上班族鬼節(jié)說說

1、 5.1光纖的溫度特性和機(jī)械特性光纖的溫度特性和機(jī)械特性 5.2光纜的結(jié)構(gòu)和種類光纜的結(jié)構(gòu)和種類 5.3無源光器件無源光器件 5.4發(fā)光二極管器件簡介發(fā)光二極管器件簡介 5.5半導(dǎo)體激光二極管器件半導(dǎo)體激光二極管器件 5.6電檢測器件電檢測器件 5.7其它新型光通信器件簡介其它新型光通信器件簡介 http:/ l產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是光纖的熱膨冷縮。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是光纖的熱膨冷縮。l構(gòu)成光纖的二氧化硅構(gòu)成光纖的二氧化硅(SiO2)的熱膨脹系數(shù)很小，的熱膨脹系數(shù)很小，在溫度降低時幾乎不收縮。而光纖在成纜過程在溫度降低時幾乎不收縮。而光纖在成纜過程中必須經(jīng)涂覆和加上一些其他構(gòu)件，涂覆材料中必須經(jīng)

2、涂覆和加上一些其他構(gòu)件，涂覆材料及其他構(gòu)件的膨脹系數(shù)較大，當(dāng)溫度降低時，及其他構(gòu)件的膨脹系數(shù)較大，當(dāng)溫度降低時，收縮比較嚴(yán)重，所以當(dāng)溫度變化時，材料的膨收縮比較嚴(yán)重，所以當(dāng)溫度變化時，材料的膨脹系數(shù)不同，將使光纖產(chǎn)生微彎，尤其表現(xiàn)在脹系數(shù)不同，將使光纖產(chǎn)生微彎，尤其表現(xiàn)在低溫區(qū)。低溫區(qū)。l隨著溫度的降低，光纖的附加損耗逐漸增加，隨著溫度的降低，光纖的附加損耗逐漸增加，當(dāng)溫度降至當(dāng)溫度降至-55左右，附加損耗急劇增加。左右，附加損耗急劇增加。l因此，在設(shè)計光纖通信系統(tǒng)時，必須考慮光纜因此，在設(shè)計光纖通信系統(tǒng)時，必須考慮光纜的高、低溫循環(huán)試驗，以檢驗光纖的損耗是否的高、低溫循環(huán)試驗，以檢驗光纖的損

3、耗是否符合指標(biāo)要求。符合指標(biāo)要求。 l2光纖的機(jī)械特性光纖的機(jī)械特性l目前構(gòu)成光纖的材料是目前構(gòu)成光纖的材料是SiO2，要被拉成，要被拉成125m的細(xì)絲。在拉絲過程中，光纖的抗拉強(qiáng)度約為的細(xì)絲。在拉絲過程中，光纖的抗拉強(qiáng)度約為1020kg/mm2l如拉絲后立即在光纖表面進(jìn)行涂覆，抗拉強(qiáng)度如拉絲后立即在光纖表面進(jìn)行涂覆，抗拉強(qiáng)度可達(dá)可達(dá)400kg/mm2。l這里所說光纖的強(qiáng)度是指抗張強(qiáng)度，當(dāng)光纖受這里所說光纖的強(qiáng)度是指抗張強(qiáng)度，當(dāng)光纖受到的張力超過它的承受能力時，光纖就將斷裂到的張力超過它的承受能力時，光纖就將斷裂l對于光纖抗斷強(qiáng)度，它和涂覆層的厚度有關(guān)，對于光纖抗斷強(qiáng)度，它和涂覆層的厚度有關(guān)，

4、當(dāng)涂覆厚度為當(dāng)涂覆厚度為510m時，抗斷強(qiáng)度為時，抗斷強(qiáng)度為330kg/ mm2l只有強(qiáng)度符合要求的光纖才能用來成纜。只有強(qiáng)度符合要求的光纖才能用來成纜。 l由光纖的溫度特性和機(jī)械特性可知光纖必須制由光纖的溫度特性和機(jī)械特性可知光纖必須制作成光纜才能使用。光纜線路在長期使用中，作成光纜才能使用。光纜線路在長期使用中，必須經(jīng)受敷設(shè)安裝和長期維護(hù)運用的考驗。必須經(jīng)受敷設(shè)安裝和長期維護(hù)運用的考驗。l因此，對光纜有如下基本要求：因此，對光纜有如下基本要求：l 不能因成纜而使光纖的傳輸特性惡化；不能因成纜而使光纖的傳輸特性惡化；l 在成纜過程中光纖不斷裂；在成纜過程中光纖不斷裂；l 纜徑細(xì)、重量輕；纜徑

