整理DFB-FL波长解调方法的相关文献和资料；2. 分析DFB-FL波长的特点和重要性，探讨DFB-FL波长解调方法的原理和性能；3. 比较各种DFB-FL波长解调方法的优缺点，评估其性能指标；4. 根据DFB-FL波长解调方法的特点，优化其解调算法和系统实现方法；5. 利用实验方法验证波长解调方法的有效性和可行性。
五、预期成果和进展本研究预期成果包括：1. 完成DFB-FL波长解调方法的综述文献，系统梳理DFB-FL波长解调方法的原理和性能；2. 比较各种DFB-FL波长解调方法的优缺点，分析各方法的性能指标；3. 提出优化DFB-FL波长解调方法的算法和系统实现方法；4. 利用实验方法验证DFB-FL波长解调方法的有效性和可行性。
哈工大光纤通信答案--第5章答案
第5章答案1.答：LED 的发光机理：通过外加正向电压，使粒子数反转分布，依靠自发辐射发光。
LD 的发光机理，通过外加正向电压，使粒子数反转分布，发生自发辐射现象，自发辐射产生的光子，激发高能级电子跃迁到低能级，产生同频，同相，同方向的光子，这些光子通过谐振腔的高反射率界面形成正反馈，当光子的数量足够多，或者说光强度足够高时，光子可以穿透高反射率界面形成激光。
LED 的谱线较宽，发射功率较小，主要用于短距离、小容量的光纤通信系统； LD 的谱线较窄，发射功率较大，主要用于长距离、大容量的光纤通信系统；2.答：当给LED 外加合适的正向电压时，Pp 结之间的势垒(相对于空穴)和Np 结之间的势垒(相对于电子)降低，大量的空穴和电子分别从P 区扩散到p 区和从N 区扩散到p 区(由于双异质结构，p 区中外来的电子和空穴不会分别扩散到P 区和N 区)，在有源区形成粒子数反转分布状态，最终克服受激吸收及其他衰减而产生自发辐射的光输出。
3.答：当给LD 外加适当的正向电压时，由于有源区粒子数的反转分布而首先发生自发辐射现象，那些传播方向与谐振腔高反射率界面垂直的自发辐射光子会在有源层内部边传播、边发生受激辐射放大(其余自发辐射光子均被衰减掉)，直至传播到高反射率界面又被反射回有源层，再次向另一个方向传播受激辐射放大。
如此反复，直到放大作用足以克服有源层和高反射率界面的损耗后，就会向高反射率界面外面输出激光。
4.答：与LED 的谱线宽度相比，单纵模LD 的谱线宽度比较窄，因此它所产生的光信号在光纤中传输时所遭受的色散比较小，根据色散与带宽的倒数关系，可知采用单纵模LD 的光纤通信系统的带宽远大于采用LED 的光纤通信系统。
6.答：光可以被物质材料吸收，物质材料也可以发光。
光的吸收和发射与物质材料内部能量状态的变化有关。
在研究光与物质的相互作用时，爱因斯坦指出存在三种基本过程：自发辐射、受激辐射及受激吸收。
光纤通信考试复习重点
光纤通信考试复习重点简答题一、光纤通信的特点？优点：1、速率高，传输容量大；2、损耗低，传输距离远；3、抗干扰能力强，保密性好；4、质量轻，敷设方便；5、耐腐蚀，寿命长；缺点：线路施工过程中连接较复杂，造价高。
二、光纤通信系统的基本组成，各个单元的作用？主要组成部分包括光纤、光发送器、光接收机、光中继器和适当的接口设备。
光发送机：把输入电信号转换为光信号，最大限度地耦合到光纤线路。
光纤线路：把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
光接收机：把光纤线路输出的微弱光信号转换为电信号，并经放大处理后恢复成原始信号。
三、半导体激光器的结构原理？四、新型半导体激光器1、分布反馈DFB激光器优点：①单纵模激光器；②谱线窄，波长稳定性好；③动态谱线好；④线性好。
2、分布布拉格反射DBR激光器优点：增益区和它的波长选择是分开的，因此可以对它们分别进行控制。
3、量子阱QW激光器优点：①阈值电流低，输出功率大。
② 单纵模，谱线窄，利于调制。
③ 温度要求低。
无需温度控制，无需制冷器。
④ 外微分量子效率大。
⑤ 频率啁啾小，动态单纵模特性好。
