第四章通信用光器件1

1、 在光纖通信系統(tǒng)中，光器件可分為有源光器件和在光纖通信系統(tǒng)中，光器件可分為有源光器件和無(wú)源光器件兩類，其中有源光器件包括前章介紹無(wú)源光器件兩類，其中有源光器件包括前章介紹的光源器件，還有本章要介紹的光電檢測(cè)器等器的光源器件，還有本章要介紹的光電檢測(cè)器等器件。件。 光電檢測(cè)器，是將入射光轉(zhuǎn)化為電流或電壓，是光電檢測(cè)器，是將入射光轉(zhuǎn)化為電流或電壓，是以光子一電子的量子轉(zhuǎn)換形式完成光的檢測(cè)目的，以光子一電子的量子轉(zhuǎn)換形式完成光的檢測(cè)目的，如光電二極管（如光電二極管（PIN）和雪崩光電二極管）和雪崩光電二極管（APD）。）。 由于光纖具有三個(gè)低損耗窗口，即由于光纖具有三個(gè)低損耗窗口，即850nm、13

2、10nm和和1550nm。相應(yīng)的，用于。相應(yīng)的，用于850nm 波長(zhǎng)的稱為短波長(zhǎng)光電檢測(cè)器，用于波長(zhǎng)的稱為短波長(zhǎng)光電檢測(cè)器，用于1310nm和和1550nm波長(zhǎng)的則稱為長(zhǎng)波長(zhǎng)光電檢測(cè)器。波長(zhǎng)的則稱為長(zhǎng)波長(zhǎng)光電檢測(cè)器。 返回返回下一頁(yè)下一頁(yè) 1. 光電檢測(cè)器作用及要求光電檢測(cè)器作用及要求 （1）作用）作用 在光纖通信系統(tǒng)中，光電檢測(cè)器的作用是；將光纖輸出的光在光纖通信系統(tǒng)中，光電檢測(cè)器的作用是；將光纖輸出的光信號(hào)變換為電信號(hào)，其性能的好壞將對(duì)光接收機(jī)的靈敏度產(chǎn)信號(hào)變換為電信號(hào)，其性能的好壞將對(duì)光接收機(jī)的靈敏度產(chǎn)生重要影響。生重要影響。 （2）對(duì)光電檢測(cè)器的基本要求）對(duì)光電檢測(cè)器的基本要求 由于從

3、光纖中傳過(guò)來(lái)的光信號(hào)一般是非常微弱的，因此對(duì)光由于從光纖中傳過(guò)來(lái)的光信號(hào)一般是非常微弱的，因此對(duì)光電檢測(cè)器提出非常高的要求。對(duì)光檢測(cè)器的基本要求如下：電檢測(cè)器提出非常高的要求。對(duì)光檢測(cè)器的基本要求如下： 在系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)上具有足夠高的響應(yīng)度，具有足夠快的響在系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)上具有足夠高的響應(yīng)度，具有足夠快的響應(yīng)速度，能夠適用于高速或?qū)拵到y(tǒng)；應(yīng)速度，能夠適用于高速或?qū)拵到y(tǒng)； 具有盡可能低的噪聲，以降低器件本身對(duì)信號(hào)的影響；具有盡可能低的噪聲，以降低器件本身對(duì)信號(hào)的影響； 具有良好的線性關(guān)系，以保證信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的不失真；具有良好的線性關(guān)系，以保證信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的不失真； 具有較小的體積、較長(zhǎng)的

4、工作壽命；具有較小的體積、較長(zhǎng)的工作壽命； 工作電壓盡量低，使用簡(jiǎn)便。工作電壓盡量低，使用簡(jiǎn)便。 返回返回下一頁(yè)下一頁(yè) 2. 半導(dǎo)體半導(dǎo)體PN結(jié)的光電效應(yīng)結(jié)的光電效應(yīng) 如圖如圖4-1所示所示，是一個(gè)未加電壓的半導(dǎo)體，是一個(gè)未加電壓的半導(dǎo)體PN結(jié)。結(jié)。在半導(dǎo)體材料的在半導(dǎo)體材料的PN結(jié)區(qū)，發(fā)生載流子相互擴(kuò)散結(jié)區(qū)，發(fā)生載流子相互擴(kuò)散的運(yùn)動(dòng)，即的運(yùn)動(dòng)，即P型半導(dǎo)體中的空穴遠(yuǎn)比型半導(dǎo)體中的空穴遠(yuǎn)比N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體的多，空穴將從的多，空穴將從P區(qū)擴(kuò)散到區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)；同樣區(qū)；同樣N型半導(dǎo)型半導(dǎo)體中的電子遠(yuǎn)比體中的電子遠(yuǎn)比P型半導(dǎo)體的多，也要擴(kuò)散到型半導(dǎo)體的多，也要擴(kuò)散到P區(qū)。這種擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是在區(qū)。這

5、種擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是在PN結(jié)內(nèi)形成了一結(jié)內(nèi)形成了一個(gè)內(nèi)電場(chǎng)，在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，使電子和空穴產(chǎn)個(gè)內(nèi)電場(chǎng)，在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，使電子和空穴產(chǎn)生了與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方向相反的漂移運(yùn)動(dòng)。當(dāng)擴(kuò)散與生了與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方向相反的漂移運(yùn)動(dòng)。當(dāng)擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，便在漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，便在PN結(jié)中形成了一個(gè)結(jié)中形成了一個(gè)空間電荷區(qū)，即耗盡層?？臻g電荷區(qū)，即耗盡層。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-1 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 圖圖4-1 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 如果如果PN結(jié)接收到相當(dāng)能量的光照射，進(jìn)入耗盡層的結(jié)接收到相當(dāng)能量的光照射，進(jìn)入耗盡層的光子就會(huì)產(chǎn)生電子光子就會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在內(nèi)電場(chǎng)的加速下，空空穴對(duì)，在

6、內(nèi)電場(chǎng)的加速下，空穴向穴向P區(qū)漂移，電子則向區(qū)漂移，電子則向N區(qū)漂移。很顯然，光照的區(qū)漂移。很顯然，光照的結(jié)果打破了原有結(jié)區(qū)的平衡狀態(tài)。這種光生載流子結(jié)果打破了原有結(jié)區(qū)的平衡狀態(tài)。這種光生載流子的運(yùn)動(dòng)，在一定條件下，就會(huì)產(chǎn)生光電流。這就是的運(yùn)動(dòng)，在一定條件下，就會(huì)產(chǎn)生光電流。這就是半導(dǎo)體半導(dǎo)體PN的光電效應(yīng)。的光電效應(yīng)。 當(dāng)入射光子能量小于禁帶寬度時(shí)，不論入射光有多當(dāng)入射光子能量小于禁帶寬度時(shí)，不論入射光有多強(qiáng)，光電效應(yīng)也不會(huì)發(fā)生，因此產(chǎn)生光電效應(yīng)的條強(qiáng)，光電效應(yīng)也不會(huì)發(fā)生，因此產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是件是 （4-1）返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)ghfE 3. 光電二極管（光電二極管（PIN）