5、細(xì)、重量輕；l 便于施工和維護(hù)便于施工和維護(hù)l1光纜的基本結(jié)構(gòu)光纜的基本結(jié)構(gòu)l光纜由纜芯、加強(qiáng)元件和外護(hù)層組成。光纜由纜芯、加強(qiáng)元件和外護(hù)層組成。l(1) 纜芯纜芯l纜芯由光纖芯線組成，它可分為單芯和纜芯由光纖芯線組成，它可分為單芯和多芯兩種。多芯兩種。l二次涂覆主要采用下列兩種保護(hù)結(jié)構(gòu)：二次涂覆主要采用下列兩種保護(hù)結(jié)構(gòu)：l 緊套結(jié)構(gòu)緊套結(jié)構(gòu)l 松套結(jié)構(gòu)松套結(jié)構(gòu)l兩種保護(hù)結(jié)構(gòu)如圖兩種保護(hù)結(jié)構(gòu)如圖5-2-1所示所示l(2) 加強(qiáng)元件加強(qiáng)元件l光纖材料比較脆，容易斷裂，為了使光光纖材料比較脆，容易斷裂，為了使光纜便于承受敷設(shè)安裝時所加的外力等，纜便于承受敷設(shè)安裝時所加的外力等，因此在光纜中要加一根

6、或多根加強(qiáng)元件因此在光纜中要加一根或多根加強(qiáng)元件位于中心或分散在四周。位于中心或分散在四周。l加強(qiáng)元件的材料可用鋼絲或非金屬的纖加強(qiáng)元件的材料可用鋼絲或非金屬的纖維維增強(qiáng)塑料增強(qiáng)塑料(FRP)等。等。l(3) 護(hù)層護(hù)層l光纜的護(hù)層主要是對已經(jīng)成纜的光纖芯光纜的護(hù)層主要是對已經(jīng)成纜的光纖芯線起保護(hù)作用，避免由于外部機(jī)械力和線起保護(hù)作用，避免由于外部機(jī)械力和環(huán)境影響造成對光纖的損壞。環(huán)境影響造成對光纖的損壞。 l2光纜的種類光纜的種類l(1) 層絞式光纜層絞式光纜l(2) 單位式光纜單位式光纜l(3) 骨架式光纜骨架式光纜l(4) 帶狀式光纜帶狀式光纜 l3幾種新型光纜簡介幾種新型光纜簡介l(1)

7、 常規(guī)光纜常規(guī)光纜l長途通信光纜線路廣泛使用的是長途通信光纜線路廣泛使用的是G652常規(guī)單常規(guī)單模光纜。這種光纜的光纖損耗在模光纜。這種光纜的光纖損耗在=1.55m附近附近時最小，但色散較大約為時最小，但色散較大約為18ps/(nmkm)；在；在=1.31m損耗較小，約損耗較小，約0.35dB/km色散幾乎為色散幾乎為零。零。l(2) 色散位移光纜色散位移光纜l色散位移光纜即是由色散位移光纖色散位移光纜即是由色散位移光纖DSF構(gòu)成的構(gòu)成的光纜。光纜。DSF是使單模光纖的材料色散和波導(dǎo)色是使單模光纖的材料色散和波導(dǎo)色散相互補(bǔ)償，在散相互補(bǔ)償，在1.55m附近總色散為零。附近總色散為零。l色散位移