4、垂直腔面发射激光器VCSEL 优点：① 实现极低阈值工作；② 平行光互连和光信息处理；③ 圆形光斑，发散角小，方向性好；④ 动态单纵模工作；⑤ 高密度集成；⑥ 适合光电集成电路OEIC 结构。
五、数字光发送机基本组成，各单元模块功能？采用直接调制（IM ）的光发送机主要包括：输入电路（输入盘）和电／光转换电路（发送盘）。
（1）均衡器的作用是对由PCM 电端机送来的HDB3码或CMI 码流进行均衡，用以补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变，保证电、光端机间信号的幅度、阻抗适配，以便正确译码。
（2）码型变换的作用是将适合在电缆中传输的双极性码，通过码型变换转换为适合于光纤线路传输的单极性码。
（3）扰码电路的作用就是当线路码流出现长连“0”或长连“1”的情况 ，有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，从而使“0”、光信号输出NRZ 码HDB3(CMI)电信号输入均衡放大码型变换信号扰码线路编码驱动电路光源时钟提取APC ATC 光监测告警输出输入盘发送盘“1”等概率出现，便于接收端提取时钟信号。
激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
激光原理与技术_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.在锁模激光器中，被锁定的模式数量越多，脉冲周期越短。
参考答案:错误2.对于对称共焦腔，其傍轴光线在腔内往返传输次即可自行闭合，其自再现模式为高斯光束。
参考答案:2##%_YZPRLFH_%##二##%_YZPRLFH_%##两3.谐振腔损耗越大，品质因子越高。
参考答案:错误4.有激光输出时，激活介质不是处于热平衡条件。
参考答案:正确5.在主动锁模激光器中，调制器应该放到谐振腔的一端。
参考答案:正确6.为得到高转化效率的光学倍频，要实现匹配，使得基频波和倍频波的折射率要相等，在他们相互作用过程中，两个基频光子湮灭，产生一个倍频光子。
参考答案:相位7.尽量增加泵浦功率有利于获得单模激光输出。
参考答案:错误8.在调Q激光器中，随着Dni/Dnt的增大，峰值光子数增加，脉冲宽度。
参考答案:变窄##%_YZPRLFH_%##变小##%_YZPRLFH_%##减小9.关于基模高斯光束的特点，下面描述不正确的是。
参考答案:基模高斯光束在激光腔内往返传播时没有衍射损耗10.KDP晶体沿z轴加电场时，折射率椭球的主轴绕z轴旋转了度角。
参考答案:45##%_YZPRLFH_%##四十五11.稳定谐振腔是指。
参考答案:谐振腔对旁轴光线的几何偏折损耗为零12.形成激光振荡的充分条件是。
参考答案:光学正反馈条件和增益阈值条件13.关于谐振腔的自再现模式，下面那个说法是正确的？参考答案:自再现模式与谐振腔的稳定性有关14.三能级激光器的激光下能级是基态，需至少将原子总数的通过泵浦过程转移到激光上能级，才能实现受激辐射光放大。
参考答案:一半##%_YZPRLFH_%##1/2##%_YZPRLFH_%##50%##%_YZPRLFH_%##二分之一##%_YZPRLFH_%##百分之五十15.谱线加宽是指的光谱展宽。
参考答案:自发辐射16.关于自发辐射和受激辐射说法正确的是。
激光的谱线宽度
激光的谱线宽度
激光的谱线宽度是指激光光谱中的频率范围，通常以全宽半最大来表示。
这是通过测量光谱中光强度减半的频率范围来定义的。
激光的谱线宽度取决于多种因素，包括激光器的设计、激发源、放大介质等。
以下是一些影响激光谱线宽度的因素：
激光器类型：不同类型的激光器（例如气体激光器、半导体激光器、固体激光器等）具有不同的谱线宽度特性。
激发源的性质：激发源的特性，如波长、功率和稳定性，会影响激光谱线的宽度。
激光谐振腔：谐振腔的设计和长度也会对谱线宽度产生影响。
激光放大介质：使用的放大介质（例如气体、固体、液体等）的性质会影响激光的谱线宽度。