7、 （1）PIN的結(jié)構(gòu)及其原理的結(jié)構(gòu)及其原理 PIN的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。PIN的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖如圖4-2所示所示，是在摻雜，是在摻雜濃度很高的濃度很高的P型、型、N型半導(dǎo)體之間，加一層輕摻雜型半導(dǎo)體之間，加一層輕摻雜的的N型材料，稱為型材料，稱為I層（本征層）。層（本征層）。I層很厚，入射層很厚，入射光很容易進(jìn)入材料內(nèi)部被充分吸收而產(chǎn)生大量電子光很容易進(jìn)入材料內(nèi)部被充分吸收而產(chǎn)生大量電子-空穴對(duì)，因而大幅度提高了光電轉(zhuǎn)換效率。兩側(cè)的空穴對(duì)，因而大幅度提高了光電轉(zhuǎn)換效率。兩側(cè)的P和和N型半導(dǎo)體很薄，吸收入射光的比例很小，型半導(dǎo)體很薄，吸收入射光的比例很小，I層層幾乎占據(jù)整個(gè)耗盡層，因而光生電流中漂移分

8、量占幾乎占據(jù)整個(gè)耗盡層，因而光生電流中漂移分量占支配地位，從而大大提高了響應(yīng)速度。另外，可通支配地位，從而大大提高了響應(yīng)速度。另外，可通過(guò)控制耗盡層的寬度，來(lái)改變器件的響應(yīng)速度。過(guò)控制耗盡層的寬度，來(lái)改變器件的響應(yīng)速度。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-2 PIN結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 圖圖4-2 PIN結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖圖4-2 PIN結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) PIN的工作原理。當(dāng)?shù)墓ぷ髟怼．?dāng)PN結(jié)加上反向電壓后（結(jié)加上反向電壓后（如圖如圖4-3所示所示），入射光主要在耗盡區(qū)被吸收，在耗盡區(qū)產(chǎn)），入射光主要在耗盡區(qū)被吸收，在耗盡區(qū)產(chǎn)生光生載流子生光生載流子(電子電子-空穴對(duì)空穴對(duì))。在耗盡區(qū)電場(chǎng)作用。在耗盡區(qū)電場(chǎng)

9、作用下，電子向下，電子向N區(qū)漂移，空穴向區(qū)漂移，空穴向P區(qū)漂移，產(chǎn)生光生電區(qū)漂移，產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)。在遠(yuǎn)離動(dòng)勢(shì)。在遠(yuǎn)離PN結(jié)的地方，因沒(méi)有電場(chǎng)的作用，電結(jié)的地方，因沒(méi)有電場(chǎng)的作用，電子空穴作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生擴(kuò)散電流。因子空穴作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生擴(kuò)散電流。因I層寬，又加層寬，又加了反偏壓，空間電荷區(qū)（耗盡層）加寬，絕大多數(shù)了反偏壓，空間電荷區(qū)（耗盡層）加寬，絕大多數(shù)光生載流子在耗盡層內(nèi)進(jìn)行高效、高速漂移，產(chǎn)生光生載流子在耗盡層內(nèi)進(jìn)行高效、高速漂移，產(chǎn)生漂移電流。這個(gè)漂移電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大干擴(kuò)散電流，所以漂移電流。這個(gè)漂移電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大干擴(kuò)散電流，所以PIN光電二極管的靈敏度高。在回路的負(fù)載上出現(xiàn)光電二極管的靈敏度高

10、。在回路的負(fù)載上出現(xiàn)電流，就將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榱穗娦盘?hào)。電流，就將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榱穗娦盘?hào)。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)圖圖4-3 PIN的工作原理的工作原理 PIN存在的問(wèn)題存在的問(wèn)題 僅能將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，但不能對(duì)電信號(hào)產(chǎn)生增益；僅能將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，但不能對(duì)電信號(hào)產(chǎn)生增益； 轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)，很微弱，這種微弱信號(hào)，經(jīng)放大器放大轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)，很微弱，這種微弱信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，淹沒(méi)在放大器自身產(chǎn)生的噪聲中，以致難以辨認(rèn)。后，淹沒(méi)在放大器自身產(chǎn)生的噪聲中，以致難以辨認(rèn)。 4. 雪崩光電二極管雪崩光電二極管(APD) （1）APD的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 對(duì)于光電二極管（對(duì)于光電二極管（PIN）

11、，其輸出電流），其輸出電流I和反向偏壓和反向偏壓U的關(guān)的關(guān)系，系，如圖如圖4-4所示所示。隨著反向偏壓的增加，光電流基本保持。隨著反向偏壓的增加，光電流基本保持不變。但當(dāng)反向偏壓增加到一定數(shù)值時(shí)，光電流急劇增加，不變。但當(dāng)反向偏壓增加到一定數(shù)值時(shí)，光電流急劇增加，最后器件被擊穿，這個(gè)電壓稱為擊穿電壓。最后器件被擊穿，這個(gè)電壓稱為擊穿電壓。APD就是根據(jù)這就是根據(jù)這種特性設(shè)計(jì)的器件，其結(jié)構(gòu)如種特性設(shè)計(jì)的器件，其結(jié)構(gòu)如圖圖4-5所示所示。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-4 輸出電流輸出電流I和反向偏壓和反向偏壓U的關(guān)系的關(guān)系 圖圖4-4 輸出電流輸出電流I和反向偏壓和反向偏壓U的關(guān)

12、系的關(guān)系拉通型（拉通型（RAPD）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) （2）APD工作原理工作原理 根據(jù)光電效應(yīng)，雪崩光電二極管的光敏面上被光子根據(jù)光電效應(yīng)，雪崩光電二極管的光敏面上被光子照射之后，光子被吸收而產(chǎn)生電子照射之后，光子被吸收而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。這些電空穴對(duì)。這些電子空穴對(duì)經(jīng)過(guò)高速電場(chǎng)（可達(dá)子空穴對(duì)經(jīng)過(guò)高速電場(chǎng)（可達(dá)200kV/cm）之后）之后被加速，初始電子被加速，初始電子(一次電子一次電子)在高電場(chǎng)區(qū)獲得足夠在高電場(chǎng)區(qū)獲得足夠能量而加速運(yùn)動(dòng)。高速運(yùn)動(dòng)的電子和晶體原子相碰能量而加速運(yùn)動(dòng)。高速運(yùn)動(dòng)的電子和晶體原子相碰撞，使晶體原子電離，產(chǎn)生新的電子撞，使晶體原子電離，產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)，這個(gè)空穴對(duì)，這個(gè)

13、過(guò)程稱為碰撞電離如此多次碰撞，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，過(guò)程稱為碰撞電離如此多次碰撞，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，使載流子數(shù)量迅速增加，反向電流迅速增大，形成使載流子數(shù)量迅速增加，反向電流迅速增大，形成雪崩倍增效果，所以這種器件就稱為雪崩光電二極雪崩倍增效果，所以這種器件就稱為雪崩光電二極管管(APD)，其原理，其原理如圖如圖4-6所示所示。 APD中電場(chǎng)強(qiáng)度隨位置變化，中電場(chǎng)強(qiáng)度隨位置變化，如圖如圖4-7所示所示。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-7 電場(chǎng)強(qiáng)度分布電場(chǎng)強(qiáng)度分布 圖圖4-7 電場(chǎng)強(qiáng)度分布電場(chǎng)強(qiáng)度分布返回返回4.2 光電檢測(cè)器光電檢測(cè)器 PINPIN的特性參的特性參數(shù)數(shù)量子效率量子效率是指單