8、光纜可以實現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)的大容量，色散位移光纜可以實現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)的大容量，超長距離的傳輸。超長距離的傳輸。 l(3) 非零色散光纜非零色散光纜l它是由非零色散光纖它是由非零色散光纖NZDF構(gòu)成的光纜。構(gòu)成的光纜。l在波分復(fù)用在波分復(fù)用WDM技術(shù)中，技術(shù)中，DSF由于光纖的非由于光纖的非線性效應(yīng)而產(chǎn)生四波混頻等現(xiàn)象。為了解決這線性效應(yīng)而產(chǎn)生四波混頻等現(xiàn)象。為了解決這個問題設(shè)計一種新型光纜。個問題設(shè)計一種新型光纜。l非零色散光纖非零色散光纖NZDF，光纖工作波長在，光纖工作波長在1.541.565m范圍內(nèi)，色散值不為零，但這個值較范圍內(nèi)，色散值不為零，但這個值較小約為小約為1.04.0ps/(k

9、mnm)。和常規(guī)光纖相比，。和常規(guī)光纖相比，在這個波長范圍內(nèi)，色散和損耗都比較小，所在這個波長范圍內(nèi)，色散和損耗都比較小，所以可以實現(xiàn)超長距離的傳輸，又可以采用以可以實現(xiàn)超長距離的傳輸，又可以采用WDM技術(shù)。技術(shù)。 l(4) 色散平坦光纜色散平坦光纜l利用利用WDM技術(shù)，為了挖掘光纖的潛力，充分技術(shù)，為了挖掘光纖的潛力，充分利用光纖的有效帶寬，在利用光纖的有效帶寬，在1.31.6m的波長范的波長范圍內(nèi)，都能夠保持低損耗和低色散，在相對比圍內(nèi)，都能夠保持低損耗和低色散，在相對比較寬的范圍內(nèi)得到平坦的低色散特性，設(shè)計一較寬的范圍內(nèi)得到平坦的低色散特性，設(shè)計一種新型光纖種新型光纖色散平坦光纖色散平坦

10、光纖DFF。由。由DFF構(gòu)構(gòu)成的光纜即是色散平坦光纜。成的光纜即是色散平坦光纜。lDFF也是通過改變光纖的折射率的方法實現(xiàn)在也是通過改變光纖的折射率的方法實現(xiàn)在1.31.6m波長范圍內(nèi)的平坦的低色散。波長范圍內(nèi)的平坦的低色散。 l在光纖通信系統(tǒng)中需要眾多的無源光器在光纖通信系統(tǒng)中需要眾多的無源光器件，在光路中起著光纖連接、光功率分件，在光路中起著光纖連接、光功率分配、光信息的衰減、隔離和調(diào)制、光波配、光信息的衰減、隔離和調(diào)制、光波分復(fù)用、光信道切換等作用。這些無源分復(fù)用、光信道切換等作用。這些無源光器件包括連接器、分路器與耦合器、光器件包括連接器、分路器與耦合器、衰減器、隔離器、濾波器、波分復(fù)

11、用器、衰減器、隔離器、濾波器、波分復(fù)用器、光開關(guān)和調(diào)制器等。光開關(guān)和調(diào)制器等。l 1光纖的連接與光纖連接器光纖的連接與光纖連接器l光纖與光纖的連接有兩種：一種是永久光纖與光纖的連接有兩種：一種是永久性連接，另一種是活動連接。性連接，另一種是活動連接。l光纖與光纖的永久性連接通常采用高頻光纖與光纖的永久性連接通常采用高頻電弧放電熔接的方法。電弧放電熔接的方法。l活動連接是通過光纖連接器來實現(xiàn)活動連接是通過光纖連接器來實現(xiàn)l光纖連接器的作用不僅實現(xiàn)光纖與光纖光纖連接器的作用不僅實現(xiàn)光纖與光纖之間的活動連接，還可以實現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)之間的活動連接，還可以實現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備之間、設(shè)備與儀表之間、設(shè)備與光纖備之間

12、、設(shè)備與儀表之間、設(shè)備與光纖之間的活動連接。之間的活動連接。l光纖連接器的結(jié)構(gòu)種類很多，但大多用光纖連接器的結(jié)構(gòu)種類很多，但大多用精密套筒來準(zhǔn)直纖芯，以降低損耗。精密套筒來準(zhǔn)直纖芯，以降低損耗。l光纖連接器又分多模連接器和單模連接光纖連接器又分多模連接器和單模連接器。器。l接口類型有接口類型有FC型、及型、及SC型、型、ST等幾種等幾種類型。根據(jù)不同要求使用。類型。根據(jù)不同要求使用。 l2光纖分路器及耦合器光纖分路器及耦合器l 在光纖通信系統(tǒng)或光纖測試中，經(jīng)常要遇在光纖通信系統(tǒng)或光纖測試中，經(jīng)常要遇到需要從光纖的主傳輸信道中取出一部分光，到需要從光纖的主傳輸信道中取出一部分光，作為監(jiān)測、控制等