激光器的工作状态：激光器的工作状态，如温度和压力，也可能对谱线宽度产生影响。
激光器通常被设计为具有较窄的谱线宽度，特别是在科学、医学和通信等领域中需要高分辨率和精确频率的应用。
激光的谱线宽度越窄，其在精密测量和传输信息方面的性能就越好。
第6章 发光器件与光电耦合器件下
激光 :受激放大的光 普通光 :自发辐射光
5
粒子数分布反转
在激光物质中，外来的光子可以引起受激辐射，也可能被 受激吸收，而产生激光的必要条件之一就是受激辐射要占 主导地位，此时就必须从外部给工作物质输入能量，使处 于激发态的载流子多于处于基态的载流子，也就是把载流 于激发态的载流子多于处于基态的载流子，也就是把载流 子的正常分布倒转过来——粒子数反转 子的正常分布倒转过来——粒子数反转 粒子数反转的条件：增益大于阈值增益或注入电流大于阈 粒子数反转的条件：增益大于阈值增益或注入电流大于阈 值电流。
1、有能激活介质的泵浦装置； 有能激活介质的泵浦装置； 能让粒子数反转使受激辐射足以克服损耗； 2、能让粒子数反转使受激辐射足以克服损耗； 有一个谐振腔提供正反馈和高增益， 3、有一个谐振腔提供正反馈和高增益，维持受 激辐射。 激辐射。 半导体激光器是向半导体PN结注入电流 实现 结注入电流，实现 半导体激光器是向半导体 结注入电流 粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振 粒子数反转分布，产生受激辐射， 腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的 腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的
20122012-3-7 7
谐振腔损耗
透过 反射 吸收 散射 衍射
谐振腔 失掉
偏振损失
起偏器泡克尔晶体
20122012-3-7 8
增益和损耗
增益<损耗
增益=损耗
增益>损耗
20122012-3-7
9
法布里 - 珀罗谐振腔 (FabryPerot, FP)
解 理 面
有源区
注入电流
解 理 面
L R1 z=0 R2 z=L
25
L=250µm W=12 µm T=300K
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(3) 输出光功率特性。
发光二极管实际输出的光子数远远小于有源区产生的光子 数，一般外微分量子效率ηd小于10%。两种类型发光二极管的 输出光功率特性示于图3.16。
驱动电流I较小时， P - I曲线的线性较好；I过大时，由于 PN结发热产生饱和现象，使P -I 曲线的斜率减小。
阀值电流 Ith/mA 工作电流 I/mA 输出功率 P/mW 入纤功率 P/mW 调制带宽 B/MHz 辐射角 /() 寿命 t/h 工作温度 /°C
LD
LED
1.3
1.55 1.3
1~2
1~3 50~100
20~30 30~60
100~150
5~10
5~10 1~5
1~3
1~3
0.1~0.3
500~2000 500~1000 50~150
，1 最高调制频率应低于截止频率。
2
图3.17示出发光二极管的频率响应， 图中显示出少数载流子 的寿命τe和截止频率 fc 的关系。
对有源区为低掺杂浓度的LED， 适当增加工作电流可以缩 短载流子寿命，提高截止频率。
10
e£½1.1 ns
Æ µÂÊÏìÓ¦ H( f )
0.1 10
e£½2.1 ns £½6.4
(1) 光谱特性。 发光二极管发射的是自发辐射光， 没有谐振腔对波长的选 择，谱线较宽，如图3.15。
Ïà¶Ô¹âÇ¿
¡÷£½70 nm
1300
²¨³¤/ nm
图 3.15 LE在垂直于发光平面上，正面发光型LED辐射图呈朗伯分布， 即P(θ)=P0 cosθ，半功率点辐射角θ≈120°。
(4) 频率特性。
发光二极管的频率响应可以表示为
|H(f)|=
p( f ) P(0)
1
1 (2f e )2
(3.12)
