光缆和光纤通信器课件

1、光缆和光纤通信器课件 5.1光纤的温度特性和机械特性光纤的温度特性和机械特性 5.2光缆的结构和种类光缆的结构和种类 5.3无源光器件无源光器件 5.4发光二极管器件简介发光二极管器件简介 5.5半导体激光二极管器件半导体激光二极管器件 5.6电检测器件电检测器件 5.7其它新型光通信器件简介其它新型光通信器件简介 光缆和光纤通信器课件 1光纤的温度特性光纤的温度特性 通常情况下，光纤的特性受温通常情况下，光纤的特性受温 度影响不大，但是在温度很低度影响不大，但是在温度很低 时，损耗随温度降低而增加，时，损耗随温度降低而增加， 尤其是在温度非常低时，损耗尤其是在温度非常低时，损耗 急剧增加，所

2、以高寒地区工作急剧增加，所以高寒地区工作 的光缆应注意到这个特性。的光缆应注意到这个特性。 光缆和光纤通信器课件 l产生这种现象的原因是光纤的热膨冷缩。产生这种现象的原因是光纤的热膨冷缩。 l构成光纤的二氧化硅构成光纤的二氧化硅(SiO2)的热膨胀系数很小，的热膨胀系数很小， 在温度降低时几乎不收缩。而光纤在成缆过程在温度降低时几乎不收缩。而光纤在成缆过程 中必须经涂覆和加上一些其他构件，涂覆材料中必须经涂覆和加上一些其他构件，涂覆材料 及其他构件的膨胀系数较大，当温度降低时，及其他构件的膨胀系数较大，当温度降低时， 收缩比较严重，所以当温度变化时，材料的膨收缩比较严重，所以当温度变化时，材料

3、的膨 胀系数不同，将使光纤产生微弯，尤其表现在胀系数不同，将使光纤产生微弯，尤其表现在 低温区。低温区。 l随着温度的降低，光纤的附加损耗逐渐增加，随着温度的降低，光纤的附加损耗逐渐增加， 当温度降至当温度降至-55左右，附加损耗急剧增加。左右，附加损耗急剧增加。 l因此，在设计光纤通信系统时，必须考虑光缆因此，在设计光纤通信系统时，必须考虑光缆 的高、低温循环试验，以检验光纤的损耗是否的高、低温循环试验，以检验光纤的损耗是否 符合指标要求。符合指标要求。 光缆和光纤通信器课件 l2光纤的机械特性光纤的机械特性 l目前构成光纤的材料是目前构成光纤的材料是SiO2，要被拉成，要被拉成125m 的

4、细丝。在拉丝过程中，光纤的抗拉强度约为的细丝。在拉丝过程中，光纤的抗拉强度约为 1020kg/mm2 l如拉丝后立即在光纤表面进行涂覆，抗拉强度如拉丝后立即在光纤表面进行涂覆，抗拉强度 可达可达400kg/mm2。 l这里所说光纤的强度是指抗张强度，当光纤受这里所说光纤的强度是指抗张强度，当光纤受 到的张力超过它的承受能力时，光纤就将断裂到的张力超过它的承受能力时，光纤就将断裂 l对于光纤抗断强度，它和涂覆层的厚度有关，对于光纤抗断强度，它和涂覆层的厚度有关， 当涂覆厚度为当涂覆厚度为510m时，抗断强度为时，抗断强度为 330kg/ mm2 l只有强度符合要求的光纤才能用来成缆。只有强度符合

5、要求的光纤才能用来成缆。 光缆和光纤通信器课件 l由光纤的温度特性和机械特性可知光纤必须制由光纤的温度特性和机械特性可知光纤必须制 作成光缆才能使用。光缆线路在长期使用中，作成光缆才能使用。光缆线路在长期使用中， 必须经受敷设安装和长期维护运用的考验。必须经受敷设安装和长期维护运用的考验。 l因此，对光缆有如下基本要求：因此，对光缆有如下基本要求： l 不能因成缆而使光纤的传输特性恶化；不能因成缆而使光纤的传输特性恶化； l 在成缆过程中光纤不断裂；在成缆过程中光纤不断裂； l 缆径细、重量轻；缆径细、重量轻； l 便于施工和维护便于施工和维护 光缆和光纤通信器课件 l1光缆的基本结构光缆的基