14、位時(shí)間內(nèi)輸出電子數(shù)與輸入光子數(shù)之比，即是指單位時(shí)間內(nèi)輸出電子數(shù)與輸入光子數(shù)之比，即輸入的光子數(shù)輸出的電子數(shù)輸入的光子數(shù)空穴對(duì)數(shù)生成光電流的電子 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè)返回返回4.2 光電檢測(cè)器光電檢測(cè)器 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè)響應(yīng)度響應(yīng)度PINR-響應(yīng)度被定義為單位光功率所產(chǎn)生的電流，即響應(yīng)度被定義為單位光功率所產(chǎn)生的電流，即平均光功率電流PINR可推導(dǎo)出量子效率與響應(yīng)度的關(guān)系，即可推導(dǎo)出量子效率與響應(yīng)度的關(guān)系，即24.1chehfeRPIN上式表明，上式表明，響應(yīng)度和量子效率響應(yīng)度和量子效率與光功率無(wú)關(guān)，與負(fù)載也無(wú)關(guān)，與光功率無(wú)關(guān)，與負(fù)載也無(wú)關(guān)，但但與光波長(zhǎng)（頻率）有關(guān)與光波長(zhǎng)（頻率

15、）有關(guān)。響應(yīng)度的典型值為：。響應(yīng)度的典型值為：nm800WARPIN/65. 0SI在在 nm1300WARPIN/45. 0。Ge在在響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 描述光電二極管光電轉(zhuǎn)換速度，光電轉(zhuǎn)換所用描述光電二極管光電轉(zhuǎn)換速度，光電轉(zhuǎn)換所用的總的時(shí)間有：的總的時(shí)間有： 從光入射光敏面到發(fā)生受激吸收的時(shí)間從光入射光敏面到發(fā)生受激吸收的時(shí)間 在耗盡區(qū)內(nèi)發(fā)生載流子漂移的時(shí)間在耗盡區(qū)內(nèi)發(fā)生載流子漂移的時(shí)間 在耗盡區(qū)外發(fā)生載流子擴(kuò)散的時(shí)間在耗盡區(qū)外發(fā)生載流子擴(kuò)散的時(shí)間 光電二極管及負(fù)載的時(shí)間常數(shù)光電二極管及負(fù)載的時(shí)間常數(shù)RC APD雪崩倍增建立的時(shí)間（雪崩倍增建立的時(shí)間（APD特有的）特有的）結(jié)論結(jié)論：減小耗

16、盡層寬度可以減小渡越時(shí)間，減小耗盡層寬度可以減小渡越時(shí)間，從而提高響應(yīng)速度，但會(huì)降低量子效率，所以要從而提高響應(yīng)速度，但會(huì)降低量子效率，所以要合理選擇耗盡區(qū)寬度，兼顧量子效率和響應(yīng)速度。合理選擇耗盡區(qū)寬度，兼顧量子效率和響應(yīng)速度。 指在無(wú)光照條件下，光電檢測(cè)器的輸出電指在無(wú)光照條件下，光電檢測(cè)器的輸出電流。暗電流引起光接收機(jī)的噪聲增大，因流。暗電流引起光接收機(jī)的噪聲增大，因此希望暗電流越小越好。此希望暗電流越小越好。 暗電流分為體內(nèi)暗電流和表面暗電流（表暗電流分為體內(nèi)暗電流和表面暗電流（表面漏電流）。面漏電流）。PIN光電二極管的暗電流主光電二極管的暗電流主要以表面暗電流為主。要以表面暗電流為

17、主。APD光電二極管的光電二極管的體內(nèi)暗電流會(huì)受到倍增作用，所以以體內(nèi)體內(nèi)暗電流會(huì)受到倍增作用，所以以體內(nèi)暗電流為主。暗電流為主。噪聲特性噪聲特性 噪聲直接影響光接收機(jī)的靈敏度。光電二極管噪聲噪聲直接影響光接收機(jī)的靈敏度。光電二極管噪聲包括信號(hào)電流和暗電流產(chǎn)生的包括信號(hào)電流和暗電流產(chǎn)生的散粒噪聲散粒噪聲和有負(fù)載電和有負(fù)載電阻和后繼放大器輸入阻抗產(chǎn)生的阻和后繼放大器輸入阻抗產(chǎn)生的熱噪聲熱噪聲。通常噪聲。通常噪聲用均方噪聲電流描述。用均方噪聲電流描述。PIN光電二極管噪聲來(lái)源主要光電二極管噪聲來(lái)源主要是散粒噪聲。是散粒噪聲。 均方散粒噪聲電流均方散粒噪聲電流 均方熱噪聲電流均方熱噪聲電流 總均方噪

18、聲電流總均方噪聲電流 22 ()thpdpdIe IIBIIB式中，為光生電流，為暗電流， 為噪聲帶寬24TKTBIRKTR式中 為波爾茲曼常數(shù)； 為絕對(duì)溫度； 為負(fù)載的阻抗RKTBBIIeIdpt4)(22返回返回4.2 光電檢測(cè)器光電檢測(cè)器上一頁(yè)上一頁(yè) APDAPD主要特性參數(shù)主要特性參數(shù) APD APD的倍增系數(shù)。的倍增系數(shù)。APDAPD的倍增系數(shù)的倍增系數(shù)定義為定義為式中，式中，MI為倍增后的總輸出電流的平均值；為倍增后的總輸出電流的平均值； pI為初始光電流（沒(méi)有倍增時(shí)的光電流）為初始光電流（沒(méi)有倍增時(shí)的光電流）。 APD的倍增與雪崩有關(guān)，即與外加的電壓有關(guān)，因此的倍增與雪崩有關(guān)，即

19、與外加的電壓有關(guān)，因此是外加電壓的函數(shù)，是外加電壓的函數(shù)，如圖如圖4-84-8所示。所示。 APD的響應(yīng)度。的響應(yīng)度。APD的的 響應(yīng)度響應(yīng)度APDR定義為定義為 APD的量子效率與的量子效率與PIN的量子效率定義相同。的量子效率定義相同。量子效率與入射的光波長(zhǎng)（頻率）有關(guān)，量子效率與入射的光波長(zhǎng)（頻率）有關(guān)，如圖如圖4-9所示所示，為硅為硅APD雪崩管的量子效率與波長(zhǎng)的關(guān)系。雪崩管的量子效率與波長(zhǎng)的關(guān)系。 GGMPIGI0.APDRR GAPD的噪聲的噪聲主要是主要是由于對(duì)初始電流的散粒噪聲有倍增作用，因由于對(duì)初始電流的散粒噪聲有倍增作用，因此稱為倍增噪聲。此稱為倍增噪聲。APD的噪聲主要是

20、倍增噪聲。的噪聲主要是倍增噪聲。過(guò)剩噪聲因子過(guò)剩噪聲因子F 是雪崩效應(yīng)的隨機(jī)性引起噪聲增加的倍數(shù)是雪崩效應(yīng)的隨機(jī)性引起噪聲增加的倍數(shù) 過(guò)剩噪聲因子過(guò)剩噪聲因子F 是由于雪崩效應(yīng)的隨機(jī)性引起是由于雪崩效應(yīng)的隨機(jī)性引起噪聲增加的倍數(shù)。噪聲增加的倍數(shù)。設(shè)設(shè) （x x是附加噪聲指數(shù)），是附加噪聲指數(shù)），則則APDAPD的均方量子噪聲電流為的均方量子噪聲電流為 同理，同理，APDAPD的均方暗電流噪聲電流為的均方暗電流噪聲電流為 量子噪聲和體內(nèi)暗電流都被放大了量子噪聲和體內(nèi)暗電流都被放大了 倍，表面暗倍，表面暗電流可忽略。電流可忽略。 附加噪聲指數(shù)與器件所用材料和制造工藝有關(guān)，附加噪聲指數(shù)與器件所用材料

