光纤通信-通信用光器件

第3章通信用光器

3.1光源

3.2光检测器

3.3光无源器件返回主目录第3章通信用光器件

通信用光器件可以分为有源器件和无源器件两种类型。有源器件包括光源、光检测器和光放大器，这些器件是光发射机、光接收机和光中继器的关键器件，和光纤一起决定着基本光纤传输系统的水平。光无源器件主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等，这些器件对光纤通信系统的构成、功能的扩展和性能的提高都是不可缺少的。本章介绍通信用光器件的工作原理和主要特性，为系统的设计提供选择依据。3.1光源光源是光发射机的关键器件，其功能是把电信号转换为光信号。目前光纤通信广泛使用的光源主要有半导体激光二极管或称激光器(LD)和发光二极管或称发光管(LED)，有些场合也使用固体激光器，例如掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器。本节首先介绍半导体激光器(LD)的工作原理、基本结构和主要特性，然后进一步介绍性能更优良的分布反馈激光器(DFB-LD)，最后介绍可靠性高、寿命长和价格便宜的发光管(LED)。

3.1.1半导体激光器工作原理和基本结构半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。激光，其英文LASER就是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation(受激辐射的光放大)的缩写。所以讨论激光器工作原理要从受激辐射开始。1.受激辐射和粒子数反转分布有源器件的物理基础是光和物质相互作用的效应。在物质的原子中，存在许多能级，最低能级E1称为基态，能量比基态大的能级Ei(i=2,3,4…)称为激发态。电子在低能级E1的基态和高能级E2的激发态之间的跃迁有三种基本方式(见图3.1)：

图3.1能级和电子跃迁(a)受激吸收；(b)自发辐射；(c)受激辐射(1)在正常状态下，电子处于低能级E1，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃迁称为受激吸收。电子跃迁后，在低能级留下相同数目的空穴，见图3.1(a)。(2)在高能级E2的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射，见图3.1(b)。(3)在高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射，见图3.1(c)。受激辐射是受激吸收的逆过程。电子在E1和E2两个能级之间跃迁，吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足波尔条件，即E2-E1=hf12(3.1)式中，h=6.628×10-34J·s，为普朗克常数，f12为吸收或辐射的光子频率。受激辐射和自发辐射产生的光的特点很不相同。受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同，这种光称为相干光。自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的，其频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的，这种光称为非相干光。产生受激辐射和产生受激吸收的物质是不同的。设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2(E2>E1)的原子数分别为N1和N2。当系统处于热平衡状态时，存在下面的分布式中，k=1.381×10-23J/K，为波尔兹曼常数，T为热力学温度。由于(E2-E1)>0，T>0，所以在这种状态下，总是N1>N2。这是因为电子总是首先占据低能量的轨道。受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2，且比例系数(吸收和辐射的概率)相等。如果N1>N2，即受激吸收大于受激辐射。当光通过这种物质时，光强按指数衰减，这种物质称为吸收物质。如果N2>N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物质时，会产生放大作用，这种物质称为激活物质。N2>N1的分布，和正常状态(N1>N2)的分布相反，所以称为粒子(电子)数反转分布。问题是如何得到粒子数反转分布的状态呢?这个问题将在下面加以叙述。

2.PN结的能带和电子分布半导体是由大量原子周期性有序排列构成的共价晶体。在这种晶体中，由于邻近原子的作用，电子所处的能态扩展成能级连续分布的能带，如图3.2。能量低的能带称为价带，能量高的能带称为导带，导带底的能量Ec和价带顶的能量Ev之间的能量差Ec-Ev=Eg称为禁带宽度或带隙。电子不可能占据禁带。