6、本结构 l光缆由缆芯、加强元件和外护层组成。光缆由缆芯、加强元件和外护层组成。 l(1) 缆芯缆芯 l缆芯由光纤芯线组成，它可分为单芯和缆芯由光纤芯线组成，它可分为单芯和 多芯两种。多芯两种。 l二次涂覆主要采用下列两种保护结构：二次涂覆主要采用下列两种保护结构： l 紧套结构紧套结构 l 松套结构松套结构 光缆和光纤通信器课件 l两种保护结构如图两种保护结构如图5-2-1所示所示 光缆和光纤通信器课件 l(2) 加强元件加强元件 l光纤材料比较脆，容易断裂，为了使光光纤材料比较脆，容易断裂，为了使光 缆便于承受敷设安装时所加的外力等，缆便于承受敷设安装时所加的外力等， 因此在光缆中要加一根或

7、多根加强元件因此在光缆中要加一根或多根加强元件 位于中心或分散在四周。位于中心或分散在四周。 l加强元件的材料可用钢丝或非金属的纤加强元件的材料可用钢丝或非金属的纤 维维增强塑料增强塑料(FRP)等。等。 l(3) 护层护层 l光缆的护层主要是对已经成缆的光纤芯光缆的护层主要是对已经成缆的光纤芯 线起保护作用，避免由于外部机械力和线起保护作用，避免由于外部机械力和 环境影响造成对光纤的损坏。环境影响造成对光纤的损坏。 光缆和光纤通信器课件 l2光缆的种类光缆的种类 l(1) 层绞式光缆层绞式光缆 l(2) 单位式光缆单位式光缆 l(3) 骨架式光缆骨架式光缆 l(4) 带状式光缆带状式光缆 光

8、缆和光纤通信器课件 l3几种新型光缆简介几种新型光缆简介 l(1) 常规光缆常规光缆 l长途通信光缆线路广泛使用的是长途通信光缆线路广泛使用的是G652常规单常规单 模光缆。这种光缆的光纤损耗在模光缆。这种光缆的光纤损耗在=1.55m附近附近 时最小，但色散较大约为时最小，但色散较大约为18ps/(nmkm)；在；在 =1.31m损耗较小，约损耗较小，约0.35dB/km色散几乎为色散几乎为 零。零。 l(2) 色散位移光缆色散位移光缆 l色散位移光缆即是由色散位移光纤色散位移光缆即是由色散位移光纤DSF构成的构成的 光缆。光缆。DSF是使单模光纤的材料色散和波导色是使单模光纤的材料色散和波导

9、色 散相互补偿，在散相互补偿，在1.55m附近总色散为零。附近总色散为零。 l色散位移光缆可以实现光纤通信系统的大容量，色散位移光缆可以实现光纤通信系统的大容量， 超长距离的传输。超长距离的传输。 光缆和光纤通信器课件 l(3) 非零色散光缆非零色散光缆 l它是由非零色散光纤它是由非零色散光纤NZDF构成的光缆。构成的光缆。 l在波分复用在波分复用WDM技术中，技术中，DSF由于光纤的非由于光纤的非 线性效应而产生四波混频等现象。为了解决这线性效应而产生四波混频等现象。为了解决这 个问题设计一种新型光缆。个问题设计一种新型光缆。 l非零色散光纤非零色散光纤NZDF，光纤工作波长在，光纤工作波长

10、在1.54 1.565m范围内，色散值不为零，但这个值较范围内，色散值不为零，但这个值较 小约为小约为1.04.0ps/(kmnm)。和常规光纤相比，。和常规光纤相比， 在这个波长范围内，色散和损耗都比较小，所在这个波长范围内，色散和损耗都比较小，所 以可以实现超长距离的传输，又可以采用以可以实现超长距离的传输，又可以采用 WDM技术。技术。 光缆和光纤通信器课件 l(4) 色散平坦光缆色散平坦光缆 l利用利用WDM技术，为了挖掘光纤的潜力，充分技术，为了挖掘光纤的潜力，充分 利用光纤的有效带宽，在利用光纤的有效带宽，在1.31.6m的波长范的波长范 围内，都能够保持低损耗和低色散，在相对比围

11、内，都能够保持低损耗和低色散，在相对比 较宽的范围内得到平坦的低色散特性，设计一较宽的范围内得到平坦的低色散特性，设计一 种新型光纤种新型光纤色散平坦光纤色散平坦光纤DFF。由。由DFF构构 成的光缆即是色散平坦光缆。成的光缆即是色散平坦光缆。 lDFF也是通过改变光纤的折射率的方法实现在也是通过改变光纤的折射率的方法实现在 1.31.6m波长范围内的平坦的低色散。波长范围内的平坦的低色散。 光缆和光纤通信器课件 l在光纤通信系统中需要众多的无源光器在光纤通信系统中需要众多的无源光器 件，在光路中起着光纤连接、光功率分件，在光路中起着光纤连接、光功率分 配、光信息的衰减、隔离和调制、光波配、光