21、和制造工藝有關(guān)，Si-Si-APD APD 的的x=0.3x=0.30.5,Ge-APD0.5,Ge-APD的的x= 0.8x= 0.81.0,InGaAs-1.0,InGaAs-APDAPD的的x =0.5x =0.50.70.7。 xFG222xqpIeIB G222xddIeI B G2G F返回返回圖圖4-8 反向偏壓與倍增系數(shù)的關(guān)系反向偏壓與倍增系數(shù)的關(guān)系 圖圖4-8 反向偏壓與倍增系數(shù)的關(guān)系反向偏壓與倍增系數(shù)的關(guān)系返回返回圖圖4-9 量子效率與波長(zhǎng)的關(guān)系量子效率與波長(zhǎng)的關(guān)系 圖圖4-9 量子效率與波長(zhǎng)的關(guān)系量子效率與波長(zhǎng)的關(guān)系m)(1WAnAIdnspFC Si-PIN InGaA

22、s-PIN波長(zhǎng)響應(yīng)波長(zhǎng)響應(yīng) 0.41.0 116響應(yīng)度響應(yīng)度 0.4 (0.85m) 0.5（1.31m）暗電流暗電流 0.11 25響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 210 0.21結(jié)電容結(jié)電容 0.51 12工作電壓工作電壓 /V 5 15 5 15)(1WAnAIdnspFCV/gx Si-APD InGaAs-APD波長(zhǎng)響應(yīng)波長(zhǎng)響應(yīng) 0.41.0 1165響應(yīng)度響應(yīng)度 0.5 0.50.7暗電流暗電流 0.11 1020響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 0.20.5 0.10.3結(jié)電容結(jié)電容 12 0 .5工作電壓工作電壓 50100 4060倍增因子倍增因子 30100 2030附加噪聲指數(shù)附加噪聲指數(shù) 0.30.

23、5 0.50.7nAId 一個(gè)完整的光纖通信系統(tǒng)，除光纖、光源和光電檢測(cè)器外，一個(gè)完整的光纖通信系統(tǒng)，除光纖、光源和光電檢測(cè)器外，還需要許多其它光器件，特別是無(wú)源器件。這些不用電源還需要許多其它光器件，特別是無(wú)源器件。這些不用電源的無(wú)源光器件（即無(wú)光電能量轉(zhuǎn)換，是能量消耗型光學(xué)器的無(wú)源光器件（即無(wú)光電能量轉(zhuǎn)換，是能量消耗型光學(xué)器件），對(duì)光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成、功能的擴(kuò)展或性能的提高，件），對(duì)光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成、功能的擴(kuò)展或性能的提高，都是不可缺少的，是構(gòu)成光纖傳輸系統(tǒng)的重要部分。都是不可缺少的，是構(gòu)成光纖傳輸系統(tǒng)的重要部分。 無(wú)源光器件種類繁多，功能各異，是一類實(shí)用性很強(qiáng)的器無(wú)源光器件種類繁多，功

24、能各異，是一類實(shí)用性很強(qiáng)的器件，主要產(chǎn)品有光纖連接器、光纖耦合器、光衰減器、光件，主要產(chǎn)品有光纖連接器、光纖耦合器、光衰減器、光隔離器與光環(huán)形器、光調(diào)制器、光開關(guān)、光波分復(fù)用器、隔離器與光環(huán)形器、光調(diào)制器、光開關(guān)、光波分復(fù)用器、光纖放大器等。光纖放大器等。 無(wú)源光器件的作用是：連接光路，控制光的傳輸方向，控?zé)o源光器件的作用是：連接光路，控制光的傳輸方向，控制光功率的分配，實(shí)現(xiàn)器件與器件之間、器件與光纖之間制光功率的分配，實(shí)現(xiàn)器件與器件之間、器件與光纖之間的光耦合、合波及分波。的光耦合、合波及分波。返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) 無(wú)源光器件是指除光源器件、光檢測(cè)器件之外，不需要電源無(wú)源光器件是指除光源器件

25、、光檢測(cè)器件之外，不需要電源的光通路部件。無(wú)源光器件可分為的光通路部件。無(wú)源光器件可分為連接用的部件連接用的部件和和功能性部功能性部件件兩大類。兩大類。 連接用的部件是指各種光連接器，用做光纖與光纖之間、光連接用的部件是指各種光連接器，用做光纖與光纖之間、光纖與光器件（或設(shè)備）之間、或部件（設(shè)備）和部件（設(shè)備）纖與光器件（或設(shè)備）之間、或部件（設(shè)備）和部件（設(shè)備）之間的連接。之間的連接。 功能性部件有光波分波器、光衰減器、光隔離器等，用于光功能性部件有光波分波器、光衰減器、光隔離器等，用于光的分路、耦合、復(fù)用、衰減等方面。的分路、耦合、復(fù)用、衰減等方面。 1. 光纖連接器光纖連接器 光纖連接器

26、又稱為光纖活動(dòng)連接器，俗稱活接頭，被定義為：光纖連接器又稱為光纖活動(dòng)連接器，俗稱活接頭，被定義為：能穩(wěn)定地，但并不是永久地，連接兩根或多根光纖的無(wú)源組能穩(wěn)定地，但并不是永久地，連接兩根或多根光纖的無(wú)源組件。可見(jiàn)光纖連接器是一種可拆卸使用的連接部件件?？梢?jiàn)光纖連接器是一種可拆卸使用的連接部件 。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè) 光纖連接器的用途。光纖連接器主要用于光端機(jī)、光測(cè)儀光纖連接器的用途。光纖連接器主要用于光端機(jī)、光測(cè)儀表等設(shè)備與光纖之間的連接以及光纖之間的相互連接，它是表等設(shè)備與光纖之間的連接以及光纖之間的相互連接，它是組成光纖通信線路不可缺少的重要器件之一。組成光纖通信線路不可缺少的重要器件之一。

27、 光纖連接器的作用。光纖連接器的主要作用是將需要連接光纖連接器的作用。光纖連接器的主要作用是將需要連接起來(lái)的單根或多根光纖纖芯端面相互對(duì)淮、貼緊，并能夠多起來(lái)的單根或多根光纖纖芯端面相互對(duì)淮、貼緊，并能夠多次使用。次使用。 對(duì)光纖連接的要求。光纖連接器需要滿足下列要求：對(duì)光纖連接的要求。光纖連接器需要滿足下列要求： 連接損耗??；連接損耗??； 連接損耗的穩(wěn)定性好，在連接損耗的穩(wěn)定性好，在-20-60范圍溫度變化時(shí)不應(yīng)該范圍溫度變化時(shí)不應(yīng)該有附加的損耗產(chǎn)生；有附加的損耗產(chǎn)生； 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命；具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命； 接頭體積小，密封性好；接頭體積小，密封性好； 便于操作，易于

28、放置和保護(hù)。便于操作，易于放置和保護(hù)。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè) （1）光纖連接器的結(jié)構(gòu)及原理）光纖連接器的結(jié)構(gòu)及原理 光纖連接器的結(jié)構(gòu)。光線路的活動(dòng)連接，須使被接光纖連接器的結(jié)構(gòu)。光線路的活動(dòng)連接，須使被接光纖的纖芯嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)并接觸良好，為滿足這一基本光纖的纖芯嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)并接觸良好，為滿足這一基本要求，有多種對(duì)中方式得到采用，如套筒式、圓錐要求，有多種對(duì)中方式得到采用，如套筒式、圓錐式、式、V型槽式等。目前，工程上廣泛應(yīng)用的是套筒式型槽式等。目前，工程上廣泛應(yīng)用的是套筒式對(duì)中結(jié)構(gòu)，對(duì)中結(jié)構(gòu)，如圖如圖4-10所示。所示。 它是由三個(gè)部分組成的，有兩個(gè)配合插頭（插針體）它是由三個(gè)部分組成的，有

