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GaAs集成光干涉仪的输出部分由三个波导耦合器构成,其中包括单模P+N-N+平板耦合脊型波导。当施加22伏电压时,信号消光比可达到15分贝,且在5至10吉赫频率范围内具有良好的调制深度,这证明了集成光路技术在高频通信中的实用性。
集成光路主要利用三种材料:玻璃、电介质和半导体。其中,特别值得一提的是Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体,它不仅能够制作无源器件,如光波导和耦合器,还能够作为有源器件,如发光二极管、激光器和调制器,甚至可以与光功能器件的驱动和控制电子器件集成,因此实现了单片集成的梦想。这一构想始于1***2年。
半导体集成光路的发展面临着Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体特有的挑战,主要体现在以下几个方面:首先,为了适应集成需求,激光器的能耗必须降低。传统单个激光器的倒装方法不再适用,因此科学家们研发了横向结条型激光器(TJS)和短腔激光器,它们具有较低的阈值电流,有助于实现更小的功率消耗。
随着激光波段扩展,不同颜色的半导体激光器如红外、红光、蓝绿光和紫外光激光器相继开发。此外,还有调谐激光器、电子束激励激光器和集成光路光源等新型激光器,满足了不同应用的需求。
半导体技术的进步催生了光电探测器的广泛应用,红外焦平面阵列技术的进步使得红外探测进入第二代。光电子集成回路和集成光路的集成光学、光电和电子元器件,将推动光通信、光计算等领域的发展。
1、光纤激光器的工作原理如下:由泵浦源发出的泵浦光通过一面反射镜耦合进入增益介质中,由于增益介质为掺稀土元素光纤,因此泵浦光被吸收,吸收了光子能量的稀土离子发生能级跃迁并实现粒子数反转,反转后的粒子经过谐振腔,由激发态跃迁回基态,释放能量,并形成稳定的激光输出。
2、激光器的工作原理主要是通过激发原子或分子,使其从低能级跃迁到高能级,然后回落到低能级并释放出能量,产生光子。这些光子与其它原子相互作用,形成更多的光子,这些光子在增益介质中传播,形成激光。首先,激光器需要一个能源来激发原子或分子。这个能源可以是电、光、化学反应等。
3、从上到下,激光头内部的镜片依次是:准直镜、聚焦镜、保护镜。准直镜:经过聚焦镜之后聚焦光斑的面积相比于从刚从能量光纤出的点光的面积大一倍,能量密度是原来的1/2。聚焦镜:利用激光束的能量进行切制,必须把激光器射山的原始光束经过透镜聚焦,才能形成高能量密度的光斑。
4、电源及泵浦:封闭式CO2激光器的放电电流较小,***用冷电极,阴极用钼片或镍片做成圆筒状。30~40mA的工作电流,阴极圆筒的面积500cm2,不致镜片污染,在阴极与镜片之间加一光栏。泵浦***用连续直流电源激发。
在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。所谓相干调制,就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅(而不象强度检测那样只是改变光的强度),这就需要光信号有确定的频率和相位(而不象自然光那样没有确定的频率和相位),即应是相干光。激光就是一种相干光。
光纤通信中,光导纤维传递光信号的物理原理是利用光的全反射现象,要发生这种现象,必须满足的条件是:光从光密介质射向光疏介质,且入射角等于或大于临界角。光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝,直径只有1~100μm左右。
目前,单个光源的带宽相对较小(多模光纤的频带约几百兆赫,优质单模光纤可达10GHz以上),但通过***用先进的相干光通信技术,可以在30000GHz范围内安排多个光载波进行波分复用,从而容纳大量频道。其次,光纤的损耗极低。
光纤是靠光的全反射来传播信息的,越粗能承载的信息量就越大所以通信就越快啊。
波分复用器件有干涉滤光器型、光纤耦合型和光栅型,每种器件都有其独特的构造和性能要求。光频分复用在波长间隔更小的情况下,如55um窗口的12GHz,能容纳更多光载波,理论上在200nm带宽内可以安排2000个载波,能实现高密度的信息传输。这种技术常与相干光通信技术结合,进一步提高数据传输的效率。
在光通信中,可以作成具有多个纤芯的带状光缆, 而在非通信领域,作为光纤传像束,有将纤芯作成成千上万个的。 其二是使纤芯之间的距离靠近,能产生光波耦合作用。利用此原理正在开 发双纤芯的敏感器或光回路器件。 二十四 空心光纤 将光纤作成空心,形成圆筒状空间,用于光传输的光纤,称作空心光纤 (Hollow Fiber)。
激光二极管主要分为三种类型:常规激光二极管、垂直腔面发射激光器(VCSEL)和分布式反馈激光器(DFB)。常规激光二极管以其简单结构和高效率而受到广泛使用,通常在通信和测量领域应用。垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种具有独特发射模式的激光二极管,其主要特点是光输出沿垂直于芯片平面的方向发射。
激光二极管种类繁多,各有其独特优势和应用领域。DFB-LD,如InGaAsP/InP材料的DFB-LD,通过内置调制器,可实现高速率调制下的动态单纵模输出,适用于高可靠性和低成本的光发射机。其波长由内部微小折射光栅周期决定,适用于大容量、长距离光纤通信。
激光二极管(LD)种类繁多,每种具有特定应用领域。其中,GCSR-LD(光栅耦合***样反射激光二极管)是一种波长可大范围调谐的LD。其独特的结构,从左往右分别为增益、耦合器、相位、反射器区域。
Roithner激光二极管种类繁多,涵盖了紫外、蓝紫、蓝色、绿色、红色以及红外波段,功率范围从毫瓦到瓦级不等,满足了不同应用场景的需求。从375nm到1750nm的波长范围,以及50mW至15W的功率选项,Roithner镭射管提供了广泛的选择,无论是单模还是多模激光,亦或是光电二极管,都能根据具体需求进行选择。
二极管种类有很多,按照所用的半导体材料,可分为锗二极管(Ge管)和硅二极管(Si管)。根据其不同用途,可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。按照管芯结构,又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。
总结来说,VCSEL激光器在光通信和感测领域有着广阔的应用前景,尽管存在技术瓶颈,但随着科研的不断深入,其未来的发展潜力不容忽视。
VCSEL,垂直腔面发射激光器,是一种结合高输出功率、高转换效率和高质量光束等优点的激光技术。相比LED和边发射激光器(EEL),VCSEL在精度、小型化、低功耗和可靠性方面具有显著优势。VCSEL器件有两种基本结构:顶发射结构和底发射结构。
以华为MateBook X,win10为例。
VCSEL激光器:从光通信到消费电子的革命性角色 VCSEL,全称为垂直腔面发射激光器,是一种半导体激光技术的革新,以砷化镓作为核心材料,其发射波段主要聚焦在近红外区。
以华为MateBookX为例,VCSEL本质上是一种半导体激光器,激光器是用来发射激光的装置,而半导体激光器则是以半导体材料为工作物质发射激光的器件,根据激光芯片的结构,半导体激光器可分为边发射激光器和垂直腔面发射激光器。在制作的过程中,VCSEL比边射型激光多了许多优点。
VCSEL,即垂直腔面发射激光器,其独特的设计源于Iga教授的设想,目标是实现激光垂直于器件表面的发射。与传统边发射激光器不同,VCSEL利用DBR(分布式布拉格反射镜)结构,形成上下两个高反射镜面,形成短腔长(通常小于1微米),促使单纵模工作。
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