13、使用，這就用到光纖分路器；作為監(jiān)測、控制等使用，這就用到光纖分路器；也需要把兩個不同方向來的光信號合起來送也需要把兩個不同方向來的光信號合起來送 入一根光纖中傳輸，這就用光纖耦合器來完成。入一根光纖中傳輸，這就用光纖耦合器來完成。l 分路器及耦合器按其結(jié)構(gòu)不同可分為棱鏡分路器及耦合器按其結(jié)構(gòu)不同可分為棱鏡式和光纖式兩類。式和光纖式兩類。l 光纖分路器及耦合器種類很多，有：光纖分路器及耦合器種類很多，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。 l3光衰減器光衰減器l當(dāng)輸入光功率超過某一范圍時，為了使當(dāng)輸入光功率超過某一范圍時，為了使光

14、接收機(jī)不產(chǎn)生失真，或為了滿足光線光接收機(jī)不產(chǎn)生失真，或為了滿足光線路中某種測試的需要，就必須對輸入光路中某種測試的需要，就必須對輸入光信號進(jìn)行一定程度的衰減。信號進(jìn)行一定程度的衰減。l目前常用的光衰減器主要采用金屬蒸發(fā)目前常用的光衰減器主要采用金屬蒸發(fā)膜來吸收光能進(jìn)行光衰減，衰減量的大膜來吸收光能進(jìn)行光衰減，衰減量的大小與膜的厚度成正比。小與膜的厚度成正比。l光衰減器可分為固定衰減器和可變衰減光衰減器可分為固定衰減器和可變衰減器兩種。器兩種。 l4光隔離器光隔離器l某些光器件，像某些光器件，像LD及光放大器等對來自及光放大器等對來自連接器、熔接點、濾波器等的反射光非連接器、熔接點、濾波器等的反

15、射光非常敏感，并導(dǎo)致性能惡化。因此需要用常敏感，并導(dǎo)致性能惡化。因此需要用光隔離器來阻止反射光。光隔離器來阻止反射光。l光隔離器是一種只允許單向光通過的無光隔離器是一種只允許單向光通過的無源光器件，其工作基于法拉第旋轉(zhuǎn)的非源光器件，其工作基于法拉第旋轉(zhuǎn)的非互易性?；ヒ仔浴?l5光開關(guān)光開關(guān)l光開關(guān)在光纖通信技術(shù)中作光路切換之用，如光開關(guān)在光纖通信技術(shù)中作光路切換之用，如系統(tǒng)的主備切換等。系統(tǒng)的主備切換等。l光開關(guān)主要有兩大類，即光開關(guān)主要有兩大類，即機(jī)械式機(jī)械式及及波導(dǎo)式波導(dǎo)式。l機(jī)械式開關(guān)如圖機(jī)械式開關(guān)如圖5-3-6所示所示l6光濾波器光濾波器l光濾波器在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用正在光濾波器在光

16、纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用正在不斷擴(kuò)大，如波分復(fù)用系統(tǒng)中的波長選不斷擴(kuò)大，如波分復(fù)用系統(tǒng)中的波長選擇、光放大器中的噪聲濾波等。擇、光放大器中的噪聲濾波等。l光濾波器的種類很多，如干涉濾光片型、光濾波器的種類很多，如干涉濾光片型、FP型、馬赫型、馬赫曾特型、聲光型、電光型、曾特型、聲光型、電光型、光柵型及有源型等。光柵型及有源型等。l目前用得較多的是干涉濾光片型及目前用得較多的是干涉濾光片型及FP型。型。 l7波分復(fù)用器波分復(fù)用器l波分復(fù)用器把不同波長的光信號復(fù)合注波分復(fù)用器把不同波長的光信號復(fù)合注入到一根光纖中；或者把復(fù)合的多波長入到一根光纖中；或者把復(fù)合的多波長信號解復(fù)用，把不同波長的信號分離出信號