29、兩個(gè)配合插頭（插針體）和一個(gè)耦合管（琺瑯盤）。兩個(gè)插頭裝進(jìn)兩根光纖和一個(gè)耦合管（琺瑯盤）。兩個(gè)插頭裝進(jìn)兩根光纖尾端；耦合管起對(duì)準(zhǔn)套管的作用。尾端；耦合管起對(duì)準(zhǔn)套管的作用。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-10 光纖連接器結(jié)構(gòu)光纖連接器結(jié)構(gòu) 圖圖4-10 光纖連接器結(jié)構(gòu)光纖連接器結(jié)構(gòu) （2）光纖連接器的類型）光纖連接器的類型 按照不同的分類方法，光纖連接器可以分為不同的按照不同的分類方法，光纖連接器可以分為不同的種類。種類。 按傳輸媒介的不同可分為：?jiǎn)文９饫w連接器和多模按傳輸媒介的不同可分為：?jiǎn)文９饫w連接器和多模光纖連接器；光纖連接器； 按結(jié)構(gòu)的不同可分為：按結(jié)構(gòu)的不同可分為：FC

30、、SC、ST、MU、LC、MT等各種型式；等各種型式； 按連接器的插針端面形式可分為：按連接器的插針端面形式可分為：FC、PC（UPC）和和APC； 按光纖芯數(shù)分還有單芯、多芯之分按光纖芯數(shù)分還有單芯、多芯之分。 如表如表4-1所示所示，是，是ITU-T建議的光纖連接器分類。建議的光纖連接器分類。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回表表4-1 光纖連接器類型光纖連接器類型 表表4-1 光纖連接器類型光纖連接器類型單通道單通道對(duì)接對(duì)接套筒套筒/V/V型型槽槽直套管直套管螺絲螺絲多通道多通道透鏡透鏡錐型錐型錐型套管錐型套管銷釘銷釘單單/ /多通多通道道其他其他其他其他其他其他彈簧銷彈簧銷 （3

31、）光纖連接器特性）光纖連接器特性 光纖連接器的特性，首先是光學(xué)特性，還有光纖連接器的互光纖連接器的特性，首先是光學(xué)特性，還有光纖連接器的互換性、重復(fù)性、抗拉強(qiáng)度、溫度和插拔次數(shù)等。換性、重復(fù)性、抗拉強(qiáng)度、溫度和插拔次數(shù)等。 互換性與重復(fù)性互換性與重復(fù)性-光纖連接器是通用的無(wú)源光器件，對(duì)于同光纖連接器是通用的無(wú)源光器件，對(duì)于同一類型的光纖連接器，一般都可以任意組合使用，并可以重一類型的光纖連接器，一般都可以任意組合使用，并可以重復(fù)多次使用，由此而導(dǎo)入的附加損耗一般都在小于復(fù)多次使用，由此而導(dǎo)入的附加損耗一般都在小于0.2dB的的范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度-對(duì)于光纖連接器，一般要求其抗拉強(qiáng)

32、度應(yīng)不低于對(duì)于光纖連接器，一般要求其抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于90N。 溫度溫度- 一般要求，光纖連接器必須在一般要求，光纖連接器必須在-40+70溫度范溫度范圍內(nèi)能夠正常使用。圍內(nèi)能夠正常使用。 插拔次數(shù)插拔次數(shù)-目前使用的光纖連接器一般都可以插拔目前使用的光纖連接器一般都可以插拔l000次以次以上。上。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè) （4）常見(jiàn)的光纖連接器）常見(jiàn)的光纖連接器 FC型光纖連接器（型光纖連接器（如圖如圖4-11所示所示）-圓型帶螺紋：圓型帶螺紋：FC連接器外部加強(qiáng)方式是采用金屬套，緊固方式為連接器外部加強(qiáng)方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。最早，螺絲扣。最早，F(xiàn)C類型的連接器，采用的陶

33、瓷插針類型的連接器，采用的陶瓷插針的對(duì)接端面是平面接觸方式的對(duì)接端面是平面接觸方式(FC)。此類連接器結(jié)構(gòu)。此類連接器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，制作容易，但光纖端面對(duì)微塵較簡(jiǎn)單，操作方便，制作容易，但光纖端面對(duì)微塵較為敏感，且容易產(chǎn)生菲涅爾反射，提高回波損耗性為敏感，且容易產(chǎn)生菲涅爾反射，提高回波損耗性能較為困難。后來(lái)，對(duì)該類型連接器做了改進(jìn)，采能較為困難。后來(lái)，對(duì)該類型連接器做了改進(jìn)，采用對(duì)接端面呈球面的插針用對(duì)接端面呈球面的插針(PC)，而外部結(jié)構(gòu)沒(méi)有改，而外部結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變，使得插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的變，使得插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的提高。提高。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)

34、上一頁(yè)返回返回圖圖4-11 FC型連接器型連接器 圖圖4-11 FC型連接器型連接器 SC型光纖連接器（型光纖連接器（如圖如圖4-12所示所示）-卡接式方卡接式方型：其外殼呈矩形，所采用的插針與耦合套筒的型：其外殼呈矩形，所采用的插針與耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與結(jié)構(gòu)尺寸與FC型完全相同，其中插針的端面多型完全相同，其中插針的端面多采用采用PC或或APC型研磨方式；緊固方式是采用插型研磨方式；緊固方式是采用插拔銷閂式，不需旋轉(zhuǎn)。此類連接器價(jià)格低廉，插拔銷閂式，不需旋轉(zhuǎn)。此類連接器價(jià)格低廉，插拔操作方便，介入損耗波動(dòng)小，抗壓強(qiáng)度較高，拔操作方便，介入損耗波動(dòng)小，抗壓強(qiáng)度較高，安裝密度高。安裝密度高。 返

35、回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-12 SC型連接器型連接器 圖圖4-12 SC型連接器型連接器 LC型連接器（型連接器（如圖如圖4-13所示所示）：）：LC型連接器型連接器采用操作方便的模塊化插孔采用操作方便的模塊化插孔(RJ)閂鎖機(jī)理制成。閂鎖機(jī)理制成。其所采用的插針和套筒的尺寸是普通其所采用的插針和套筒的尺寸是普通SC、FC等等所用尺寸的一半，為所用尺寸的一半，為1.25mm。這樣可以提高。這樣可以提高光配線架中光纖連接器的密度。目前，在單模光配線架中光纖連接器的密度。目前，在單模SFF方面，方面，LC類型的連接器實(shí)際已經(jīng)占據(jù)了主類型的連接器實(shí)際已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，在多模方面

36、的應(yīng)用也增長(zhǎng)迅速。導(dǎo)地位，在多模方面的應(yīng)用也增長(zhǎng)迅速。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-13 LC型連接器型連接器 圖圖4-13 LC型連接器型連接器ST型光纖連接器（型光纖連接器（如圖如圖4-14所示所示）-外殼呈圓形，外殼呈圓形，所采用的插針與耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與所采用的插針與耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型完全相型完全相同，其中插針的端面多采用同，其中插針的端面多采用PC型或型或APC型研磨方式；型研磨方式；緊固方式為螺絲扣。此類連接器適用于各種光纖網(wǎng)緊固方式為螺絲扣。此類連接器適用于各種光纖網(wǎng)絡(luò)，操作簡(jiǎn)便，且具有良好的互換性。絡(luò)，操作簡(jiǎn)便，且具有良好的互換性。DIN47256型