图3.2半导体的能带和电子分布(a)本征半导体；(b)N型半导体；(c)P型半导体图3.2示出不同半导体的能带和电子分布图。根据量子统计理论，在热平衡状态下，能量为E的能级被电子占据的概率为费米分布式中，k为波兹曼常数，T为热力学温度。当T→0时，P(E)→0，这时导带上几乎没有电子，价带上填满电子。Ef称为费米能级，用来描述半导体中各能级被电子占据的状态。在费米能级，被电子占据和空穴占据的概率相同。图3.3PN结的能带和电子分布(a)P-N结内载流子运动；(b)零偏压时P-N结的能带图；(c)正向偏压下P-N结能带图一般状态下，本征半导体的电子和空穴是成对出现的，用Ef位于禁带中央来表示，见图3.2(a)。在本征半导体中掺入施主杂质，称为N型半导体。在N型半导体中，Ef增大，导带的电子增多，价带的空穴相对减少，见图3.2(b)。在本征半导体中，掺入受主杂质，称为P型半导体。在P型半导体中，Ef减小，导带的电子减少，价带的空穴相对增多，见图3.3(c)。在P型和N型半导体组成的PN结界面上，由于存在多数载流子(电子或空穴)的梯度，因而产生扩散运动，形成内部电场，见图3.3(a)。内部电场产生与扩散相反方向的漂移运动，直到P区和N区的Ef相同，两种运动处于平衡状态为止，结果能带发生倾斜，见图3.3(b)。这时在PN结上施加正向电压，产生与内部电场相反方向的外加电场，结果能带倾斜减小，扩散增强。电子运动方向与电场方向相反，便使N区的电子向P区运动，P区的空穴向N区运动，最后在PN结形成一个特殊的增益区。增益区的导带主要是电子，价带主要是空穴，结果获得粒子数反转分布，见图3.3(c)。在电子和空穴扩散过程中，导带的电子可以跃迁到价带和空穴复合，产生自发辐射光。

3.激光振荡和光学谐振腔粒子数反转分布是产生受激辐射的必要条件，但还不能产生激光。只有把激活物质置于光学谐振腔中，对光的频率和方向进行选择，才能获得连续的光放大和激光振荡输出。基本的光学谐振腔由两个反射率分别为R1和R2的平行反射镜构成(如图3.4所示)，并被称为法布里-珀罗(FabryPerot,FP)谐振腔。由于谐振腔内的激活物质具有粒子数反转分布，可以用它产生的自发辐射光作为入射光。入射光经反射镜反射，沿轴线方向传播的光被放大，沿非轴线方向的光被减弱。反射光经多次反馈，不断得到放大，方向性得到不断改善，结果增益大幅度得到提高。另一方面，由于谐振腔内激活物质存在吸收，反射镜存在透射和散射，因此光受到一定损耗。当增益和损耗相当时，在谐振腔内开始建立稳定的激光振荡，其阈值条件为

图3.4激光器的构成和工作原理(a)激光振荡；(b)光反馈γth=α+式中，γth为阈值增益系数，α为谐振腔内激活物质的损耗系数，L为谐振腔的长度，R1，R2<1为两个反射镜的反射率激光振荡的相位条件为L=q式中，λ为激光波长，n为激活物质的折射率，q=1,2,3…称为纵模模数。

4.半导体激光器基本结构半导体激光器的结构多种多样，基本结构是图3.5示出的双异质结(DH)平面条形结构。这种结构由三层不同类型半导体材料构成，不同材料发射不同的光波长。图中标出所用材料和近似尺寸。结构中间有一层厚0.1~0.3μm的窄带隙P型半导体，称为有源层；两侧分别为宽带隙的P型和N型半导体，称为限制层。三层半导体置于基片(衬底)上，前后两个晶体解理面作为反射镜构成法布里-珀罗(FP)谐振腔。图3.6示出DH激光器工作原理。由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后，P层的空穴和N层的电子注入有源层。P层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒，注入到有源层的电子不可能扩散到P层。同理，注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。图3.6DH激光器工作原理(a)短波长；(b)长波长(a)双异质结构；(b)能带；(c)折射率分布；(d)光功率分布P层带隙径宽，导带已的能态比洪有源层高议，对注入退电子形成砍了势垒，缓注入到有垄源层的电赶子不可能韵扩散到P窄层。同构理，注辈入到有源弯层的空穴幸也不可能怠扩散到N任层。这样惹，注入到月有源层的兰电子和空宣穴被限制贸在厚0.赤1~0.肠3μm玩的有源层怖内形成粒饼子数反转慰分布，这用时只要很服小的外加龟电流，就常可以使电症子和空穴宽浓度增大摆而提高效绝益。另一避方面，有限源层的折剧射率比限变制层高，隶产生的激轨光被限制覆在有源区颜内，因而呢电/光转膏换效率很炎高，输出暑激光的阈江值电流很愿低，很小绍的散热体国就可以在依室温连续翼工作。您3.1威.2半疫导体激加光器的少主要特勾性1.克发射波妥长和光堡谱特性半导体单激光器蛾的发射材波长取腹决于导竖带的电裳子跃迁顽到价带徒时所释偿放的能魂量，这昆个能量面近似等好于禁带刑宽度E吴g(e翅V)，届由式(殿3.1妥)得到正hf幕=Eg锈式中，f很=c/λ沫，f(H而z)和λ阀(μm)疮分别为发廊射光的频姜率和波长园，c=徒3×108m/s为勿光速，h章=6.6院28×1喜0-34J·S惑为普朗辛克常数探，1籍eV=驴1.6植×10-19J，代唉入上式但得到不同半第导体材社料有不盯同的禁熊带宽度差Eg朱，因而蓄有不同艰的发射泽波长λ匀。镓铝新砷-良镓砷(码GaA情lAs静Ga壮As)评材料适逗用于0茎.85仿μm榜波段，苹铟镓砷便磷-体铟磷祝(In松GaA自sP谣InP茶)材料旺适用于棉1.3裹~1.扑55窝μm波课段。参牙看图3拴.5(摧b)。赚图3.7军是GaA煌lAs贤DH激光掀器的光谱绝特性。在过直流驱动幼下，发画射光波长枯有一定分就布，谱线口具有明显纯的模式结腰构。这种齿结构的产么生是因为善导带和价嘱带都是由仰许多连续停能级组成生的有一定恢宽度的能弹带，两个讨能带中不齿同能级之妄间电子的拾跃迁会产形生连续波渔长的辐射狭光。其中只有姻符合激光闲振荡的相属位条件式巩(3.5伐)的波长粱存在。袜这些波长畏取决于激央光器纵向化长度L，秃并称为激诊光器的纵趁模。呢由图3.碑7(a)弓可见，随璃着驱动电颤流的增加坦，纵模模供数逐渐减敬少，谱俘线宽度变怎窄。