十三、電子也能發(fā)光

在烽火臺通信中，光源就是烽火本身；在旗語、旗號中，光源是自然光。但這些原始的光源自然無法適用于現(xiàn)代的光纖通信?，F(xiàn)代光通信用的多是專門的半導體光源。

那么，半導體光源是怎么發(fā)出光的？這里就需要介紹簡單的光電知識了。

在單個原子中，帶負電荷的電子圍繞帶正電的原子核運動。運動的軌道分很多層，各層軌道到原子核的距離各不相同。

當電子從較高層的軌道跑到較低層的軌道（物理上叫做躍遷），就會釋放出能量。這些能量會以光的粒子——光子的形式發(fā)射出來，如圖6-13所示。

圖6-13　高低能態(tài)躍遷的自發(fā)輻射

然而半導體材料中的電子，并不是這樣孤零零地圍繞著單個原子核在轉悠，而是成群結隊的群體。同單個原子的軌道類似，它們所處的位置被劃分為一層一層的，叫做能帶。

當半導體中的電子從能量較高的高能態(tài)跑到能量較低的低能態(tài)，同樣會釋放能量，以光子的形式發(fā)射出來。

利用上述這種光電效應，我們可以用半導體來制作光源。只要設法對它施加一定的“刺激”，使半導體里面的電子由高能態(tài)朝低能態(tài)躍遷，就能發(fā)出光來。

在半導體中，當高能態(tài)上的電子比較多時，它們會自發(fā)地躍遷到低能態(tài)上，從而發(fā)出光來，這被稱為自發(fā)輻射。

利用自發(fā)輻射原理，我們制成了發(fā)光二極管（LED）。

需要解決的問題是：要發(fā)出一定強度的光，就必須使高能態(tài)上有較多的電子，而且這些電子躍遷到低能態(tài)發(fā)光之后，還必須給高能態(tài)補充電子。

在發(fā)光二極管工作過程中，我們利用電流把電子源源不斷地送到半導體的高能態(tài)上，再讓它們躍遷到低能態(tài)來，并發(fā)出光子，形成自發(fā)輻射。為了保證發(fā)出的光信號是在我們選定的波長范圍內(nèi)，故應選擇合適的半導體材料。

發(fā)光二極管結構簡單，成本低廉。但是它發(fā)出的光，譜線較寬。當進行高速和遠距離的光纖通信時，通信效果就會因為光信號中各分量的相互干擾而有較大影響。因此，發(fā)光二極管主要用于低速和近距離的光纖通信。