37、光纖連接器（型光纖連接器（如圖如圖4-15所示所示）：這種）：這種連接器采用的插針和耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與連接器采用的插針和耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型相型相同，端面處理采用同，端面處理采用PC研磨方式。與研磨方式。與FC型連接器相型連接器相比，其結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些，內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)中有控制壓比，其結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些，內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)中有控制壓力的彈簧，可以避免因插接壓力過(guò)大而損傷端面。力的彈簧，可以避免因插接壓力過(guò)大而損傷端面。另外，這種連接器的機(jī)械精度較高，因而插入損耗另外，這種連接器的機(jī)械精度較高，因而插入損耗較小。較小。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-14 ST型光纖連接器型光纖連接器 圖

38、圖4-14 ST型光纖連接器型光纖連接器返回返回圖圖4-15 DIN47256型光纖連接器型光纖連接器 圖圖4-15 DIN47256型光纖連接器型光纖連接器MT-RJ型連接器（型連接器（如圖如圖4-16所示所示）：）：MT-RJ型連接器起步于型連接器起步于MT連接器，帶有與連接器，帶有與RJ-45型型LAN電連接器相同的閂鎖機(jī)構(gòu)，電連接器相同的閂鎖機(jī)構(gòu)，通過(guò)安裝于小型套管兩側(cè)的導(dǎo)向銷對(duì)準(zhǔn)光通過(guò)安裝于小型套管兩側(cè)的導(dǎo)向銷對(duì)準(zhǔn)光纖，為便于與光收發(fā)信機(jī)相連，連接器端纖，為便于與光收發(fā)信機(jī)相連，連接器端面光纖為雙芯（間隔面光纖為雙芯（間隔0.75mm）排列設(shè)）排列設(shè)計(jì)，是主要用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)南乱淮呙?/p>

39、度計(jì)，是主要用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)南乱淮呙芏裙膺B接器。光連接器。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-16 MT-RJ型連接器型連接器 圖圖4-16 MT-RJ型連接器型連接器 （5）光纖連接器的插針端面）光纖連接器的插針端面 光纖連接器的關(guān)鍵元件是插針與套筒。曾經(jīng)采用多種材料制光纖連接器的關(guān)鍵元件是插針與套筒。曾經(jīng)采用多種材料制作，如塑料、銅、不銹鋼等。但均因易變形、不耐磨損與光作，如塑料、銅、不銹鋼等。但均因易變形、不耐磨損與光纖材料膨脹系數(shù)相差太大而導(dǎo)致光纖斷裂等一系列問(wèn)題不能纖材料膨脹系數(shù)相差太大而導(dǎo)致光纖斷裂等一系列問(wèn)題不能解決而被放棄。解決而被放棄。 目前，實(shí)用的插針與套筒材料

40、采用氧化鋯陶瓷，陶瓷所具有目前，實(shí)用的插針與套筒材料采用氧化鋯陶瓷，陶瓷所具有的性能可以克服上述材料的不足。裝有光纖的陶瓷插針，其的性能可以克服上述材料的不足。裝有光纖的陶瓷插針，其端面的形狀與連接器件性能優(yōu)劣密切相關(guān)。端面的形狀與連接器件性能優(yōu)劣密切相關(guān)。 陶瓷插針端面如陶瓷插針端面如圖圖4-17端面圖，光纖連接器的插針體端面端面圖，光纖連接器的插針體端面在在PC型球面研磨的基礎(chǔ)上，根據(jù)球面研磨的不同，又產(chǎn)生型球面研磨的基礎(chǔ)上，根據(jù)球面研磨的不同，又產(chǎn)生了超級(jí)了超級(jí)PC（SPC）型球面研磨和角度）型球面研磨和角度PC(APC)型球面研型球面研磨，磨，PC、SPC和和APC端面連接器的插入損耗

41、值在都小于端面連接器的插入損耗值在都小于0.4dB的情況下，回波損耗值分別小于的情況下，回波損耗值分別小于-40dB、-50dH和和-60dB。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-17 端面圖端面圖 圖圖4-17 端面圖端面圖 2. 光耦合器光耦合器 在光纖通信系統(tǒng)或光纖測(cè)試中，經(jīng)常會(huì)遇到從光纖在光纖通信系統(tǒng)或光纖測(cè)試中，經(jīng)常會(huì)遇到從光纖的主傳信道中取出一部分光作為檢測(cè)、控制等使用，的主傳信道中取出一部分光作為檢測(cè)、控制等使用，有時(shí)將兩個(gè)方向的光信號(hào)合起來(lái)送入一根光纖中傳有時(shí)將兩個(gè)方向的光信號(hào)合起來(lái)送入一根光纖中傳輸，會(huì)使用光耦合器。輸，會(huì)使用光耦合器。 光耦合器又稱光定向耦合器，

42、是對(duì)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)分路、光耦合器又稱光定向耦合器，是對(duì)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)分路、合路、插入和分配的無(wú)源光器件。合路、插入和分配的無(wú)源光器件。它們是依靠光波它們是依靠光波導(dǎo)間電磁場(chǎng)的相互耦合來(lái)工作的。導(dǎo)間電磁場(chǎng)的相互耦合來(lái)工作的。 廣義而言，光分波器和光合波器具有波長(zhǎng)選擇功能，廣義而言，光分波器和光合波器具有波長(zhǎng)選擇功能，也屬于光耦合器也屬于光耦合器 （1）光耦合器分類）光耦合器分類 光耦合器分類，光耦合器分類，如表如表4-3所示所示。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回表表4-3 耦合器的分類耦合器的分類 表表4-3 耦合器的分類耦合器的分類光耦光耦合器合器用途用途分類分類定向耦合器定向耦合器光分波器、

43、光分波器光分波器、光分波器光分支器光分支器星型耦合器星型耦合器透射星型耦合器透射星型耦合器反射星型耦合器反射星型耦合器T T型耦合器型耦合器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分類分類分立元件型分立元件型熔融拉錐型熔融拉錐型平面波導(dǎo)型平面波導(dǎo)型拼接型拼接型激光器件型激光器件型光纖光纖分類分類多模光纖耦合器多模光纖耦合器單模光纖耦合器單模光纖耦合器 （2）常見(jiàn)的幾種光耦合器）常見(jiàn)的幾種光耦合器 常見(jiàn)的幾種光耦合器，常見(jiàn)的幾種光耦合器，如圖如圖4-20所示所示。 (3) 耦合器的特性耦合器的特性 表示光纖耦合器性能指標(biāo)的參數(shù)有：隔離度、插表示光纖耦合器性能指標(biāo)的參數(shù)有：隔離度、插入損耗和分光比等。下面以入損耗和分光比等。下面

44、以22(四端口四端口)定向耦定向耦合器為例來(lái)說(shuō)明。合器為例來(lái)說(shuō)明。 隔離度隔離度-如圖如圖4-20（c）所示，由端）所示，由端1輸入的光功輸入的光功率率P1應(yīng)從端應(yīng)從端2和端和端3輸出，端輸出，端4理論上應(yīng)無(wú)光功率理論上應(yīng)無(wú)光功率輸出。但實(shí)際上端輸出。但實(shí)際上端4還是有少量光功率還是有少量光功率P4輸出，輸出，其大小就表示了其大小就表示了1、4兩個(gè)端口的隔離程度。隔離兩個(gè)端口的隔離程度。隔離度度A表示為表示為返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-20 光耦合器光耦合器 圖圖4-20 光耦合器光耦合器返回返回4.2 光無(wú)源器件光無(wú)源器件上一頁(yè)上一頁(yè) (dB) log101441PPA、