这种俘变化是由佩于谐振腔善对光波频沫率和方向交的选择，振使边模消防失、主模谊增益增加顷而产生的银。当驱动啊电流足够惹大时，多跑纵模变为坦单纵模，符这种激光洋器称为静虎态单纵模水激光器。待刺图3.膛7(b)层是300肚Mb/夫s数字调泡制的光谱膀特性，仔由图可见蜂，随着调勒制电流增匙大，纵模受模数增多浪，谱线宽蔬度变宽。须用FP谐今振腔可以帽得到的是赵直流驱动物的静态单责纵模激光挎器，要得荷到高速数袭字调制的忧动态单纵嚷模激光器促，必须改丧变激光器柿的结构，叼例如采用傍分布反馈对激光器就翁可达到目被的。图3扣.7G革aAl约As含DH激粥光器的赠光谱特镜性(a)梳直流驱动揉;(b阿)30话0Mb仇/s数字种调制2.激构光束的空刑间分布激光束的睬空间分布垄用近场和慎远场来描赠述。近场彼是指激光醉器输出反经射镜面上钻的光强分跑布，远场锦是指离反细射镜面一依定距离处弃的光强分曾布。图3浙.8是G年aAlA号sDH银激光器的胶近场图和穴远场图，篇近场和寸远场是由椅谐振腔(择有源区)策的横向尺售寸，即平府行于PN非结平面的戴宽度w和经垂直于结菊平面的厚溪度t所决采定，并称佣为激光器歉的横模。趁由图3.抵8可以看提出，平葬行于结平颠面的谐振坛腔宽度w层由宽变窄居，场图治呈现出由筒多横模变垂为单横模阀；垂直于郊结平面的秤谐振腔厚禁度t很薄揉，这个方岔向的场图养总是单横句模。图3.退8G棒aAlA福sDH闻条形激光慕器的近场皆图3.9甩典型半钥导体激泳光器的洽远场辐寒射特性棵和远场怒图样警(a当)光将强的角尤分布；斩(b偿)辐览射光束图3.9叶为典型半阔导体激光纽奉器的远场骆辐射特性抛，图中θ洪‖和θ⊥姥分别为平候行于结平目面和垂直牢于结平面盲的辐射角总，整个光念束的横截招面呈椭圆仙形。3.转扶换效率和逆输出光功喉率特性激光器的伯电/光转重换效率用伞外微分量驱子效率η报d表示，况其定义是奋在阈值电瓜流以上，冻每对复合沿载流子产丽生的光子肢数由此得到式中，牛P和I剖分别为驴激光器骡的输出蹲光功率林和驱动施电流，邪Pth和Ith分别为相池应的阈值岸，hf和匙e分别为赠光子能量轧和电子电可荷。激某光器的光鼻功率特性啦通常用P育-I曲冤线表示，刑图3.1萄0是典型粉激光器的累光功率特烛性曲线。享当I<纳Ith时珍激光器发容出的是自片发辐射光搏；当I蛋>Ith留时，发出胸的是受激祝辐射光，末光功率随慕驱动电流雀的增加而柱增加。赤4.频鼠率特性在直接贵光强调茧制下，腥激光魄器输出状光功率胖P和调酿制频率阿f的关核系为P(f貌)=图3遭.10叉典型半揭导体激印光器的酬光功率父特性(a)烧短波录长Al摸GaA刃s/G响aAs浊;睛(b伐)长妄波长I竞nGa暖AsP捧/In抖P式中，fr和ξ分别技称为弛豫唇频率和阻蛮尼因子，懒Ith和I0分别为阈神值电流和台偏置电流霞；I′是殖零增益电钥流，高掺岛杂浓度的胡LD，掏I′=0行，低掺亏杂浓度的腰LD,崇I′=璃(0.7蓬~0.8拉)Ith；τsp为有源区慕内的电子滩寿命，τph为谐振腔汤内的光子妇寿命。图3.晴11示桌出半导耗体激光蕉器的直撕接调制庸频率特包性。弛拦豫频率部fr是异调制频招率的上怀限，一兼般激光勿器的fr为1~即2G自Hz。昏在接近倾fr处，数败字调制要概产生弛豫港振荡，模年拟调制要型产生非线竭性失真。图3呢.11斜半汪导体激啄光器的搞直接调内制频率肺特性5.解温度特艘性对于线泳性良好客的激光以器，输纹出光功辨率特性毛如式(个3.7库b)和掀图3.璃10所驼示。激称光器输辟出光功压率随温辩度而变争化有两急个原因吓：一骄是激光衬器的阈却值电流允Ith随温度阅升高而洪增大，裳二是外舅微分量盲子效率研ηd随温度宗升高而滥减小。痰温度升联高时，捡Ith增大，η竞d减小，酒输出光逆功率明显繁下降，达拢到一定温荡度时，激宝光器就不脖激射了当猎以直流电咱流驱动激唇光器时，心阈值电流沈随温度的袄变化更加的严重。当耀对激光器债进行脉冲昨调制时，扫阈值电流年随温度呈厅指数变化卖，在一定驳温度范围吴内，可以稼表示为Ith=I0exp式中，碗I0为常数，偷T为结区鞭的热力学娇温度，T0为激光器尽材料的特煎征温度。额GaAl稳AsGa刺As激光掩器T0=10永0~1佩50糠K、I杆nGa榨AsP江In衬P激光贪器T0=40~杂70K阔，所以长区波长In颈GaAs已PIn捎P激光器席输出光功忍率对温度早的变化更受加敏感。菌外微分南量子效振率随温喉度的变杜化不十钳分敏感恢，例如饼，G关aAl穷As王GaA旗s激光待器在7螺7K牛时ηd崭≈50抵%，在恢300右K时沙，ηd绞≈3徒0%。济图3.1蛙2示出脉远冲调制的深激光器，苦由于温度耕升高引起裳阈值电流胀增加和外愿微分量子派效率减小景，造成的误输出光功肤率特性P关-I鸦曲线的猎变化。图3.交12丈P柳I曲线殊随温度的命变化3.1.普3分布反快馈激光器廊随着技染术的进潮步，高符速率光沉纤通信单系统的恩发展和烤新型光皂纤通信幻玉系统例绝如波分某复用系扮统的出挪现，都臣对激光懂器提出嫁更高的瞒要求。灿和由昏FP谐浴振腔构之成的D后H激光嫌器相比宫，要求谜新型半愈导体激哭光器的鼓谱线宽撕度更窄幼，并在扁高速率眠脉冲调握制下保掌持动态糊单纵模构特性；违发射光建波长更盘加稳定院，并能少实现调抱谐；阈烂值电流顿更低，颗而输梁出光功雕率更大绢。具有偏这些特呜性的动采态单纵舅模激光趋器有多搜种类型遗，其中盖性能优亏良并得所到广泛叶应用的燃是分布蜂反馈(印Dis杆tri望but瓦ed肆Fee评dB爽ack刚,D牢FB)江激光器晨。普通激序光器用牙FP谐蚀振腔两吧端的反兽射镜，蛮对激活券物质发详出的辐坟射光进芬行反馈延，DF耳B激光鹅器用靠柿近有源乳层沿长壶度方向应制作的暴周期性贺结构(谅波纹状晒)衍射龟光栅实自现光反祥馈。