集成光电子器件课件

集成光电子器件1

李培丽Tel：Email：仙林校区教师公寓3栋4单元2082第一章光纤通信与光电子器件1.1光纤通信1.1.1光通信的发展1.1.2光通信的优点1.2光纤通信用光电子器件1.2.1光电子器件1.2.2光电子器件的发展31.1.1光通信的发展光通信的定义：以光波作为载波进行信息的传输方式。探索时期的光通信原始形式的光通信：烽火、信号弹、红绿灯1880年Bell发明了用光波作载波传送话音的“光电话”，传输距离213米。

Bell光电话是现代光通信的雏型56

1960年，美国人梅曼发明红宝石激光器，获得高强的、频率和相位都稳定的相干光——激光。解决了光源问题，这引起了新一轮的光通信研究热潮——激光大气通信。但由于自然气象条件的影响没有进展。（现在无线光通信又成了研究热点）Bell光电话并没有进入实用，有两方面的制约因素：

Ⅰ光源：以自然光作为载波，它的频率和相位杂乱无章，不能用于大容量的通信；

Ⅱ信道：以大气作为传输介质，损耗非常大，同时自然界的气象条件千变万化，对光信号的干扰很大。7光纤之父高锟1998年在英国接受IEE授予的奖章9

1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤，把光纤通信的研究开发推向一个新阶段；

1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4dB/km；

1973

年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km；

1974

年降低到1.1dB/km；

1976

年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2μm)；在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：

1979

年是0.20dB/km；

1984年是0.157dB/km；

1986年是0.154dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。10光纤损耗谱特性111980：850nm多模光纤通信系统1983：1310nm单模光纤通信系统1991：1550nm单模光纤通信系统1995：采用光放大器和波分复用(WDM)技术的第四代光纤通信系统全光网：是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在。

2.光纤通信13第一章光纤通信与光电子器件1.1光纤通信1.1.1光通信的发展

1.1.2光通信的优点1.2光纤通信用光电子器件1.2.1光电子器件1.2.2光电子器件的发展14光纤通信的优点：1.容量大激光的频率约为100THz，微波的频率为10GHz。用光传输信息，理论上通信容量比微波大一万倍！理论上光纤通信可容纳：电视：30万路电话：7.5亿路15第一章光纤通信与光电子器件1.1光纤通信1.1.1光通信的发展1.1.2光通信的优点1.2光纤通信用光电子器件1.2.1光电子器件1.2.2光电子器件的发展17光电子器件的发展推动了光纤通信的进步

激光器的发明低损耗光纤的研制成功光放大器的实用——WDM技术光纤通信的进步又促进了光电子器件的发展

WDM技术：是实现高速、大容量光纤通信的有效方法

定义：是让多波长的光信号在同一根光纤上进行传输的技术。光分/插复用器(OADM)光交叉连接器(OXC)18光纤损耗谱特性19全光网：是指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电的变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形式存在。

在全光网中，需要全光的器件来实现各种功能，如：全光波长转换器光码型转换器光逻辑门光再生等等21第一章光纤通信与光电子器件1.1光纤通信1.1.1光通信的发展1.1.2光通信的优点1.2光纤通信用光电子器件

1.2.1光电子器件1.2.2光电子器件的发展22半导体光源发光二极管（LED）：

输出非相关光，谱宽宽、输出功率小、调制速率低。适用短距离、低速系统。激光二极管(LD):

输出相干光，谱宽窄、输出功率大、调制速率高。适用长距离、高速系统。23光纤（缆）是光纤通信系统中光波传输的媒体。25光放大器包括光纤放大器和半导体光放大器（SOA），是一种对信号光放大的一种光器件。掺铒光纤放大器26光检测器在光纤通信中，所用的光电检测器是光电二极管型的，实现把光信号转换为电信号的功能。光电二极管27光耦合器光耦合器的功能是把一个输入光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。光耦合器29光隔离器是一种非互易性器件，只允许光波往一个方向传输，阻止光波往其他方向尤其是反方向传输。一般用在激光器或光放大器后。光隔离器30光环行器光环行器——是多端口的隔离器。主要用于光分插复用器。典型的环行器一般有三或四个端口。光环行器31231234(a)三端口(b)四端口1三端口和四端口的环行器32光衰减器光衰减器主要用于光纤通信系统的特性测试和其他测试中，是对光功率有一定衰减量的器件。根据衰减量是否变化，可以分为固定衰减器和可变衰减器。光衰减器33光波分复用器/解复用器将不同光源波长的信号结合在一起经一根传输光纤输出的器件称为合波器。经同一传输光纤送来的多波长信号分解为个别波长分别输出的器件称分波器。有时同一器件既可作分波器，又可以作合波器。34光开关光开关——用于切换光路，实现光交换，提高光网络的灵活性和有效性。分机械光开关和非机械光开关光开关35全光波长转换器全光波长转换器实现把信息从一个波长上转换到另一个波长上，可以避免网络阻塞，提高网络的有效性。全光波长转换器基本上都是利用某种光学介质的高速非线性效应来实现的，如交叉增益调制效应、交叉相位调制效应、四波混频效应、交叉偏振调制效应等。36光码型转换器在通信中，有NRZ、RZ、DPSK、FSK、PolSK等码型，对每一种码型来说，都有自己的优点和不可避免的缺点，它们适用于不同的网络范围和工作速率。光码型转换器基本上也都是利用某种光学介质的高速非线性效应来实现的。码型转换器可以实现不同码型之间的转换，提高光网络的有效性和灵活性。

37光逻辑门全光逻辑器件可以实现光的各种逻辑功能。全光逻辑器件也基本上都是利用某种光学介质的高速非线性效应来实现的。光逻辑器件可应用到信头处理、静荷定位、时钟提取、信号再生、光分组自路由和光信号编码等节点功能上，是超快全光信号处理技术中的一个关键组成部分。38第一章光纤通信与光电子器件1.1光纤通信1.1.1光通信的发展1.1.2光通信的优点1.2光纤通信用光电子器件1.2.1光电子器件

1.2.2光电子器件的发展39光电器件的发展：分立元件组件模块光集成和光电集成发展趋势40集成化的优点：1、使用方便2、降低成本3、性能