45、一般要求一般要求A A20dB20dB。插入損耗插入損耗COL。插入損耗表示定向耦合器損耗的大小。插入損耗表示定向耦合器損耗的大小。插入損耗等于輸出光功率之和與輸入光功率之比的分貝值，即插入損耗等于輸出光功率之和與輸入光功率之比的分貝值，即(dB) log10132PPPLCOCOLCOT一般要求一般要求0.5dB0.5dB 分光比分光比: :各輸出端口輸出功率與總輸出功率的比值各輸出端口輸出功率與總輸出功率的比值下一頁(yè)下一頁(yè) 3. 光波分復(fù)用器光波分復(fù)用器 （1）光波分復(fù)用器的定義及分類）光波分復(fù)用器的定義及分類 光波分復(fù)用器按用途分為光分波器和光合波光波分復(fù)用器按用途分為光分波器和光合波器

46、兩種，分別器兩種，分別如圖如圖4-19(a)、(b)所示所示。它。它們是波分復(fù)用們是波分復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。光合波器是將多個(gè)光源不同波長(zhǎng)的信號(hào)結(jié)合光合波器是將多個(gè)光源不同波長(zhǎng)的信號(hào)結(jié)合在一起，經(jīng)一根傳輸光纖輸出的光器件。反在一起，經(jīng)一根傳輸光纖輸出的光器件。反之，將同之，將同根傳輸光纖送來(lái)的多個(gè)不同波長(zhǎng)根傳輸光纖送來(lái)的多個(gè)不同波長(zhǎng)的信號(hào)，分解為個(gè)別波長(zhǎng)，分別輸出的光器的信號(hào)，分解為個(gè)別波長(zhǎng)，分別輸出的光器件稱為光分波器。有時(shí)同一器件既可以作為件稱為光分波器。有時(shí)同一器件既可以作為光分波器，又可以作光合波器使用。光分波器，又可以作光合波器使用。 光波分復(fù)用器的主

47、要類型有熔錐光纖型、介光波分復(fù)用器的主要類型有熔錐光纖型、介質(zhì)膜干涉型、光柵型和波導(dǎo)型四種質(zhì)膜干涉型、光柵型和波導(dǎo)型四種 返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-19 光波分復(fù)用器光波分復(fù)用器 圖圖4-19 光波分復(fù)用器光波分復(fù)用器(a)返回返回圖圖4-19 光波分解復(fù)用器光波分解復(fù)用器 圖圖4-19 光波分解復(fù)用器光波分解復(fù)用器(b) （2）光波分復(fù)用器（光分波器和光合波器）原理）光波分復(fù)用器（光分波器和光合波器）原理 在模擬載波通信系統(tǒng)中，通常采用頻分復(fù)用方法提高系統(tǒng)的在模擬載波通信系統(tǒng)中，通常采用頻分復(fù)用方法提高系統(tǒng)的傳輸容量，充分利用電纜的帶寬資源，即在同一根電纜中同傳輸容量，

48、充分利用電纜的帶寬資源，即在同一根電纜中同時(shí)傳輸若干個(gè)信道的信號(hào)，接收端根據(jù)各載波頻率的不同，時(shí)傳輸若干個(gè)信道的信號(hào)，接收端根據(jù)各載波頻率的不同，利用帶通濾波器就可濾出每一個(gè)信道的信號(hào)。利用帶通濾波器就可濾出每一個(gè)信道的信號(hào)。 在在WDM系統(tǒng)中，充分利用了單模光纖低損耗區(qū)帶來(lái)的巨大系統(tǒng)中，充分利用了單模光纖低損耗區(qū)帶來(lái)的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率（或波長(zhǎng)）不同可以將帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率（或波長(zhǎng)）不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號(hào)的載光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號(hào)的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器（合波器）將不同規(guī)定波長(zhǎng)的波，在發(fā)送端采

49、用波分復(fù)用器（合波器）將不同規(guī)定波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來(lái)，送入一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，信號(hào)光載波合并起來(lái)，送入一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長(zhǎng)、承載不同信再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長(zhǎng)、承載不同信號(hào)的光載波分開。號(hào)的光載波分開。 由于不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)可以看作互相獨(dú)立（不考慮光纖由于不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)可以看作互相獨(dú)立（不考慮光纖非線性時(shí)），從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳非線性時(shí)），從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳輸。輸。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè) （3）光波分復(fù)用器的要求及參數(shù)）光波分復(fù)用器的要求及參數(shù) 對(duì)光分波器和

50、光合波器的主要要求是：對(duì)光分波器和光合波器的主要要求是： 復(fù)用信道多、插人損耗小、隔離度大、通帶寬、帶內(nèi)平坦、復(fù)用信道多、插人損耗小、隔離度大、通帶寬、帶內(nèi)平坦、帶外插入損耗變化陡峭及體積小、工作穩(wěn)定和價(jià)格便宜等。帶外插入損耗變化陡峭及體積小、工作穩(wěn)定和價(jià)格便宜等。 光分波器和光合波器的主要特性參數(shù)有光分波器和光合波器的主要特性參數(shù)有: 中心波長(zhǎng)、中心波長(zhǎng)工作范圍、與中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的插人損耗、中心波長(zhǎng)、中心波長(zhǎng)工作范圍、與中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的插人損耗、隔離度、回波損耗、反射系數(shù)、偏振相關(guān)損耗、偏振模色散隔離度、回波損耗、反射系數(shù)、偏振相關(guān)損耗、偏振模色散等。等。 隔離度隔離度也稱為波長(zhǎng)隔離度或通帶間隔

51、離度，是由某一規(guī)定波也稱為波長(zhǎng)隔離度或通帶間隔離度，是由某一規(guī)定波長(zhǎng)輸出端口所測(cè)得的另一不想要波長(zhǎng)的光功率與該不想要波長(zhǎng)輸出端口所測(cè)得的另一不想要波長(zhǎng)的光功率與該不想要波長(zhǎng)輸入光功率之比的對(duì)數(shù)，單位為長(zhǎng)輸入光功率之比的對(duì)數(shù)，單位為dB。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè) 4. 光衰減器光衰減器 光衰減器是用來(lái)穩(wěn)定地、準(zhǔn)確地減小信號(hào)光光衰減器是用來(lái)穩(wěn)定地、準(zhǔn)確地減小信號(hào)光功率的無(wú)源光器件。功率的無(wú)源光器件。 光衰減器的作用是當(dāng)光通過(guò)該器件時(shí)，使光光衰減器的作用是當(dāng)光通過(guò)該器件時(shí)，使光強(qiáng)達(dá)到一定程度的衰減，它主要用于調(diào)整光強(qiáng)達(dá)到一定程度的衰減，它主要用于調(diào)整光中繼段的線路損耗、評(píng)價(jià)光系統(tǒng)的靈敏度和中

52、繼段的線路損耗、評(píng)價(jià)光系統(tǒng)的靈敏度和校正光功率計(jì)等場(chǎng)合。校正光功率計(jì)等場(chǎng)合。 光衰減器通常是通過(guò)金屬蒸發(fā)膜使光衰減光衰減器通常是通過(guò)金屬蒸發(fā)膜使光衰減返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè) （1）衰減器分類）衰減器分類 按照光信號(hào)的衰減方式，衰減器可分為固定衰減器按照光信號(hào)的衰減方式，衰減器可分為固定衰減器和可變衰減器兩種；和可變衰減器兩種； 按照光信號(hào)的傳輸方式，衰減器可分為單模光衰減按照光信號(hào)的傳輸方式，衰減器可分為單模光衰減器和多模光衰減器。器和多模光衰減器。 固定光衰減器通過(guò)吸收一部分光信號(hào)，產(chǎn)生衰減作固定光衰減器通過(guò)吸收一部分光信號(hào)，產(chǎn)生衰減作用。它在光線軸線上設(shè)置半透明的摻雜化合物即衰用