这逼种衍射重光栅的蜂折射率崖周期性仙变化，权使光沿约有源层蒜分布式龟反馈，旷所以称勒为分布耍反馈激浩光器。如图3旋.13煎所示，凶由有源洒层发射举的光，杯从一个僵方向向谨另一个瞎方向传帖播时，郑一部分假在光栅虑波纹峰寄反射(倾如光线桂a)，耻另一柴部分继艘续向前腾传播，圣在邻近迅的光栅衡波纹峰线反射(侨如光线做b)。因如果光多线a和拦b匹配贫，相互罗叠加，陷则产生滴更强的坡反馈，霸而其他叶波长的络光将相颜互抵消攻。虽然畜每个波螺纹峰反隶射的光越不大，印但整琴个光栅航有成百辜上千个纸波纹峰考，反馈睬光的总认量足以蜘产生激配光振荡故。光栅周期犁Λ由下式扒确定Λ=跪m式中，突ne为材料夏有效折借射率，特λB为布喇炼格波长毛，m为侍衍射级伸数。在躺普通光轮栅的D植FB激达光器中驼，发生悠激光振到荡的有巡寿两个阈胃值最低鞠、增益晕相同的圆纵模，愧其波长谊为图3.铲13分布礼反馈(D采FB)激淡光器(a)本结构灭；(揉b)禁光反馈式中L柏为光栅畅长度，残其他符俩号和式影(3.年10)将意义雹相同。贼在普价通均匀客光栅中话，引入站一个λ笑/4相米移变换貌，使原核来的波慕峰变波含谷，档波谷变慰波峰，巨可以有对效地提耗高模式刮选择性牙和稳定渗性，实真现动态惹单纵模窗激光器泉的要求护。DFB纳激光器诸与F娃P激光辜器相比斩，具麦有以下融优点：货①单飞纵模激乎光器。FP激毛光器的诞发射光若谱是由熄增益谱誓和激光顽器纵模四特性共抚同决定伟的，由游于谐振蕉腔的长沉度较长国，导致液纵模间干隔小，盾相邻纵皱模间的彩增益差断别小，任因此要腐得到单粪纵模振偷荡非常蝇困难。贤DFB侍激光器惊的发射瞧光谱主梦要由光轨栅周期匀Λ决定灰。Λ相孤当于F茎P激养光器的摇腔长L竭，每一隔个Λ形曾成一个顶微型谐潜振腔。劝由于Λ芽的长度睬很小，峡所以m沫阶和(扇m+1偏)阶模尖之间的便波长间纳隔比F帐P腔大世得多，翼加之多里个微型眯腔的选廉模作用显，很容工易设计打成只有痕一个模斑式就能盯获得足用够的增造益。于旧是DF帽B激光蔬器容易电设计成疗单纵模呢振荡。成②谱线赖窄，波态长稳定性翼好。由于D纹FB激坟光器的冷每一个肠栅距Λ卧相当于激一个F垃P腔，抢所以布秘喇格反壤射可以还看作多壤级调谐房诚，使得存谐振波施长的选奸择性大睁大提高叠，谱萝线明显虑变窄，垒可以窄献到几个领GHz摔。由于光栅更的作用有认助于使发步射波长锁泉定在谐振莫波长上，致因而波长避的稳定性种得以改善豆。③动态铺谱线好。DFB屿激光器济在高速箩调制时迈也能保能持单模抄特性，馅这是F蒜P激光惨器无法放比拟的勇。尽管厚DFB盗激光器南在高速戚调制时存存在啁浙啾，谱卫线有一旬定展宽糠，但比睡FP注激光器匠的动态汉谱线的翼展宽要甩改善一舍个数量木级左右堤。④线性储好。DFB激啄光器的线宅性非常好版，因此揉广泛用于声模拟调制付的有线电糕视光纤传随输系统中佣。3.1.壤4发光二突极管发光二榆极管(断LED饶)的工叛作原理捡与激光漫器(L唐D)有书所不同方，L臂D发射向的是受社激辐射辽光，L拣ED发选射的是来自发辐兰射光。朵LED省的结构网和LD淹相似，盗大多是璃采用双咱异质结捡(DH枯)芯片闯，把有拆源层夹带在P型全和N型筋限制层厅中间，遍不同的辰是LE摧D不需飘要光学波谐振腔骆，没蜓有阈值付。发光茎二极管妨有两种删类型：蓬一类是懒正面发芹光型L肃ED，生另一费类是侧图面发光团型LE港D，其着结构示话于图3紫.14爹。和正阔面发光绘型LE发D相比门，侧面轨发光型除LED够驱动电深流较大敏，输出阻光功率纽奉较小，辞但由数于光束沫辐射角据较小，章与光纤五的耦合准效率较泽高，因招而入纤嫩光功率闷比正面酒发光型尸LED枣大。图3.红14两类恐发光二极雪管(LE片D)(a)弟正面发光旁型；(哥b)侧忙面发光型和激光器镰相比，发傲光二极管压输出光功潮率较小，羽谱线宽度秧较宽，调五制频率较顷低。但发驰光二极管碎性能稳定四，寿命长效，输出光馒功率线性嘱范围宽，坡而且制手造工艺简粮单，价格叛低廉。因留此，这伙种器件在察小容量短北距离系统记中发挥了捡重要作用醋。发光二极哑管具有如利下工作特很性：(1)份光谱特性拐。发光二住极管发测射的是高自发辐拍射光，革没有免谐振腔耐对波长炊的选择盼，谱线筛较宽，钉如图3纱.15奏。一般典短波长吴GaA虽lAs恨Ga繁As涨LED赴谱线宽无度为3径0~5申0n中m，长窗波In究GaA帜sP披InP荡LE丛D谱线洋宽度为洽60~欢120侍nm必。随着对温度升广高或驱艺动电流价增大，宁谱线加满宽，且舱峰值波刃长向长旋波长方指向移动峡，短波押长和长犬波长L椒ED的单移动分课别为努0.2澡~0.梁3n须m/℃遥和0孤.3~姿0.5鸡nm承/℃。司图3.渐15L桨ED光谱会特性(2)亭光束的空浆间分布。在垂直品于发光丙平面上升，正摘面发光蠢型LE咽D辐射铸图呈朗巷伯分布洞，即幼P(θ捞)=P士0c订osθ孔，半功叮率点辐判射角θ抱≈12朝0°。骨侧面发灯光型L泻ED，锣θ‖≈透120己°，θ浓⊥≈2仆5°~域35°捎。由于属θ大，延LED穿与光蜘纤的耦恩合效率疏一般小数于10掠%娃。(3)米输出光功堵率特性。发光二灭极管实影际输出钱的光子扒数远远舞小于有馆源区产掏生的光捎子数，怨一般外伞微分量痕子效率吨ηd小条于10暑%。两境种类型绩发光二只极管的睡输出光累功率特供性示于港图3.庙16。怠驱动电抢流I较渔小时，启P宅-I锄曲线的遍线性较绒好；I献过大时思，由于坚PN结首发热产被生饱和判现象，捐使P异-I场曲线的做斜率减手小。在卵通常工殃作条件厚下，L陕ED工息作电流封为50胀~10迫0mA声，映输出光览功率为妨几mW喇，由于服光束辐诱射角大怀，入纤拘光功率种只有几猫百μW钱。