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?激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)
1、光發(fā)送機(jī)與光源
光發(fā)送機(jī)的作用：（1）將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光信號(hào)；（2）將光信號(hào)耦合進(jìn)光纖后進(jìn)行傳輸。其中，電信號(hào)由數(shù)字復(fù)用設(shè)備輸入進(jìn)來(lái)的。
光發(fā)送機(jī)的核心部件是光源。目前光纖通信系統(tǒng)一般采用的光源：半導(dǎo)體激光二極管（LD）和發(fā)光二極管（LED）。這類光源的特點(diǎn)是體積小，與光纖之間的耦合效率高，響應(yīng)速度快，可以在較高速率條件下直接強(qiáng)度調(diào)制。
2、激光產(chǎn)生基礎(chǔ)
粒子數(shù)正常分布：在通常情況下，處于高能級(jí)的粒子數(shù)總是遠(yuǎn)少于處于低能級(jí)上的粒子數(shù)。
粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布：高能級(jí)的電子數(shù)量多于低能級(jí)電子數(shù)量的分布。（可以給予額外的能量，把處于低能級(jí)的電子激發(fā)到高能級(jí)上去）
3、激光的形成與產(chǎn)生過(guò)程
激光的形成
裝置要求：只需允許有部分的光能夠透射出去就OK了。
激光產(chǎn)生過(guò)程
① 能量激勵(lì)，讓E2與E1之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布
當(dāng)用能量為hf31=E3-E1的外界激勵(lì)去激勵(lì)激光物質(zhì)時(shí)，處于低能級(jí)E1上的電子被激發(fā)到了高能級(jí)E3上，但很快就自發(fā)躍遷返回到亞穩(wěn)級(jí)E2上。
這樣持續(xù)不斷的外部激勵(lì)的結(jié)果，就使得大量電子處于E2能級(jí)，這樣就在E2與E1之間形成了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，此時(shí)受激輻射占主要地位，原子向外發(fā)射能量為（E2-E1）的光子。
② E2上的電子發(fā)生受激輻射并激發(fā)出新光子，受激輻射光子數(shù)不斷增加
大量頻率為hf21=（E2-E1）/h的受激輻射光子在F-P反射腔內(nèi)沿任意方向運(yùn)動(dòng)，與諧振腔軸線方向運(yùn)動(dòng)不一致的光子，很快通過(guò)諧振腔的側(cè)面射出腔外。
只有沿著軸線方向運(yùn)動(dòng)的光子，可以在諧振腔內(nèi)繼續(xù)前進(jìn)。
光子運(yùn)動(dòng)中可能繼續(xù)激勵(lì)處于亞穩(wěn)能級(jí)E2上的電子，使其發(fā)生受激輻射并激發(fā)出新光子，類似的運(yùn)動(dòng)不斷進(jìn)行使得原子產(chǎn)生的受激輻射光子數(shù)不斷增加。
③ 保持外部激勵(lì)，直到受激輻射光子總數(shù)遠(yuǎn)大于由于各種原因所損失掉的光子數(shù)
保持足夠強(qiáng)度的外部激勵(lì)，使得上述連續(xù)反應(yīng)持續(xù)不斷，將使原子激發(fā)出大量同向運(yùn)動(dòng)的受激輻射光子，諧振腔內(nèi)的光子流不斷加強(qiáng)。
原子在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生的受激輻射光子總數(shù)遠(yuǎn)大于由于各種原因所損失掉的光子數(shù)時(shí)，諧振腔內(nèi)就可以產(chǎn)生足夠的受激輻射光及反饋放大，形成穩(wěn)定的振蕩并最終通過(guò)M2反射鏡射出，形成強(qiáng)度高、方向性一致的相干光，也就是激光。
4、激光產(chǎn)生的三個(gè)必要條件
激光LASER是受激輻射的光放大（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的縮寫(xiě)。用來(lái)產(chǎn)生激光的裝置，就叫做激光器。
激光器包括的基本部分 工作物質(zhì) 激光器的組成核心，也就是發(fā)光物質(zhì) 光學(xué)共振腔 形成激光振蕩，輸出激光。 激勵(lì)系統(tǒng) 將各種形式的外界能量轉(zhuǎn)換成激光光能，通常是激光器的電源。
半導(dǎo)體激光器工作原理
顧名思義，半導(dǎo)體激光器就是使用半導(dǎo)體材料作為激光物質(zhì)的激光器。
當(dāng)前在光纖通信方面產(chǎn)生受激輻射的半導(dǎo)體材料用得較多的是砷化鎵（GaAs）。
半導(dǎo)體材料是一種單晶體。晶體中，原子緊密地按照一定規(guī)則排列。各原子外層的軌道互相重迭，使半導(dǎo)體材料的能級(jí)已不像前述的單個(gè)原子那樣的分立的能級(jí)，而變成了能帶，如下圖。
半導(dǎo)體能帶圖
半導(dǎo)體激光器的核心部分是一個(gè)PN結(jié)。
這個(gè)PN結(jié)是高度摻雜的，P型半導(dǎo)體中空穴極多，N型半導(dǎo)體中自由電子極多。
半導(dǎo)體中的載流子是由導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴產(chǎn)生的。
半導(dǎo)體PN結(jié)
外加正向電壓時(shí)的PN結(jié)
只有足夠大的正向電壓、保證電流足夠大時(shí)，才能產(chǎn)生激光。
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