12、信息的衰减、隔离和调制、光波 分复用、光信道切换等作用。这些无源分复用、光信道切换等作用。这些无源 光器件包括连接器、分路器与耦合器、光器件包括连接器、分路器与耦合器、 衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、 光开关和调制器等。光开关和调制器等。 光缆和光纤通信器课件 l 1光纤的连接与光纤连接器光纤的连接与光纤连接器 l光纤与光纤的连接有两种：一种是永久光纤与光纤的连接有两种：一种是永久 性连接，另一种是活动连接。性连接，另一种是活动连接。 l光纤与光纤的永久性连接通常采用高频光纤与光纤的永久性连接通常采用高频 电弧放电熔接的方法。电弧放电熔接的方法。 l活

13、动连接是通过光纤连接器来实现活动连接是通过光纤连接器来实现 l光纤连接器的作用不仅实现光纤与光纤光纤连接器的作用不仅实现光纤与光纤 之间的活动连接，还可以实现系统中设之间的活动连接，还可以实现系统中设 备之间、设备与仪表之间、设备与光纤备之间、设备与仪表之间、设备与光纤 之间的活动连接。之间的活动连接。 光缆和光纤通信器课件 l光纤连接器的结构种类很多，但大多用光纤连接器的结构种类很多，但大多用 精密套筒来准直纤芯，以降低损耗。精密套筒来准直纤芯，以降低损耗。 l光纤连接器又分多模连接器和单模连接光纤连接器又分多模连接器和单模连接 器。器。 l接口类型有接口类型有FC型、及型、及SC型、型、S

14、T等几种等几种 类型。根据不同要求使用。类型。根据不同要求使用。 光缆和光纤通信器课件 l2光纤分路器及耦合器光纤分路器及耦合器 l 在光纤通信系统或光纤测试中，经常要遇在光纤通信系统或光纤测试中，经常要遇 到需要从光纤的主传输信道中取出一部分光，到需要从光纤的主传输信道中取出一部分光， 作为监测、控制等使用，这就用到光纤分路器；作为监测、控制等使用，这就用到光纤分路器； 也需要把两个不同方向来的光信号合起来送也需要把两个不同方向来的光信号合起来送 入一根光纤中传输，这就用光纤耦合器来完成。入一根光纤中传输，这就用光纤耦合器来完成。 l 分路器及耦合器按其结构不同可分为棱镜分路器及耦合器按其结

15、构不同可分为棱镜 式和光纤式两类。式和光纤式两类。 l 光纤分路器及耦合器种类很多，有：光纤分路器及耦合器种类很多，有：Y型型 分路器、分路器、X型型22定向耦合器、定向耦合器、1N及及NN 星型耦合器等等。星型耦合器等等。 光缆和光纤通信器课件 l3光衰减器光衰减器 l当输入光功率超过某一范围时，为了使当输入光功率超过某一范围时，为了使 光接收机不产生失真，或为了满足光线光接收机不产生失真，或为了满足光线 路中某种测试的需要，就必须对输入光路中某种测试的需要，就必须对输入光 信号进行一定程度的衰减。信号进行一定程度的衰减。 l目前常用的光衰减器主要采用金属蒸发目前常用的光衰减器主要采用金属蒸

16、发 膜来吸收光能进行光衰减，衰减量的大膜来吸收光能进行光衰减，衰减量的大 小与膜的厚度成正比。小与膜的厚度成正比。 l光衰减器可分为固定衰减器和可变衰减光衰减器可分为固定衰减器和可变衰减 器两种。器两种。 光缆和光纤通信器课件 l4光隔离器光隔离器 l某些光器件，像某些光器件，像LD及光放大器等对来自及光放大器等对来自 连接器、熔接点、滤波器等的反射光非连接器、熔接点、滤波器等的反射光非 常敏感，并导致性能恶化。因此需要用常敏感，并导致性能恶化。因此需要用 光隔离器来阻止反射光。光隔离器来阻止反射光。 l光隔离器是一种只允许单向光通过的无光隔离器是一种只允许单向光通过的无 源光器件，其工作基于