53、。它在光線軸線上設(shè)置半透明的摻雜化合物即衰減膜，在一定的光帶內(nèi)，光在吸收帶內(nèi)被吸收，產(chǎn)減膜，在一定的光帶內(nèi)，光在吸收帶內(nèi)被吸收，產(chǎn)生衰減。固定光衰減器造成的功率衰減值是固定不生衰減。固定光衰減器造成的功率衰減值是固定不變的，一般用于調(diào)節(jié)傳輸線路中某一區(qū)間的損耗。變的，一般用于調(diào)節(jié)傳輸線路中某一區(qū)間的損耗。 可變光衰減器帶有光纖連接器，通常是分檔進(jìn)行衰可變光衰減器帶有光纖連接器，通常是分檔進(jìn)行衰減的，改變金屬蒸發(fā)膜的厚度，也可以位衰減量連減的，改變金屬蒸發(fā)膜的厚度，也可以位衰減量連續(xù)變化，它的衰減范圍可達(dá)續(xù)變化，它的衰減范圍可達(dá)60dB以上，精度達(dá)以上，精度達(dá)0.1dB。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一

54、頁(yè)上一頁(yè) （2）可變光衰減器的結(jié)構(gòu)及原理）可變光衰減器的結(jié)構(gòu)及原理 當(dāng)接收機(jī)輸入光功率超過(guò)某一范圍或在測(cè)量光纖接當(dāng)接收機(jī)輸入光功率超過(guò)某一范圍或在測(cè)量光纖接收機(jī)靈敏度時(shí)都要用到光衰減器，收機(jī)靈敏度時(shí)都要用到光衰減器，其結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)如圖如圖4-18所示所示。它由透鏡、步進(jìn)衰減圓盤、連續(xù)可調(diào)衰減。它由透鏡、步進(jìn)衰減圓盤、連續(xù)可調(diào)衰減片組成。其中光衰減片可調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度，改變反射片組成。其中光衰減片可調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度，改變反射光與透射光比例來(lái)改變光衰減的大小。光與透射光比例來(lái)改變光衰減的大小。 光纖輸人的光經(jīng)自聚焦透鏡變成平行光束，平行光光纖輸人的光經(jīng)自聚焦透鏡變成平行光束，平行光束經(jīng)過(guò)衰減片再送到自聚焦透

55、鏡耦合到輸出光纖中束經(jīng)過(guò)衰減片再送到自聚焦透鏡耦合到輸出光纖中去，去，衰減片通常是表面蒸鍍了金屬吸收膜的玻璃基衰減片通常是表面蒸鍍了金屬吸收膜的玻璃基片，片，為減小反射光，衰減片與光軸可以傾斜放置。為減小反射光，衰減片與光軸可以傾斜放置。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-18 衰減器的結(jié)構(gòu)衰減器的結(jié)構(gòu) 圖圖4-18 衰減器的結(jié)構(gòu)衰減器的結(jié)構(gòu)可調(diào)旋可調(diào)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)光衰減光衰減片片輸 入 光輸 入 光信號(hào)信號(hào)輸 出 光輸 出 光信號(hào)信號(hào)透透鏡鏡透透鏡鏡 （3）對(duì)光衰減器的要求）對(duì)光衰減器的要求 光纖通信系統(tǒng)對(duì)光衰減器的主要要求：光纖通信系統(tǒng)對(duì)光衰減器的主要要求： 插入損耗小、反射耦合低；插

56、入損耗小、反射耦合低； 符合使用的工作波長(zhǎng)區(qū)域；符合使用的工作波長(zhǎng)區(qū)域； 體積小、重量輕。體積小、重量輕。 （4）光衰減器）光衰減器-SGT-9A SGT-9A是一種數(shù)字可調(diào)光衰減器，主要用于連續(xù)是一種數(shù)字可調(diào)光衰減器，主要用于連續(xù)光信號(hào)功率的衰減。具有快速調(diào)節(jié)衰減值，線性度光信號(hào)功率的衰減。具有快速調(diào)節(jié)衰減值，線性度好、精度高、低插入損耗、高分辨率，衰減定位等好、精度高、低插入損耗、高分辨率，衰減定位等功能。該衰減器可用于光纜施工與維護(hù)、光纖通信、功能。該衰減器可用于光纜施工與維護(hù)、光纖通信、光纖傳感器、光纖光纖傳感器、光纖CATV等領(lǐng)域。該衰減器技術(shù)指等領(lǐng)域。該衰減器技術(shù)指標(biāo)標(biāo)如表如表4-

57、2所所示。示。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回表表4-2 光衰減器技術(shù)指標(biāo)光衰減器技術(shù)指標(biāo) 表表4-2 光衰減器技術(shù)指標(biāo)光衰減器技術(shù)指標(biāo)參數(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)參數(shù)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)范圍(nm)(nm)40040016251625分辨率分辨率(dB)(dB)0.050.05校準(zhǔn)波長(zhǎng)校準(zhǔn)波長(zhǎng)(nm)(nm)13101310、15501550測(cè)量精度測(cè)量精度(dB)(dB)0 030(30(0.1)0.1)303050(50(0.3)0.3)505060(60(1.0)1.0)測(cè)量范圍測(cè)量范圍(dB)(dB)0 06060插入損耗插入損耗(dB)(dB)2.52.5最大輸入光

58、功率最大輸入光功率(dB)(dB)4040回波損耗回波損耗(dB)(dB)4545光接口光接口FCFC、STST、SCSC功耗功耗(mW(mW) )7070 5. 光隔離器光隔離器 光隔離器是保證光信號(hào)只能正向傳輸?shù)臒o(wú)源光器件，用以避光隔離器是保證光信號(hào)只能正向傳輸?shù)臒o(wú)源光器件，用以避免光通路中，由于種種原因而產(chǎn)生的反射光再次進(jìn)入光源，免光通路中，由于種種原因而產(chǎn)生的反射光再次進(jìn)入光源，而使光源工作不穩(wěn)定，影響其性能。而使光源工作不穩(wěn)定，影響其性能。 光纖通信系統(tǒng)中的很多光器件如激光器和光放大器等，對(duì)來(lái)光纖通信系統(tǒng)中的很多光器件如激光器和光放大器等，對(duì)來(lái)自連接器、熔接點(diǎn)、濾波器的反射光非常敏感

59、，反射光將導(dǎo)自連接器、熔接點(diǎn)、濾波器的反射光非常敏感，反射光將導(dǎo)致它們的性能惡化，例如半導(dǎo)體激光器的線寬受反射光的影致它們的性能惡化，例如半導(dǎo)體激光器的線寬受反射光的影響會(huì)展寬或壓縮。因此要在靠近這種光器件的輸出端放置隔響會(huì)展寬或壓縮。因此要在靠近這種光器件的輸出端放置隔離器。離器。 （1）光隔離器組成）光隔離器組成 光隔離器主要由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器（旋光器）和檢偏器光隔離器主要由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器（旋光器）和檢偏器3部分組成，部分組成，如圖如圖4-21所示所示。起偏器的特點(diǎn)是當(dāng)入射光進(jìn)入。起偏器的特點(diǎn)是當(dāng)入射光進(jìn)入起偏器時(shí)，是輸出光束變成某一形式的偏振光。起偏器時(shí)，是輸出光束變成某一形式的偏振光。返回返回下一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)上一頁(yè)返回返回圖圖4-21 光隔離器光隔離器 圖圖4-21 光隔離器光隔離器 （3）