图3根.16众发涌光二极不管(L果ED)恒的P蓝-I芳特性(3)房诚输出雷光功率足特性。发光二音极管实谷际输出恨的光子戒数远远稀小于有枣源区产哲生的光截子数，朽一般康外微分形量子效摇率ηd小于1巡寿0%。尖两种类吓型发光劳二极管夜的输出伯光功率谎特性示仔于图3咐.16测。驱动蜘电流I屋较小时笋，P根-裁I曲线孝的线性衫较好；抓I过大肠时，由晕于PN晚结发热照产生饱双和现象郊，使P示-I档曲线撕的斜率责减小。休在通常内工作条依件下，陶LED馒工作电郊流为5穿0~1英00晋mA，秒输出光祥功率为栋几mW伏，由于仁光束辐株射角大笑，入纤估光功率杏只有几胀百μW脑。(4)死频率检特性。发光二极常管的频率挠响应可以掩表示为|H(没f)|聪=式中，及f为调布制频率既，P(昂f)为匪对应于悉调制频咱率f的区输出光哥功率，老τe为尚少数载帜流子(塔电子)傲的寿命扶。定义去fc为发光二角极管的截狗止频率，棉当f=fc=1/(亚2πτe醉)时，|勉H(fc夺)|=鱼，缓最高调制登频率应低稿于截止频恐率。图3.1透7示出发威光二极管油的频率响脉应，图秋中显示出臂少数载流铺子的寿命从τe和截止悟频率fc的关系。锤对有源区妻为低掺杂磨浓度的拾LED，蜜适当增怜加工作电菠流可以缩侵短载流子枯寿命，提桑高截止频衔率。在一腿般工作条凶件下，正裙面发光型缝LED截互止频率为做20~3雀0MH浙z，侧面瞧发光型L羞ED截止蠢频率为1议00~1树50M扑Hz。哥图3.劫17叙发光二豪极管(L运ED)的亮频率响应3.1.死5半导体层光源一般捷性能和应寒用〖ST〗辉表3.贩1和表延3.2施列出半丈导体激哥光器(珍LD)氏和发光煮二极管虽(LE鹿D)的娃一般性兆能。忆LED郑通常和贱多模光涨纤耦合捡，用于裕1.3镜μm票(或0蛛.85族μm雾)波长尾的小容肾量短距旷离系统斥。因为材LED厅发光面溪积和光圆束辐射火角较大终，而抹多模S惜IF光疼纤或G惰651啄规范的桐多模G绣IF光尤纤具有像较大的桨芯径和纵数值孔滚径，有衣利于提贪高耦合纳效率，卡增加入释纤功率谷。LD隶通常和往G.6霞52或嘉G.6割53规护范的单慌模光纤赠耦合，访用于1虫.3想μm或娇1.5即5μ修m大容话量长距怠离系统驱，这种卫系统在冰国内外晋都得到惨最广泛挽的应用姻。分拍布反馈筛激光器猴(DF友B-归LD蚀)主要肝和G.煌653叹或G.仿654顷规范的忍单模光架纤或特义殊设计隆的单模挡光纤耦健合，用容于超大亚容量的尊新型光兰纤系统映，这捕是目前储光纤通炭信发展睬的主要立趋势。雾表3衰.2分辅布反馈抹激光器曾(DF滥B-眨LD窄)一般塔性能在实际择应用中蔑，通常矛把光源勒做成组崇件，图割3.1武8示出捷LD组够件构成坐的实例绳。偏置裙电流和唐信号电馒流经驱搅动电路尚作用于勇LD，贞LD买正向发岩射的光杯经隔离币器和透限镜耦合蔑进入光翻纤，反别向发射化的光经移PIN搬光电二铸极管转诱换进入寸光功率房诚监控器拥，同时颤利用热堤敏电阻宪和冷却蚂元件进奔行温度苗监测和栏自动温法度控制炼(AT弃C)。3.2禾光-检足测器3.2点.1光榴电二极向管工作状原理光电二极孕管(PD牙)把光信霜号转换为近电信号的陵功能，怖是由半导曲体PN结旨的光电效溜应实现的掉。搅如3.1债节所述，生在PN结辫界面上，聚由于电子奔和空穴的徒扩散运动罪，形成内键部电场。煎内部电场接使电子和挨空穴产生折与扩散运名动方向相卸反的漂移卵运动，最从终使能带蜓发生倾斜港，在P之N结界面版附近形成敢耗尽层如训图3.1城9(a)给。当入射记光作用在重PN结时饱，如果光宏子的能量何大于或等杜于带隙(存hf≥E层g)，接便发生受相激吸收，歼即价带的浸电子吸收满光子的能搞量跃迁到锡导带形成省光生电子欲-空决穴对。饮在耗尽层与，由于内回部电场的解作用，电晌子向N区现运动，空淹穴向P区依运动，鲁形成漂移遭电流。在耗尽堤层两侧微是没有绞电场的龙中性区膀，由于汽热运动撞，部分前光生电邪子和空络穴通过根扩散运阳动可能务进入耗刊尽层，老然后在厚电场作紧用下，巨形成吹和漂移吵电流相糖同方向从的扩散狮电流。舒漂移电抄流分量法和扩散器电流分位量的总满和即为误光生电床流。当幸与P层首和N层访连接的勤电路开野路时，储便在两瓜端产生蒜电动势织，这种舍效应称苗为光电效应。当虽连接的参电路闭延合时，巾N区过枣剩的电陕子通过蚕外部电岗路流向冷P区。欲同样，猜P区的械空穴流慈向N区峰，便罚形成了素光生电坑流。摘当入射恩光变化地时，光态生电流唤随之作见线性变符化，从烤而把光教信号转妖换成电泽信号。色这种由戏PN结沸构成，鄙在入射陈光作用估下，由方于受激素吸收过欣程产生瓦的电子铲-跪空穴谋对的运太动，在辈闭合电杜路中形轰成光生掉电流的舒器件，撤就是简逝单的光翠电二极察管(P勾D)。悠如图3.浓19(b智)所示，厨光电二极余管通常要饮施加适当植的反向偏良压，目的脏是增加耗碍尽层的宽些度，缩小筋耗尽层两睬侧中性区尸的宽度，竞从而减小怖光生电流瓦中的扩散奖分量。由买于载流子裤扩散运动父比漂移运牧动慢得多俊，所以减赌小扩散分旷量的比例坐便可显著猎提高响应孟速度。但堂是提高反沸向偏压，前加宽耗尽石层，又会胡增加载流丛子漂移的膝渡越时间趋，使响奸应速度减胸慢。为了炉解决这一鱼矛盾，干就需要改葬进PN结夫光电二极葱管的结构尤。3.2.陪2PIN淋光电二极阻管由于P爬N结耗撇尽层只赛有几微绿米，大油部分入埋射光被捧中性区堪吸收，勇因而键光电转佣换效率意低，响仅应速度比慢。为杂改善器去件的特剩性，在撑PN结拖中间设按置一层巷掺杂浓孔度很低彩的本征侄半导体宏(称为项I)，肠这种结帝构便是睡常用的客PIN给光电二雄极管。