17、法拉第旋转的非源光器件，其工作基于法拉第旋转的非 互易性。互易性。 光缆和光纤通信器课件 l5光开关光开关 l光开关在光纤通信技术中作光路切换之用，如光开关在光纤通信技术中作光路切换之用，如 系统的主备切换等。系统的主备切换等。 l光开关主要有两大类，即光开关主要有两大类，即机械式机械式及及波导式波导式。 l机械式开关如图机械式开关如图5-3-6所示所示 光缆和光纤通信器课件 l6光滤波器光滤波器 l光滤波器在光纤通信系统中的应用正在光滤波器在光纤通信系统中的应用正在 不断扩大，如波分复用系统中的波长选不断扩大，如波分复用系统中的波长选 择、光放大器中的噪声滤波等。择、光放大器中的噪声滤波等。

18、 l光滤波器的种类很多，如干涉滤光片型、光滤波器的种类很多，如干涉滤光片型、 FP型、马赫型、马赫曾特型、声光型、电光型、曾特型、声光型、电光型、 光栅型及有源型等。光栅型及有源型等。 l目前用得较多的是干涉滤光片型及目前用得较多的是干涉滤光片型及FP型。型。 光缆和光纤通信器课件 l7波分复用器波分复用器 l波分复用器把不同波长的光信号复合注波分复用器把不同波长的光信号复合注 入到一根光纤中；或者把复合的多波长入到一根光纤中；或者把复合的多波长 信号解复用，把不同波长的信号分离出信号解复用，把不同波长的信号分离出 来。来。 l波分复用器的种类：有棱镜色散型、衍波分复用器的种类：有棱镜色散型、

19、衍 射光栅型及干涉滤光型等，射光栅型及干涉滤光型等， l波分复用器的结构：由光纤、分光元件波分复用器的结构：由光纤、分光元件 和准直聚焦系统组成和准直聚焦系统组成 光缆和光纤通信器课件 l1发光二极管发光二极管(LED) l发光二级管发光二级管(LED)于于1962年发明，年发明，1968年用于年用于 光检测，后用于通信。它的发光机理是电致发光检测，后用于通信。它的发光机理是电致发 光，当光，当LED的的PN结加上正向偏压时，在电场结加上正向偏压时，在电场 的作用下，的作用下，PN结有源区注入的少数载流子与结有源区注入的少数载流子与 多数载流子复合而发光，发光过程是自发辐射。多数载流子复合而发

20、光，发光过程是自发辐射。 lLED类型有：边发光二极管类型有：边发光二极管(ELED)、面发光、面发光 二极管二极管(SLED)和超辐射发光二级管和超辐射发光二级管(SLD 光缆和光纤通信器课件 l2边发光二极管边发光二极管(ELED) l边发光二极管即边发光二极管即PN结平面与发光面垂直。为了使器件结平面与发光面垂直。为了使器件 有好的光和载流子限制，大多采用双异质结有好的光和载流子限制，大多采用双异质结(DH)结构。结构。 l边发光二极管一般采用与边发光二极管一般采用与LD相同条形结构，一个端面相同条形结构，一个端面 镀全反射膜，另一端镀增透镀全反射膜，另一端镀增透(减反膜减反膜)取消谐振

21、腔激光振取消谐振腔激光振 荡。荡。 光缆和光纤通信器课件 l边发光二极管特点是：边发光二极管特点是： l 减小光束发散小，垂直于结平面方向减小光束发散小，垂直于结平面方向 发散角发散角30左右。比面发光二极管光束左右。比面发光二极管光束 窄，从侧面向光纤芯发射，易于和光纤窄，从侧面向光纤芯发射，易于和光纤 耦合。耦合。 l 相同注入电流下，有较小的载流子寿相同注入电流下，有较小的载流子寿 命，故调制带比面发光二极管高命，故调制带比面发光二极管高(可达可达 200MHz)。 光缆和光纤通信器课件 l3面发光二极管面发光二极管(SLED) l面发光二极管面发光二极管(SLED)即即PN管面与发光面

22、平行，管面与发光面平行，SLED 有如下特点：驱动电流较大，发光强度高，温度特性有如下特点：驱动电流较大，发光强度高，温度特性 较好；但带宽较宽，单色性差。较好；但带宽较宽，单色性差。 l面发光二极管面发光二极管(SLED)的结构如图的结构如图5-4-2所示所示 光缆和光纤通信器课件 l4高速发光二极管高速发光二极管 l对光纤传输系统来说，要求对光纤传输系统来说，要求LED有高的有高的 输出光功率和宽的调制带宽。输出光功率和宽的调制带宽。 l要想获得大于要想获得大于300MHz的带宽，必须增加的带宽，必须增加 二极管有源区中的复合二极管有源区中的复合(辐射和非辐射辐射和非辐射)速速 率，减少少