17、解復(fù)用，把不同波長的信號分離出來。來。l波分復(fù)用器的種類：有棱鏡色散型、衍波分復(fù)用器的種類：有棱鏡色散型、衍射光柵型及干涉濾光型等，射光柵型及干涉濾光型等，l波分復(fù)用器的結(jié)構(gòu)：由光纖、分光元件波分復(fù)用器的結(jié)構(gòu)：由光纖、分光元件和準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)組成和準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)組成l1發(fā)光二極管發(fā)光二極管(LED)l發(fā)光二級管發(fā)光二級管(LED)于于1962年發(fā)明，年發(fā)明，1968年用于年用于光檢測，后用于通信。它的發(fā)光機(jī)理是電致發(fā)光檢測，后用于通信。它的發(fā)光機(jī)理是電致發(fā)光，當(dāng)光，當(dāng)LED的的PN結(jié)加上正向偏壓時，在電場結(jié)加上正向偏壓時，在電場的作用下，的作用下，PN結(jié)有源區(qū)注入的少數(shù)載流子與結(jié)有源區(qū)注入的少數(shù)載

18、流子與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光，發(fā)光過程是自發(fā)輻射。多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光，發(fā)光過程是自發(fā)輻射。lLED類型有：邊發(fā)光二極管類型有：邊發(fā)光二極管(ELED)、面發(fā)光、面發(fā)光二極管二極管(SLED)和超輻射發(fā)光二級管和超輻射發(fā)光二級管(SLDl2邊發(fā)光二極管邊發(fā)光二極管(ELED)l邊發(fā)光二極管即邊發(fā)光二極管即PN結(jié)平面與發(fā)光面垂直。為了使器件結(jié)平面與發(fā)光面垂直。為了使器件有好的光和載流子限制，大多采用雙異質(zhì)結(jié)有好的光和載流子限制，大多采用雙異質(zhì)結(jié)(DH)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。l邊發(fā)光二極管一般采用與邊發(fā)光二極管一般采用與LD相同條形結(jié)構(gòu)，一個端面相同條形結(jié)構(gòu)，一個端面鍍?nèi)瓷淠?，另一端鍍增透鍍?nèi)瓷淠?，另一?/p>

19、鍍增透(減反膜減反膜)取消諧振腔激光振取消諧振腔激光振蕩。蕩。 l邊發(fā)光二極管特點是：邊發(fā)光二極管特點是：l 減小光束發(fā)散小，垂直于結(jié)平面方向減小光束發(fā)散小，垂直于結(jié)平面方向發(fā)散角發(fā)散角30左右。比面發(fā)光二極管光束左右。比面發(fā)光二極管光束窄，從側(cè)面向光纖芯發(fā)射，易于和光纖窄，從側(cè)面向光纖芯發(fā)射，易于和光纖耦合。耦合。l 相同注入電流下，有較小的載流子壽相同注入電流下，有較小的載流子壽命，故調(diào)制帶比面發(fā)光二極管高命，故調(diào)制帶比面發(fā)光二極管高(可達(dá)可達(dá)200MHz)。 l3面發(fā)光二極管面發(fā)光二極管(SLED)l面發(fā)光二極管面發(fā)光二極管(SLED)即即PN管面與發(fā)光面平行，管面與發(fā)光面平行，SLED

20、有如下特點：驅(qū)動電流較大，發(fā)光強(qiáng)度高，溫度特性有如下特點：驅(qū)動電流較大，發(fā)光強(qiáng)度高，溫度特性較好；但帶寬較寬，單色性差。較好；但帶寬較寬，單色性差。l面發(fā)光二極管面發(fā)光二極管(SLED)的結(jié)構(gòu)如圖的結(jié)構(gòu)如圖5-4-2所示所示l4高速發(fā)光二極管高速發(fā)光二極管l對光纖傳輸系統(tǒng)來說，要求對光纖傳輸系統(tǒng)來說，要求LED有高的有高的輸出光功率和寬的調(diào)制帶寬。輸出光功率和寬的調(diào)制帶寬。l要想獲得大于要想獲得大于300MHz的帶寬，必須增加的帶寬，必須增加二極管有源區(qū)中的復(fù)合二極管有源區(qū)中的復(fù)合(輻射和非輻射輻射和非輻射)速速率，減少少子壽命是提高率，減少少子壽命是提高LED帶寬的有帶寬的有效途徑。效途徑。