摩PIN莲光电二娇极管的建工作原字理和结罩构见图料3.2枝0和图盒3.2趟1。中葡间的I邀层是N买型掺杂帮浓度很兄低的本穷征半导限体，用杠Π(N气)表示础；两侧莫是掺杂筒浓度很斜高的P陶型和N据型半导简体，用冬P+和症N+表路示。I秧层很厚拳，吸扑收系数闪很小，盛入射光友很容易踢进入材筒料内部德被充分劣吸收而闭产生大旺量电子认-绸空穴对裤，因而栽大幅度羞提高了惜光电转捉换效率创。两侧领P+层蒜和N+枝层很薄支，吸收槽入射光宇的比例职很小，费I层几监乎占据罢整个耗却尽层，族因而牵光生电糕流中漂谁移分量并占支配辣地位，泡从而大怠大提高掠了响应狱速度。执另外，爽可通过例控制耗匙尽层的班宽度w翁，来改拿变器件贝的响应圾速度。图3.吵21李PIN都光电二极辨管结构PIN讨光电二辨极管具怠有如下再主要特璃性：王(1)嗓量子效率避和光谱特借性。光电转磁换效率羞用量子介效率η匙或响应听度ρ表恶示。量辰子效率占η的定坝义为一误次光生绣电子矿-空穴眯对和入植射光子涛数的比雾值响相应度的定景义为一次台光生电流脊IP和入射光秧功率P0的比值式中，隙hf为光子能币量，e宝为电子电济荷。隶量仆子效率和排响应度取广决于材料巧的特性和领器件的结念构。假谷设器件表免面反射率播为零，P咱层和N层爪对量子效签率的贡献割可以忽略耗，在工排作电压下蛇，I层全占部耗尽，左那么PI昆N光电二棵极管的量条子效率可极以近似表捉示为图3家.22陶光电二喜极管响尽应度ρ野、量子凶效率怎与波长作λ的关膛系式中庭，α(绝λ)和邻w分别秃为I层凯的吸收没系数和奔厚度。麻由式(忌3.1咽5)可裳以看到叼，当α据(λ)撇w1时谜，η→挡1，所脾以为提咐高量子贤效率η罗，嫌I层核的厚度就w要足青够大。辽量子效寄率的光遣谱特性框取决于预半导体唉材料的星吸收光洪谱α(办λ)，遣对长波紫长的限眼制由式痛(3.随6)确赶定，即小λc=糠hc/沾Eg。摩图3.冻22示呼出量子杠效率η既和响应磁度ρ的腾光谱特租性，由友图可见赵，Si已适用于象0.8群~0.效9μm提波段，绞Ge和妹InG峰aAs敏适用于构1.3添~1.韵6μ饶m波段瓶。响应盒度一般柏为0.罗5~0渴.6屋(A/拒W)。图3-2清2PI吴N光电二个极管相硬肤度、菠量子效询应率朽与波长简的关系(2)室响应汤时间和壳频率特胶性。光电二仁极管对忆高速调弃制光信引号的响简应能力船用脉冲弯响应时垂间τ或穷截止频坏率fc仪(带宽恳B)表浅示。对黑于数字腐脉冲调犹制信号轮，把光海生电流林脉冲前获沿由最钟大幅度霞的10欢%上升瞒到90汇%，或高后沿由洞90%炎下降到使10%盾的时间缩慧，分别览定义为历脉冲上赏升时间坟τr和永脉冲下惧降时间存τf。灾当光电细二极管禁具有单讯一时间斗常数τ她0时，马其脉冲能前沿和寒脉冲后莫沿相同奖，且接涨近指数拾函数e商xp(曲t/τ添0)和脱exp呀(-t渴/τ0危)，由劲此得到宿脉冲响细应时间斗τ=塘τr=凤τf=驴2.2课τ0搏(揉3.1塞6)视对于幅度泻一定，频健率为ω=蠢2πf的饭正弦调制远信号，用朝光生电流大I(ω)焰下降3d析B的频率宫定义为截猫止频率f篮c。当光西电二极管僵具有单一育时间常数昼τ0时，阻f惜c=潮(跌3.1采7)嫁遍PIN光炸电二极管雪响应时间烟或频率特小性主要由滩光生载流比子在耗尽贝层的渡越止时间τd飘和包括光留电二极管土在内的检斤测电路R替C常数所矿确定。当锡调制频率往ω与渡越外时间τd新的倒数可桌以相比时态，耗尽汉层(I层摸)对量子即效率η(池ω)的贡阵献可以表袍示为η(俱ω)=雕(3径.18)由η(ω卷)/η(铸0)=苗得贿到由渡越资时间τd限制的红截止频胁率fc=式中，社渡越时苦间τd皂=w/篮vs，娇w为耗皂尽层宽竟度，v私s为载弹流子渡挺越速度这，比阔例于电株场强度所。由式勿(3.凶19)芹和式(拜3.1漏8)可煤以看出挂，减条小耗尽狭层宽度亏w，可码以减小请渡越时嚷间τd森，从而绪提高截盘止频率识fc，德但是同染时要降负低量子铅效率η月。图3疫.23币示出S过i-P惊IN光闯电二极附管的量蔬子效率罗η与由缸渡越时突间限制掏的截止鄙频率f愚c(带王宽)和绍耗尽层概宽度w娘的关系泼。由电路召RC时剖间常数坏限制的完截止频摩率fc=式中，Rt为光电二磨极管的串土联电阻和页负载电阻究的总和，捉Cd为结电容堵Cj和管壳计分布电司容的总单和。图3.2争3内量共子效率和明带宽的关尖系式中，ε晃为材料介供电常数，谈A为结面屠积，w为何耗尽层宽倾度。球(3)振噪声。股噪声高是反映岛光电二多极管特交性的一膨个重要闲参数，诱它直接逮影响光柳接收机阶的灵敏站度。光幻玉电二极恨管的噪到声包括珍由信号档电流和斧暗电流匪产生的会散粒噪搜声(S报hot旋No您ise碗)和由阶负载电偶阻和后睛继放大福器输入施电阻产后生的热纤噪声。档噪声通芬常用均恒方噪声道电流(者在1Ω顶负载上娘消耗的辰噪声功奶率)来炒描述。景均方散分粒噪声袄电流壤〈管i2sh〉=2堡e(IP+Id)B式中，e追为电子电蚕荷，B为帮放大器带副宽，IP乐和Id分网别为信号先电流和暗谷电流。泄式(阻3.2渔1)第谱一项2面eIP享B称为杯量子噪诸声，是姿由于入奔射光子术和所形稻成的电齿子-猎空穴房诚对都具犁有离散在性和随抛机性而吐产生的忽。只要型有光信身号输入劫就有量极子噪声幅。这是吵一种不求可克服欢的本征糟噪声，劝它决唱定光接戒收机灵热敏度的驾极限。网式(3.齿22)第峡二项2e串IdB是申暗电流产酱生的噪声势。暗电寄流是器件搜在反偏压哥条件下，泄没有入射扑光时产生谦的反向直俱流电流，恼它包括晶续体材料表费面缺陷形降成的泄漏叙电流和载转流子热扩坑散形成的轰本征暗电腿流。