Ec 高能带Ec 高能带Ec2 输入光OMhy d hv EvI Ey 低能带E2 低能带E (a)光的自发辐射(发光二极管)(b)光的吸收(光检测器) 高能带 h A>> 输入光 输出光 ,> E 低能带E2 (c)光的受激发射(激光二极管) 图11.5半导体中光的自发辐射、受激发射和吸收
低能带 高能带 EC3 EV2 hν EC2 EC1 EV3 EV1 hν 低能带 高能带 EC3 EV2 hν EC2 EC1 EV3 EV1 hν 输入光 Eg （a） 光的自发辐射（发光二极管） （b）光的吸收（光检测器） 低能带 高能带 EC3 EV2 hν EC2 EC1 EV3 EV1 输入光 hν hν 输出光 （c） 光的受激发射（激光二极管） 图1.1.5 半导体中光的自发辐射、受激发射和吸收
激光二极管LD的工作机理为受激发射,即在入射光的激发下,产生 与入射光频率、相位、偏振方向及传播方向一样的发射光,当然,后者 的强度远远大于前者,见图1.1.5(c)。要实现受激发射需要两个条件: 是高能带上的电子密度要大于低能带上的电子密度,这种状态称为粒 子数反转,可采用通过向半导体激光二极管注入正向电流的方式来实现 粒子数反转;二是半导体激光器中必须存在光子谐振腔,并在谐振腔里 建立起确定的振荡,从而得到单色性和方向性好的激光输出
激光二极管LD的工作机理为受激发射，即在入射光的激发下，产生 与入射光频率、相位、偏振方向及传播方向一样的发射光，当然，后者 的强度远远大于前者，见图1.1.5（c）。要实现受激发射需要两个条件： 一是高能带上的电子密度要大于低能带上的电子密度，这种状态称为粒 子数反转，可采用通过向半导体激光二极管注入正向电流的方式来实现 粒子数反转；二是半导体激光器中必须存在光子谐振腔，并在谐振腔里 建立起确定的振荡，从而得到单色性和方向性好的激光输出
1.1.3光纤通信的优势 光纤通信与其它通信手段的主要区别有两点,一是载波频率很高;二是 用光纤作为传输介质,其优势体现在以下几个方面 1.信道带宽极宽,传输容量大 随着社会信息化进程的发展,人们对通信的依赖程度越来越高,对通信 系统运载信息能力的要求也日趋增强,有线通信从明线发展到电缆,无 线通信从短波发展到微波和毫米波,都是试图通过提高载波频率来提高 信道容量,而光纤中传输的光波是迄今为止使用频率最高的载波,其传 输容量无疑是最高的 限于器件等技术因素的制约,目前光纤通信应有通信能力并没有完全发 挥出来。例如,理论上一个光纤可以同时传输近100亿路电话和1000万 路电视节目,而实用水平为每对光纤传输48万多路电话信号 在实际使用中,常使用组合光纤数不等的光缆,加之一些新技术 的应用,如密集波分复用技术,其传输容量可以满足任何条件下信息传 输的需要
1.1.3 光纤通信的优势 光纤通信与其它通信手段的主要区别有两点，一是载波频率很高；二是 用光纤作为传输介质，其优势体现在以下几个方面： 1. 信道带宽极宽，传输容量大 随着社会信息化进程的发展，人们对通信的依赖程度越来越高，对通信 系统运载信息能力的要求也日趋增强，有线通信从明线发展到电缆，无 线通信从短波发展到微波和毫米波，都是试图通过提高载波频率来提高 信道容量，而光纤中传输的光波是迄今为止使用频率最高的载波，其传 输容量无疑是最高的。 限于器件等技术因素的制约，目前光纤通信应有通信能力并没有完全发 挥出来。例如，理论上一个光纤可以同时传输近100亿路电话和1000万 路电视节目，而实用水平为每对光纤传输48万多路电话信号。 在实际使用中，常使用组合光纤数不等的光缆，加之一些新技术 的应用，如密集波分复用技术，其传输容量可以满足任何条件下信息传 输的需要
2.中继距离长 所谓中继距离是指传输线路上不加放大器时信号所能传输的最大距离 当信号在传输线上传输时,由于传输线的损耗会使信号不断衰减,信号 传输的距离越长,其衰减程度就越多,当信号衰减到一定程度后,对方 就收不到信号。为了延长通信的距离往往要在传输线路上设置一些放大 器,也称为中继器,将衰减了的信号放大后再继续传输,显然,中继器 越多,传输线的成本就越高,通信的可靠性也会降低,若某一中继器出 现故障,就会影响全线的通信。 在通信系统设计中,传输线路的损耗是要考虑的基本因素,表1.1列出了 电缆和光纤每千米传输损耗,可见,光纤的传输损耗较之电缆要小很多, 所以能实现很长的中继距离,在1550nm波长区,光纤的衰减系统可低至 0.2dB/km,它对降低通信成本,提高通信的可靠性及稳定性具有特别重 大的意义。目前,光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达200多公里, 而同轴电缆系统的最大中继距离仅为6公里
2. 中继距离长 所谓中继距离是指传输线路上不加放大器时信号所能传输的最大距离。 当信号在传输线上传输时，由于传输线的损耗会使信号不断衰减，信号 传输的距离越长，其衰减程度就越多，当信号衰减到一定程度后，对方 就收不到信号。为了延长通信的距离往往要在传输线路上设置一些放大 器，也称为中继器，将衰减了的信号放大后再继续传输，显然，中继器 越多，传输线的成本就越高，通信的可靠性也会降低，若某一中继器出 现故障，就会影响全线的通信。 在通信系统设计中，传输线路的损耗是要考虑的基本因素，表1.1列出了 电缆和光纤每千米传输损耗，可见，光纤的传输损耗较之电缆要小很多， 所以能实现很长的中继距离，在1550nm波长区，光纤的衰减系统可低至 0.2dB/km，它对降低通信成本，提高通信的可靠性及稳定性具有特别重 大的意义。目前，光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达200多公里， 而同轴电缆系统的最大中继距离仅为6公里
表1.1光纤和电號的损耗比较 线路炎型 损耗dB1m 对称电 2.0(4z时 细同轴电〔b1.2/44 524(1Hx时),28.70〔30mz时 粗同轴电縐〔b2.249.4 2.42(1Hx时),1877〔60mz时 850-m放长多核光纤 1310mm波长多核光纤 <1 1310mm波长雄核光纤 0.56 1550mm波长单核光纤 0.2