23、子寿命是提高率，减少少子寿命是提高LED带宽的有带宽的有 效途径。效途径。 l可以从高速可以从高速LED设计制作和高速设计制作和高速LED驱驱 动电路两个方面来考虑。动电路两个方面来考虑。 光缆和光纤通信器课件 l 高速高速LED设计制作准则设计制作准则 l(1) 高的注入电流和小的有源区面积高的注入电流和小的有源区面积 l(2) 有源区的重掺杂有源区的重掺杂 l(3) 利用双分子复合效应利用双分子复合效应 l 高速高速LED驱动电路驱动电路 lLED驱动电路的最佳设计对改善短距高速光纤驱动电路的最佳设计对改善短距高速光纤 通信的消光比和调制速度至关重要。通信的消光比和调制速度至关重要。 l一

24、个完整的高速一个完整的高速LED驱动电路，除基本的驱动驱动电路，除基本的驱动 电路功能外，还要加上输入逻辑电平、保持电电路功能外，还要加上输入逻辑电平、保持电 路和其它电路。路和其它电路。 光缆和光纤通信器课件 l5超辐射发光二极管超辐射发光二极管 l 超辐射发光二极管超辐射发光二极管(SLD)是一种介于是一种介于 激光二极管激光二极管(LD)和发光二极管和发光二极管(LED)之间之间 的半导体光源，它的出现和发展完全受到的半导体光源，它的出现和发展完全受到 光纤陀螺的驱动，并成为一种重要的光源。光纤陀螺的驱动，并成为一种重要的光源。 l 短波短波SLD易于得到较大的功率输出，易于得到较大的功

25、率输出， 而长波而长波SLD除具有更高的可靠性和更长的除具有更高的可靠性和更长的 寿命外，还具有谱线宽和抗核辐射性能好寿命外，还具有谱线宽和抗核辐射性能好 的优点。的优点。 光缆和光纤通信器课件 l6LED组件组件 lLED组件由组件由LED芯片、芯片、LED驱动电路组驱动电路组 成。成。 l对于高级对于高级LED组件，为了保证组件，为了保证LED稳定稳定 可靠工作，还配置温控系统。可靠工作，还配置温控系统。 光缆和光纤通信器课件 l1半导体激光器概述半导体激光器概述 l半导体激光器半导体激光器LD的原理是：在有源区中高掺杂的的原理是：在有源区中高掺杂的PN 结在上由于外加电压不断注入电子，在

26、结在上由于外加电压不断注入电子，在PN结上形成粒结上形成粒 子数反转分布，在有源区中产生受激辐射而发出激光。子数反转分布，在有源区中产生受激辐射而发出激光。 l激光产生需要满足三个条件：激光产生需要满足三个条件： l可实现粒子数反转分布增益介质，如可实现粒子数反转分布增益介质，如InGaAsP等三能等三能 级或四能级结构；级或四能级结构； l泵浦源泵浦源(pump)给激光物质提供能量给激光物质提供能量 l光学谐振腔，通过增益介质光学谐振腔，通过增益介质(有源区有源区)两端的反射镜实现两端的反射镜实现 正反馈。正反馈。 光缆和光纤通信器课件 l2法布里珀罗型半导体激光二极管法布里珀罗型半导体激光

27、二极管 l法布里珀罗法布里珀罗(FP)型激光二极管型激光二极管(LD)是最常是最常 见和最普通的见和最普通的LD，这种，这种LD由外延生长的有源由外延生长的有源 层和有源层两边的限制层构成，谐振腔由晶体层和有源层两边的限制层构成，谐振腔由晶体 的两个解理面构成。的两个解理面构成。 l光纤通信的光纤通信的FP型型LD通常为双异质结通常为双异质结(DH)LD， 有源层可以是有源层可以是N型，也可以是型，也可以是P型。型。 lFP LD在高速调制下，或者在温度和注入电在高速调制下，或者在温度和注入电 流变化时，不再维持原来的激射模式，而出现流变化时，不再维持原来的激射模式，而出现 模式跳跃和谱线展宽