暗电脏流与光电脆二极管的舒材料和结嗓构有关，昼例如Si皇PIN，咳Id<添1nA，歌GePI北N，枣Id>1盯00nA件。均方热颈噪声电吧流〈i2T〉=坏(3云.23)斗式中，k激=1.3栋8×10-23J/K疑为波尔令兹曼常榜数，T坟为等效涨噪声温早度，R丢为等效桨电阻，恢是负载隔电阻和全放大器症输入电云阻并联女的结果饱。因此，净光电二极煎管的总均遍方噪声电居流为〈i2〉=2抵e(IP+Id)B+3.2址.3雪裂崩光电埋二极管嚼(AP哭D)慈光电二驴极管输枕出电流叠I和狡反偏压鹊U的关米系示于够图3.惭24傲。随动着反向叶偏压的代增加，卫开始光烘电流基校本保持粱不变。颤当反向蜘偏压增妄加到一塌定数值祥时，光宣电流急横剧增加润，最后晌器件被叙击穿，处这个电碗压称为蠢击穿电旨压UB拍。AP博D就是枪根据这祝种特性暖设计的派器件。贯根据光芬电效应参，当光悉入射到粱PN结夺时，筐光子被粉吸收而校产生电称子-粉空穴艘对。如脂果电压般增加到睬使电场裤达到2徐00决kV/嘱cm以烘上，初抓始电子下(一次蔽电子)亭在高电轮场区获艳得足够笛能量而诵加速运伍动。高扎速运动最的电子棉和晶格动原子相促碰撞，渠使晶草格原子俭电离，托产生新连的电子交-移空穴对济。新产叙生的二意次电子攀再次和服原子碰要撞。如氏此多次悟碰撞，萍产生连文锁反应延，致使怎载流子味雪崩式扒倍增，菠见图3响.25膨。所以芹这种器葵件就称意为雪崩桨光电二鲜极管(丹APD记)。图3预.24棉光丘电二极未管输出滴电流I帅和反向偏艘压U的柿关系图3.配25繁APD载剧流子雪崩皆式倍增示老意图APD的右结构有多响种类型，翅如图3.宰26示出守的N+P猾ΠP+结截构被称为亿拉通型A淹PD。在盖这种类型符的结构中母，当偏压扮加大到一营定值后，寻耗尽层拉敞通到Π(笨P)层，新一直抵达锈P+接触呀层，是一钓种全耗尽红型结构。律拉通型雪屡崩光电二厅极管(R祝APD)供具有光电兼转换效率剑高、响应括速度快和持附加噪声报低等优点粒。1.锦倍增因歉子由于雪崩抄倍增效应毒是一个复雄杂的随机沈过程，所兰以用这种迎效应对一围次光生电箭流产生的踏平均增益管的倍数来登描述它的家放大作用腰，并把屈倍增因子坡g定义为桐APD输朽出光电流初Io和一温次光生电努流I壁P的比值繁。图3.2乒6A即PD结构俯图显然，庄APD闭的响应宣度比P代IN增酷加了g贿倍。根尸据经验壤，并考村虑到器垂件体电榴阻的影薯响，g耀可以表走示为式中，U亚为反向偏扒压，UB为击穿电观压，n为晨与材料特押性和入射令光波长有找关的常数亏，R为体券电阻。当兴U≈UB时，RIo/UB<<1，醒上式可简叫化为2.过善剩噪声因多子雪崩倍推增效应出不仅对签信号电真流而且俩对噪声察电流同妈样起放僵大作用威，所以念如果不望考虑别凭的因素爆，AP逗D的均康方量子昼噪声电使流为〈裹i2q〉=2夫eIPBg2(3.2扭6a)碑这是对噪鬼声电流直辉接放大产样生的，并才未引入新痛的噪声成荣分。事实渔上，雪崩泻效应产生界的载流子倡也是随机静的，所以黎引入新的倡噪声成分肚，并表鸦示为附加狼噪声因子它F。F如(>1)欣是雪崩效屈应的随机振性引起噪都声增加的艇倍数，设究F=gx，APD赤的均方量浮子噪声电渣流应为劫〈i2q〉=2e比IPBg2+x(3.2芝6b)分式中，仅x为推附加噪华声指数窗。〈i2d〉=2e醒IdBg2+x(3胸.27)钞附加噪声潮指数x与拖器件所用既材料和制抹造工艺有孩关，旨SiAP恳D的x=琴0.3~骡0.5，厅GeAP础D的x=权0.8~吊1.0，隙InGa含AsA耽PD的x仁=0.5讲~0.7宴。当式伤(3.2撤6)和式忌(3.2绕7)的g璃=1时，承得到的结缘瑞果和P驶IN相同堪。3.2.只4光电二循极管一般滩性能和应剖用表3.3对和表3.针4列出半奋导体光电钞二极管(智PIN和秒APD)彻的一般性突能。APD纳是有增芝益的光橡电二极快管，在止光接收聪机灵敏充度要求来较高的男场合，抚采用A贫PD有赞利于延名长系统贯的传输英距离。剂但是采马用AP变D要求脊有较高宋的偏置涝电压和伯复杂的急温度补欺偿电路著，结果厕增加了支成本。若因此在枪灵敏度歌要求不地高的场互合，一尾般采用开PIN赛PD。焦SiPI劫N和AP础D用于短架波长(0扒.85μ由m)光纤肌通信系统乱。InG鸡aAs机PIN用被于长波长傻(1.3纠1μm租和1.5细5μm蚀)系统，坝性能非常欣稳定，串通常把它贺和使用场蚁效应管(苍FET)辰的前置放粥大器集成针在同一基矩片上，构替成FET垮PIN珍接收组件沉，以进一何步提高灵周敏度，改知善器件的桨性能。这种组件闹已经得到接广泛应用添。新近研令究的In赞GaAs夸APD悲的特点是更响应速度座快，传输研速率可达叫几到十几凶Gb/s碎，适用于上超高速光惹纤通信系游统。由于酿GeAP出D的暗电内流和附加众噪声指数激较大，很增少用于实命际通信系吃统。3.3光胖无源参器件竖一个完此整的光捧纤通信毛系统，烈除光纤未、光源唇和光检背测器外围，还规需要许卧多其它意光器件哑，特别疤是无源墙器件。舌这些器凭件对光竭纤通信党系统的四构成、宝功能的辱扩展或鸡性能的压提高，谈都是不腾可缺少主的。剪虽然对己各种器撒件的特精性有不爹同的要竞求，逼但是普隔遍要求辞插入损册耗小、寺反射损盏耗大、岗工作温揭度范围逗宽、性径能稳定它、寿命膝长、质体积小蛋、价格恐便宜，腾许多迅器件还盼要求便笑于集成己。本节壳主要介铃绍无源似光器件穷的类型暑、原理寨和主要哑性能。3.3透.1连柜接器和宴接头连接器丧是实现尖光纤与漏光纤之诊间可拆渗卸(活那动)连吨接的器斗件，蒸主要用休于光纤扛线路与旨光发射闯机输出姜或光接码收机输辫入之间旱，或光堵纤线路填与其他我光无源筐器件之祥间的连历接。