式中，f 为调制频率，P( f )为对应于调制频率 f 的输出光功率，
τe为少数载流子(电子)的寿命。定义 fc 为发光二极管的截止频率，当
f = f c =1/(2πτe)时，|H(fc)|=
3.1.3 分布反馈激光器
现代激光器的要求： （1）谱线宽度更窄 （2）发射光波长更加稳定，高速率脉冲调制 （3）能实现调谐，保持动态单纵模特性 （4） 阈值电流更低 （5）输出光功率更大
衍射光栅 N层
输出光
P层 有源层
(a)
∧ 光栅
b
a
有源层 (b)
图 3.13 分布反馈(DFB)激光器
(a) 结构； (b) 光反馈
LD通常和G.652或G.653规范的单模光纤耦合，用于1.3μm或 1.55μm大容量长距离系统。
分布反馈激光器(DFB - LD)主要和G.653或G.654规范的单模光 纤或特殊设计的单模光纤耦合，用于超大容量的新型光纤系统。
表3.1 半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)的一般性能
工作波长 /μμ 谱线宽度 / nm
2ne
(3.10)
ne 为材料有效折射率，λB为布喇格波长，m为衍射级数。
在普通光栅的DFB激光器中，发生激光振荡的有两个阈值最 低、增益相同的纵模，其波长为
1,2
B
(1 2
2B )
2ne L
(3.11)
DFB激光器与F-P激光器相比， 具有以下优点：
① 单纵模激光器 ② 谱线窄， 波长稳定性好 ③ 动态谱线好 ④ 线性好
球透镜 环氧树脂
P层 有源层 n层 发光区
微透镜
P型 限 制 层
有源层 波导层 n型 限 制 层
图 3.14两类发光二极管(LED) (a) 正面发光型； (b) 侧面发光型
发光二极管的特点： 输出光功率较小；谱线宽度较宽；调制频率较低；性能稳定，
寿命长；输出光功率线性范围宽；制造工艺简单，价格低廉；适 用于小容量短距离系统 发光二极管的主要工作特性：
GaAs/AlGaAs DBR激光二极管
3.1.4 发光二极管
LD 和LED的区别 LD发射的是受激辐射光 LED发射的是自发辐射光 LED的结构和LD相似，大多是采用双异质结(DH)芯片，
把有源层夹在P型和N型限制层中间，不同的是LED不需要光 学谐振腔， 没有阈值。
发光二极管的类型：正面发光型LED和侧面发光型LED
20×50 106 ~ 107
20×50 30×120
105 ~ 106
108
-20×50 -20×50 -20×50
1.55 60~120
100~150 1~3 0.1~0.2 30~100 30×120 107 -20×50
光源组件实例
分布Bragg反射型激光器DBR LD
• DBR LD的周期性沟槽不在有源波导表面上，而是在有源 层波导两外侧的无源波导层上，这两个无源的光栅波导充 当Bragg反射镜的作用。由于有源波导的增益特性和无源周 期波导的Bragg发射，只有在Bragg频率附近的光波才能满 足振荡条件，从而发射出激光。
e
ns
100 µ÷ÖÆ Æ µÂÊf / MHz
图 3.17 发光二极管(LED)的频率响应
1000
3.1.5 半导体光源一般性能和应用
半导体光源的一般性能表：
3.1和表3.2列出半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)的一般 性能。
LED通常和多模光纤耦合，用于1.3 μm(或0.85 μm)波长的小容 量短距离系统。因为LED发光面积和光束辐射角较大，而多模SIF 光纤或G.651规范的多模GIF光纤具有较大的芯径和数值孔径，有 利于提高耦合效率，增加入纤功率。
分布反馈(DFB)激光器用靠近有源层沿长度方向制作的周期性结构(波纹状) 衍射光栅实现光反馈。这种衍射光栅的折射率周期性变化，使光沿有源层 分布式反馈。
如图3.13所示，由有源层发射的光，一部分在光栅波纹峰反 射(如光线a)， 另一部分继续向前传播，在邻近的光栅波纹峰反射 (如光线b)。
光栅周期
Λ=m B