28、，这对于高速调制不利。模式跳跃和谱线展宽，这对于高速调制不利。 为了维持单模，减小光谱展宽，所以必须研究为了维持单模，减小光谱展宽，所以必须研究 动态单模激光器。动态单模激光器。 光缆和光纤通信器课件 l3分布反馈激光二极管和分布分布反馈激光二极管和分布Bragg反射器激光反射器激光 二极管二极管 l (1) 分布反馈激光二极管分布反馈激光二极管 l分布反馈激光二极管分布反馈激光二极管(DFB LD)和和FP型激光二级型激光二级 管管(FP LD)的主要区别在于它没有集总反射的谐的主要区别在于它没有集总反射的谐 振腔反射镜，它的反射机构是由有源区波导上的振腔反射镜，它的反射机构是由有源区波导上

29、的 Bragg光栅提供的，这种反射机构是一种分布式光栅提供的，这种反射机构是一种分布式 的反馈机构，因而得名分布反馈激光二极管。的反馈机构，因而得名分布反馈激光二极管。 l它的性能远远超过普通它的性能远远超过普通FP LD，特别是，特别是Bragg光光 栅的选频功能使得它具有非常好的单色性和方向栅的选频功能使得它具有非常好的单色性和方向 性。此外，正因为它没有使用晶体解理面作为反性。此外，正因为它没有使用晶体解理面作为反 射镜，使得它更容易集成化，在光电子集成电路射镜，使得它更容易集成化，在光电子集成电路 (OEIC)中有着十分诱人的优点中有着十分诱人的优点 光缆和光纤通信器课件 lDFB L

30、D的谱线宽度非常的窄。目前已成的谱线宽度非常的窄。目前已成 为中长距离光纤通信应用的主要激光器，为中长距离光纤通信应用的主要激光器， 特别在特别在1.3m和和1.55m光纤通信系统中。光纤通信系统中。 在光纤有线电视在光纤有线电视(CATV)传输系统中，传输系统中， DFB LD已成为不可替代的光源。已成为不可替代的光源。 光缆和光纤通信器课件 l(2) 分布分布Bragg反射器反射器(DBR)激光二级管激光二级管 l分布分布Bragg反射器激光二极管反射器激光二极管(DBR LD)是为了是为了 克服分布反馈激光二极管克服分布反馈激光二极管(DFB LD)的一些缺的一些缺 点而设计的，它的结构

31、是把周期性沟槽放在有点而设计的，它的结构是把周期性沟槽放在有 源波导两外侧的无源波导上。源波导两外侧的无源波导上。 l在未来的通信和在未来的通信和CATV共纤传输的波分复用共纤传输的波分复用 (WDM)系统中，系统中，DBR LD倍受青睐，因为倍受青睐，因为DBR LD具有出色的宽带波长可调特性。具有出色的宽带波长可调特性。 l它是它是LD光源的发展方向之一。光源的发展方向之一。 光缆和光纤通信器课件 l4量子阱激光二极管量子阱激光二极管 l (1) 量子阱激光二级管的能带量子阱激光二级管的能带 l(2) 量子阱激光二极管的优点量子阱激光二极管的优点 l阈值电流很低可达阈值电流很低可达0.1m

32、A以下；可在较高的温以下；可在较高的温 度下工作；具有窄的谱线宽度和高的调制速度度下工作；具有窄的谱线宽度和高的调制速度 光缆和光纤通信器课件 l5激光器组件激光器组件 l 激光器组件是指在一个紧密结构中激光器组件是指在一个紧密结构中(如管壳如管壳 内内)，除激光二极管，除激光二极管(LD)芯片外，还配置其他芯片外，还配置其他 元件和实现元件和实现LD工作必要的少量电路块的集成工作必要的少量电路块的集成 器件，其他元件和电路应包括：器件，其他元件和电路应包括： l(1) 光隔离器光隔离器 l(2) 监视光电二极管监视光电二极管 l(3) 尾纤和连接器。尾纤和连接器。 l(4) LD的驱动电路的

33、驱动电路 l(5) 热敏电阻热敏电阻 l(6) 热电致冷器热电致冷器(TEC) l(7) 自动温控电路自动温控电路(ATC) l(8) 自动功率控制电路自动功率控制电路(APC) 光缆和光纤通信器课件 l1光电检测器类型光电检测器类型 l光检测器是光信号的接收器件，是将光光检测器是光信号的接收器件，是将光 信号转变为电信号的一种有源器件。信号转变为电信号的一种有源器件。 l光量子检测器可分为外光电效应检测器光量子检测器可分为外光电效应检测器 和内光电效应检测器。和内光电效应检测器。 光缆和光纤通信器课件 l 外光电效应检测器外光电效应检测器大能量光子照射时，大能量光子照射时， 能使物体内部电子