表逐3.5夏给出光粱纤连接结器的一顷般性能限。接地头是实宿现光纤橡与光纤组之间的章永久性瞎(固定却)连接趁，主要动用于光拔纤线路阳的构成搏，通常断在工程衬现场实亏施。连根接器件断是光纤术通信领跪域最基迎本、应横用最广联泛的无烤源器件估。并检连接蚊器有单江纤(芯移)连接炸器和多胸纤(芯跳)连接氏器，好其特性寺主要取着决于结幼构设计核、加工挠精度和药所用材牵料。单梨纤连接忧器结构滩有许多驰种类型躁，其中胸精密套薯管结构妹设计合泪理、效歇果良好侨，适宜膜大规模竖生产，质因而蜡得到很饿广泛的找应用。表3.过5光川纤连接器撑一般性能图3.2繁7示出精秃密套管结珍构的连接荷器简图，哪包括用于滨对中的套哀管、带有凑微孔的插陈针和端面免的形状(幻玉图中画出气平面的端帜面)。充光纤固定么在插针的敲微孔内，执两支带光趋纤的插针斥用套管对共中实现连雾接。要地求光纤与凯微孔、插讯针与套管饭精密配合恐。对低插呈入损耗的明连接器，榜要求两根丢光纤之间简的横向偏忠移在1塞μm以内欧，轴线效倾角小于竞0.5°逢。普通的纱FC型连肤接器，光花纤端面为将平面。唉对于高反归射损耗的晕连接器，斑要求光漠纤端面为屑球面或斜摄面，实现个物理接触扛(PC)耻型。套管讯和插针的拿材料一般狸可以用铜渗或不锈钢部，但插笔针材料用辉ZrO2陶瓷最理偏想。Zr连O2陶瓷程机械性能办好、耐煮磨，热可膨胀系数帆和光纤相斗近，使连番接器的寿迁命(插拔状次数)和虚工作温度侄范围(插岗入损耗变顾化±0.稀1dB扶)大大改遍善。图3寒.27熔套管念结构连接趴器简图一种常用环的多纤连当接器是用宵压模塑料腹形成的高抄精度套管动和矩形外赠壳，配合建陶瓷插针康构成的，激这种方法抓可以做成腾2纤或4花纤连接器蔽。另一种沃多纤连接分器是把光前纤固定在协用硅晶片狭制成的精学密V形槽碰内，然后冤多片叠加仔并配合适亮当外壳。夺这种多纤蛮连接器配粪合高密度撞带状光缆产，适用昨于接入网债或局域网肺的连接。魂对于实安现固定材连接的涝接头，坡国内外陈大多借海助专用眉自动熔欲接机在列现场进捕行热熔宝接，也暴可以用爷V形槽条连接。棉热熔接的的接头慎平均损各耗达0兄.05节dB哪/个。3.3冈.2光油耦合器恶耦合器的叉功能是把进一个输入赏的光信号鸦分配给多漠个输出，腹或把多病个输入的洞光信号组见合成一个盐输出。这责种器件对欠光纤线路宾的影响主溜要是附加封插入损耗机，还有一杜定的反射信和串扰噪娃声耦合器娃大多与波右长无关，架与波长相址关的耦合膨器专称为搂波分复用湖器/解复咱用器。游1.丸耦合器严类型图3.2摄8示出常跪用耦合器狭的类型，翼它们各挡具不同的歉功能和用滤途。T形耦错合器这懂是一种狐2×2霉的3端坦耦合器筝，见陷图3.绢28(拢a)，未其功煮能是把甩一根光豪纤输入塞的光信当号按一控定比例谦分配给购两根光惧纤，终或把两勾根光纤扣输入的协光信号何组合在窝一起，至输入一嗽根光纤鞠。图3仓.28霞常用耦程合器的攻类型这种耦麦合器主桃要用作廉不同分掌路比的焰功率分裕配器或笼功率组创合器。纯星形耦饿合器这贞是一种竹n×肃m耦合纤器，见隙图3.靠28(缎b)，鞭其功能矩是把n削根光纤罪输入的茄光功率僵组合在钻一起，兽均匀地陡分配给纯m根光混纤，杯m和n困不一定制相等。但这种耦怕合器通煎常用作湾多端功化率分配这器。定向耦合像器这是一见种2×2祥的3端或饥4端耦合积器，其功盲能是分别喘取出光纤沿中向不同共方向传输穿的光信号姿。见图3晃.28(志c)，光颂信号从端往1传输到刮端2，党一部分由汽端3输出督，端4无排输出；光同信号从端足2传输到鄙端1，一密部分由端脸4输出，膜端3无输惨出。定向秆耦合器可运用作分路给器，不能见用作合路堪器。严波分复旷用器/见解复用亲器(也既称合波但器/分笑波器)励这是一勺种与波石长有关册的耦合秒器，见坑图3.掉28(有d)。将波分复终用器的散功能是均把多个例不同波坑长的发葛射机输勤出的光万信号组旱合在一柱起，输计入到一增根光纤故；解复若用器是灾把一根维光纤输悲出的多爸个不同而波长的蚕光信号孝，分倾配给不标同的接摄收机。视波分复使用器/奏解复用斗器将在券7.2劣节详细汪介绍。慰2.基步本结构耦合器的户结构有许改多种类型足，其中比帖较实用和庙有发展前黄途的有光蔽纤型、微夕器件型和夜波导型，术图3.2帮9~图羡3.32键示出这三轰种类型的略有代表性锁器件的基哑本结构。图3.猎29光纤注型耦合器介(a)膝定向耦普合器；已(b洲)8侵×8星掌形耦合仔器；茄(c)伐由1垮2个2求×2耦睁合器组录成的8慌×8星赴形耦合协器光纤型够把两根间或多根驻光纤排蓝列，用泡熔拉双窝锥技术膛制作各揪种器件卷。这种夏方法可洞以构成拣T型耦洗合器、放定向耦柜合器、谣星型耦键合器和奥波分解策复用器太。图3振.29谷(a)煮和(b狠)分别悄示出单哑模2×惭2定向柴耦合器含和多模敲n×n马星形耦吵合器的叠结构。税单模星棵形耦合越器的端服数受到晒一定限克制，通欠常可以吐用2×糖2耦合矮器组成它，图3钩.29挑(c)吩示出由确12个痒单模2菠×2耦亦合器组孝成的8椒×8星防形耦合鸣器。蔑图3.2叶9(a)堆所示定向访耦合器可芦以制成波阶分复用/悄解复用器解。如图蛋3.30拔，光纤a品(直通臂傲)传输的掀输出光功尺率为Pa铲，光纤b友(耦合臂裳)的输出技光功率为撑Pb，根侦据耦合理倒论得到Pa=c龟os2(Cλ饲L)办(3钩.28垮a)Pb=搅sin2(Cλ虑L)图3.触30剂光纤型斑波分解复瘦用器原理式中，驶L为耦缓合器有众效作用闯长度，链Cλ为托取决于恋光纤参血数和光肯波长的尼耦合系耀数。设特定顷波长为绳λ1和λ2，选择阿光纤参卫数，调绒整有效郊作用长洞度，使讨得当光豆纤a的播输出P然a(λ逆1)最