21、l可以從高速可以從高速LED設(shè)計制作和高速設(shè)計制作和高速LED驅(qū)驅(qū)動電路兩個方面來考慮。動電路兩個方面來考慮。l 高速高速LED設(shè)計制作準(zhǔn)則設(shè)計制作準(zhǔn)則l(1) 高的注入電流和小的有源區(qū)面積高的注入電流和小的有源區(qū)面積l(2) 有源區(qū)的重?fù)诫s有源區(qū)的重?fù)诫sl(3) 利用雙分子復(fù)合效應(yīng)利用雙分子復(fù)合效應(yīng)l 高速高速LED驅(qū)動電路驅(qū)動電路lLED驅(qū)動電路的最佳設(shè)計對改善短距高速光纖驅(qū)動電路的最佳設(shè)計對改善短距高速光纖通信的消光比和調(diào)制速度至關(guān)重要。通信的消光比和調(diào)制速度至關(guān)重要。l一個完整的高速一個完整的高速LED驅(qū)動電路，除基本的驅(qū)動驅(qū)動電路，除基本的驅(qū)動電路功能外，還要加上輸入邏輯電平、保持電

22、電路功能外，還要加上輸入邏輯電平、保持電路和其它電路。路和其它電路。 l5超輻射發(fā)光二極管超輻射發(fā)光二極管l 超輻射發(fā)光二極管超輻射發(fā)光二極管(SLD)是一種介于是一種介于激光二極管激光二極管(LD)和發(fā)光二極管和發(fā)光二極管(LED)之間之間的半導(dǎo)體光源，它的出現(xiàn)和發(fā)展完全受到的半導(dǎo)體光源，它的出現(xiàn)和發(fā)展完全受到光纖陀螺的驅(qū)動，并成為一種重要的光源。光纖陀螺的驅(qū)動，并成為一種重要的光源。l 短波短波SLD易于得到較大的功率輸出，易于得到較大的功率輸出，而長波而長波SLD除具有更高的可靠性和更長的除具有更高的可靠性和更長的壽命外，還具有譜線寬和抗核輻射性能好壽命外，還具有譜線寬和抗核輻射性能好的

23、優(yōu)點。的優(yōu)點。 l6LED組件組件lLED組件由組件由LED芯片、芯片、LED驅(qū)動電路組驅(qū)動電路組成。成。l對于高級對于高級LED組件，為了保證組件，為了保證LED穩(wěn)定穩(wěn)定可靠工作，還配置溫控系統(tǒng)?？煽抗ぷ?，還配置溫控系統(tǒng)。 l1半導(dǎo)體激光器概述半導(dǎo)體激光器概述l半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器LD的原理是：在有源區(qū)中高摻雜的的原理是：在有源區(qū)中高摻雜的PN結(jié)在上由于外加電壓不斷注入電子，在結(jié)在上由于外加電壓不斷注入電子，在PN結(jié)上形成粒結(jié)上形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，在有源區(qū)中產(chǎn)生受激輻射而發(fā)出激光。子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，在有源區(qū)中產(chǎn)生受激輻射而發(fā)出激光。l激光產(chǎn)生需要滿足三個條件：激光產(chǎn)生需要滿足三個條件：l可實

24、現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布增益介質(zhì)，如可實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布增益介質(zhì)，如InGaAsP等三能等三能級或四能級結(jié)構(gòu)；級或四能級結(jié)構(gòu)；l泵浦源泵浦源(pump)給激光物質(zhì)提供能量給激光物質(zhì)提供能量l光學(xué)諧振腔，通過增益介質(zhì)光學(xué)諧振腔，通過增益介質(zhì)(有源區(qū)有源區(qū))兩端的反射鏡實現(xiàn)兩端的反射鏡實現(xiàn)正反饋。正反饋。 l2法布里珀羅型半導(dǎo)體激光二極管法布里珀羅型半導(dǎo)體激光二極管l法布里珀羅法布里珀羅(FP)型激光二極管型激光二極管(LD)是最常是最常見和最普通的見和最普通的LD，這種，這種LD由外延生長的有源由外延生長的有源層和有源層兩邊的限制層構(gòu)成，諧振腔由晶體層和有源層兩邊的限制層構(gòu)成，諧振腔由晶體的兩個解理面構(gòu)