34、逸出表面，该效应称为外光能使物体内部电子逸出表面，该效应称为外光 电效应。有光电子管、光电倍增管、红外变像电效应。有光电子管、光电倍增管、红外变像 管管(红外夜视仪红外夜视仪)等。等。 l 内光电效应内光电效应当投射到物体光子能量不当投射到物体光子能量不 那么大，但是却大于该物体材料所需的某一数那么大，但是却大于该物体材料所需的某一数 值时，会由于这个能量的被吸收而在物体内部值时，会由于这个能量的被吸收而在物体内部 产和电子产和电子空穴时，光照后产生的电子空穴时，光照后产生的电子空穴空穴 对叫光生载流子。对叫光生载流子。 l 内光电效应器件从结构上分类：内光电效应器件从结构上分类：(1)光电导

35、光电导 型型(2)光生伏打型光生伏打型(3)光磁电型光磁电型(在光通信中较少在光通信中较少 使用使用)(4)PIN光电二极管光电二极管(5)雪崩型光电二极管。雪崩型光电二极管。 光缆和光纤通信器课件 l光纤通信的检测器，应具备如下条件和光纤通信的检测器，应具备如下条件和 要求才能完成光电转换：要求才能完成光电转换： l(1) 高的光电转换效率高的光电转换效率 l(2) 足够高的响应速度，或有大的带宽足够高的响应速度，或有大的带宽 (热控测器则不能热控测器则不能)。 l(3) 高的接收灵敏度，即能控测极微弱的高的接收灵敏度，即能控测极微弱的 光信号，对此，检测器应有很低的噪声，光信号，对此，检测

36、器应有很低的噪声， (与光电转换效率相区别与光电转换效率相区别)。 l(4) 低的功耗和长的寿命。低的功耗和长的寿命。 光缆和光纤通信器课件 l2PIN光电二极管光电二极管 lPIN光电二极管光纤通信应用广泛的器件。光电二极管光纤通信应用广泛的器件。 l目前国产目前国产PIN光电二极管有：光电二极管有： l(1) Si-PIN管管(用于用于0.80.9m光纤通信系统光纤通信系统) l(2) Ge-PIN管管(用于用于1.31m光通信系统光通信系统)， l(3) InGaAsP-PIN管管(用于用于1.31m和和1.55m系统系统) lPIN管常与管常与FET构成组件使用构成组件使用(Field

37、 Effect Transistor)广泛用于通信工程上。广泛用于通信工程上。 lPIN-FET组件既具有光检测组件既具有光检测(光电转换光电转换)功能又功能又 具有信号放大功能具有信号放大功能(低噪声、高增益，功态范低噪声、高增益，功态范 围大围大)。 光缆和光纤通信器课件 l3雪崩光电二极管雪崩光电二极管(APD) l它是带内增益的半导体管。它是带内增益的半导体管。 l采用采用APD优点是：当一个接收系统的噪优点是：当一个接收系统的噪 声主要来自于前置放大器和负载电阻的声主要来自于前置放大器和负载电阻的 势噪声时，雪崩光电二极管内部增益提势噪声时，雪崩光电二极管内部增益提 供了一种增益信号

38、，但在一定增益范围供了一种增益信号，但在一定增益范围 内不增加总噪声功率的方法。从而提高内不增加总噪声功率的方法。从而提高 了系统的信噪比。了系统的信噪比。 l雪崩光电二极管结构种类：雪崩光电二极管结构种类：(1)保护环结保护环结 构；构；(2)台型结构；台型结构；(3)拉通型结构拉通型结构。 光缆和光纤通信器课件 l用于光纤通信的雪崩光电二极管：用于光纤通信的雪崩光电二极管： l(1) 硅雪崩光由二极管硅雪崩光由二极管(Si-APD) l响应光谱范围：响应光谱范围：0.61.1m(第一通光窗第一通光窗 口口)(0.85m) l量子效率因结构不同而异：量子效率因结构不同而异： l(2) 锗雪崩

39、光电二极管锗雪崩光电二极管(Ge-APD)(第二窗第二窗 口口1.31m) l响应光谱响应光谱0.81.65m； 光缆和光纤通信器课件 l4肖特基光电二极管肖特基光电二极管 l 肖特基光电二极管是利用肖特基势垒肖特基光电二极管是利用肖特基势垒 收集光生载流子的光电探测器。所谓肖收集光生载流子的光电探测器。所谓肖 特基势垒就是指金属和半导体相互接触特基势垒就是指金属和半导体相互接触 而在其界面处产生的势垒。而在其界面处产生的势垒。 光缆和光纤通信器课件 l5集成光学光电探测器集成光学光电探测器 l为适应光电子集成电路为适应光电子集成电路(OEIC)的要求，的要求， 人们正在探索适应于单片集成的各

40、种光人们正在探索适应于单片集成的各种光 波导探测器。从集成方法来看，有如下波导探测器。从集成方法来看，有如下 类型的探测器：类型的探测器： l光波导光波导Si探测器探测器 l外延长外延长InGaAs探测器探测器 l电吸收光波导探测器电吸收光波导探测器 l离子注入探测器离子注入探测器 光缆和光纤通信器课件 l1光发射接收模块光发射接收模块 l光发射接收模块是在光发射接收组件基光发射接收模块是在光发射接收组件基 础上出现的具有实用化的多功能组件。础上出现的具有实用化的多功能组件。 l在一个相对紧密的结构中包含了多少元在一个相对紧密的结构中包含了多少元 器件或电路块，即相对紧密结构的集成器件或电路块

41、，即相对紧密结构的集成 单元数量，小的集成单元数称之为组件，单元数量，小的集成单元数称之为组件， 大的集成单元数称之为模块。大的集成单元数称之为模块。 光缆和光纤通信器课件 l 以光发射为例，把在一个相对紧密结构中以光发射为例，把在一个相对紧密结构中 包含了激光二极管、监视光电二极管、光隔离包含了激光二极管、监视光电二极管、光隔离 器、热电致冷器、温度传感器、控制电路、尾器、热电致冷器、温度传感器、控制电路、尾 纤或连接器等且具有光发射功能的部件称之为纤或连接器等且具有光发射功能的部件称之为 激光器组件；而激光器模块是指在激光器组件激光器组件；而激光器模块是指在激光器组件 内还包含一定量的电路

42、部分内还包含一定量的电路部分(如驱动电路、如驱动电路、AGC 电平检测电路、电平检测电路、VCA电路、电路状态监视电路电路、电路状态监视电路 等等)的激光器组件。的激光器组件。 l器件的模块化已成为发展的必然趋势。器件的模块化已成为发展的必然趋势。 l根据用途不同，模块的种类也越来越多，但最根据用途不同，模块的种类也越来越多，但最 基础的模块是光发射模块、光接收模块、光收基础的模块是光发射模块、光接收模块、光收 发一体模块、单纤双向收发模块或突发式模块发一体模块、单纤双向收发模块或突发式模块 等。等。 光缆和光纤通信器课件 l2光调制器光调制器 l在直接调制半导体激光二极管的过程中，由于在直接

43、调制半导体激光二极管的过程中，由于 啁啾特性存在，不仅使单个纵模的线宽展宽，啁啾特性存在，不仅使单个纵模的线宽展宽， 而且在单模光纤中传播时，在色散作用下将使而且在单模光纤中传播时，在色散作用下将使 非线性失真增大。非线性失真增大。 l这两种不利的结果，将对光纤链路产生极其不这两种不利的结果，将对光纤链路产生极其不 利的影响。解决的办法是使用外调制器。利的影响。解决的办法是使用外调制器。 l光调制器广泛应用于外调制的光发射机和数据光调制器广泛应用于外调制的光发射机和数据 链路中，通过光调制器不仅可以改变光波的强链路中，通过光调制器不仅可以改变光波的强 度，而且还可调制光波的相位和偏振态度，而且

44、还可调制光波的相位和偏振态 光缆和光纤通信器课件 l光调制器的主要种类有：光调制器的主要种类有： lLiNbO3光调制器光调制器 l半导体光调制器半导体光调制器 l聚合物波导光调制器等等聚合物波导光调制器等等 光缆和光纤通信器课件 l3光纤激光器和光放大器光纤激光器和光放大器 l在目前在目前Si基光纤和未来的中红外光纤系基光纤和未来的中红外光纤系 统中，光纤激光器和放大器是潜力巨大统中，光纤激光器和放大器是潜力巨大 的光有源器件。的光有源器件。 l光纤激光器按其激射机理可分为稀土掺光纤激光器按其激射机理可分为稀土掺 杂光纤激光器、光纤非线性效应激光器、杂光纤激光器、光纤非线性效应激光器、 单晶光纤激光器、塑料光纤激光器和光单晶光纤激光器、塑料光纤激光器和光 纤孤子激光器，其中以稀土掺杂光纤激纤孤子激光器，其中以稀土掺杂光纤激 光器的开发最为成熟，并已应用于光纤光器的