25、成。的兩個解理面構(gòu)成。l光纖通信的光纖通信的FP型型LD通常為雙異質(zhì)結(jié)通常為雙異質(zhì)結(jié)(DH)LD，有源層可以是有源層可以是N型，也可以是型，也可以是P型。型。lFP LD在高速調(diào)制下，或者在溫度和注入電在高速調(diào)制下，或者在溫度和注入電流變化時，不再維持原來的激射模式，而出現(xiàn)流變化時，不再維持原來的激射模式，而出現(xiàn)模式跳躍和譜線展寬，這對于高速調(diào)制不利。模式跳躍和譜線展寬，這對于高速調(diào)制不利。為了維持單模，減小光譜展寬，所以必須研究為了維持單模，減小光譜展寬，所以必須研究動態(tài)單模激光器。動態(tài)單模激光器。 l3分布反饋激光二極管和分布分布反饋激光二極管和分布Bragg反射器激光反射器激光二極管二極

26、管l (1) 分布反饋激光二極管分布反饋激光二極管l分布反饋激光二極管分布反饋激光二極管(DFB LD)和和FP型激光二級型激光二級管管(FP LD)的主要區(qū)別在于它沒有集總反射的諧的主要區(qū)別在于它沒有集總反射的諧振腔反射鏡，它的反射機(jī)構(gòu)是由有源區(qū)波導(dǎo)上的振腔反射鏡，它的反射機(jī)構(gòu)是由有源區(qū)波導(dǎo)上的Bragg光柵提供的，這種反射機(jī)構(gòu)是一種分布式光柵提供的，這種反射機(jī)構(gòu)是一種分布式的反饋機(jī)構(gòu)，因而得名分布反饋激光二極管。的反饋機(jī)構(gòu)，因而得名分布反饋激光二極管。l它的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通它的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通FP LD，特別是，特別是Bragg光光柵的選頻功能使得它具有非常好的單色性和方向柵的選頻功能使得

27、它具有非常好的單色性和方向性。此外，正因為它沒有使用晶體解理面作為反性。此外，正因為它沒有使用晶體解理面作為反射鏡，使得它更容易集成化，在光電子集成電路射鏡，使得它更容易集成化，在光電子集成電路(OEIC)中有著十分誘人的優(yōu)點中有著十分誘人的優(yōu)點 lDFB LD的譜線寬度非常的窄。目前已成的譜線寬度非常的窄。目前已成為中長距離光纖通信應(yīng)用的主要激光器，為中長距離光纖通信應(yīng)用的主要激光器，特別在特別在1.3m和和1.55m光纖通信系統(tǒng)中。光纖通信系統(tǒng)中。在光纖有線電視在光纖有線電視(CATV)傳輸系統(tǒng)中，傳輸系統(tǒng)中，DFB LD已成為不可替代的光源。已成為不可替代的光源。 l(2) 分布分布Br

28、agg反射器反射器(DBR)激光二級管激光二級管l分布分布Bragg反射器激光二極管反射器激光二極管(DBR LD)是為了是為了克服分布反饋激光二極管克服分布反饋激光二極管(DFB LD)的一些缺的一些缺點而設(shè)計的，它的結(jié)構(gòu)是把周期性溝槽放在有點而設(shè)計的，它的結(jié)構(gòu)是把周期性溝槽放在有源波導(dǎo)兩外側(cè)的無源波導(dǎo)上。源波導(dǎo)兩外側(cè)的無源波導(dǎo)上。l在未來的通信和在未來的通信和CATV共纖傳輸?shù)牟ǚ謴?fù)用共纖傳輸?shù)牟ǚ謴?fù)用(WDM)系統(tǒng)中，系統(tǒng)中，DBR LD倍受青睞，因為倍受青睞，因為DBR LD具有出色的寬帶波長可調(diào)特性。具有出色的寬帶波長可調(diào)特性。l它是它是LD光源的發(fā)展方向之一。光源的發(fā)展方向之一。

29、l4量子阱激光二極管量子阱激光二極管l (1) 量子阱激光二級管的能帶量子阱激光二級管的能帶l(2) 量子阱激光二極管的優(yōu)點量子阱激光二極管的優(yōu)點l閾值電流很低可達(dá)閾值電流很低可達(dá)0.1mA以下；可在較高的溫以下；可在較高的溫度下工作；具有窄的譜線寬度和高的調(diào)制速度度下工作；具有窄的譜線寬度和高的調(diào)制速度l5激光器組件激光器組件l 激光器組件是指在一個緊密結(jié)構(gòu)中激光器組件是指在一個緊密結(jié)構(gòu)中(如管殼如管殼內(nèi)內(nèi))，除激光二極管，除激光二極管(LD)芯片外，還配置其他芯片外，還配置其他元件和實現(xiàn)元件和實現(xiàn)LD工作必要的少量電路塊的集成工作必要的少量電路塊的集成器件，其他元件和電路應(yīng)包括：器件，其他

30、元件和電路應(yīng)包括：l(1) 光隔離器光隔離器l(2) 監(jiān)視光電二極管監(jiān)視光電二極管l(3) 尾纖和連接器。尾纖和連接器。l(4) LD的驅(qū)動電路的驅(qū)動電路 l(5) 熱敏電阻熱敏電阻 l(6) 熱電致冷器熱電致冷器(TEC)l(7) 自動溫控電路自動溫控電路(ATC)l(8) 自動功率控制電路自動功率控制電路(APC) l1光電檢測器類型光電檢測器類型l光檢測器是光信號的接收器件，是將光光檢測器是光信號的接收器件，是將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕囊环N有源器件。信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕囊环N有源器件。l光量子檢測器可分為外光電效應(yīng)檢測器光量子檢測器可分為外光電效應(yīng)檢測器和內(nèi)光電效應(yīng)檢測器。和內(nèi)光電效應(yīng)檢測器。l

31、 外光電效應(yīng)檢測器外光電效應(yīng)檢測器大能量光子照射時，大能量光子照射時，能使物體內(nèi)部電子逸出表面，該效應(yīng)稱為外光能使物體內(nèi)部電子逸出表面，該效應(yīng)稱為外光電效應(yīng)。有光電子管、光電倍增管、紅外變像電效應(yīng)。有光電子管、光電倍增管、紅外變像管管(紅外夜視儀紅外夜視儀)等。等。l 內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)當(dāng)投射到物體光子能量不當(dāng)投射到物體光子能量不那么大，但是卻大于該物體材料所需的某一數(shù)那么大，但是卻大于該物體材料所需的某一數(shù)值時，會由于這個能量的被吸收而在物體內(nèi)部值時，會由于這個能量的被吸收而在物體內(nèi)部產(chǎn)和電子產(chǎn)和電子空穴時，光照后產(chǎn)生的電子空穴時，光照后產(chǎn)生的電子空穴空穴對叫光生載流子。對叫光生載流子。l

32、 內(nèi)光電效應(yīng)器件從結(jié)構(gòu)上分類：內(nèi)光電效應(yīng)器件從結(jié)構(gòu)上分類：(1)光電導(dǎo)光電導(dǎo)型型(2)光生伏打型光生伏打型(3)光磁電型光磁電型(在光通信中較少在光通信中較少使用使用)(4)PIN光電二極管光電二極管(5)雪崩型光電二極管。雪崩型光電二極管。 l光纖通信的檢測器，應(yīng)具備如下條件和光纖通信的檢測器，應(yīng)具備如下條件和要求才能完成光電轉(zhuǎn)換：要求才能完成光電轉(zhuǎn)換：l(1) 高的光電轉(zhuǎn)換效率高的光電轉(zhuǎn)換效率 l(2) 足夠高的響應(yīng)速度，或有大的帶寬足夠高的響應(yīng)速度，或有大的帶寬 (熱控測器則不能熱控測器則不能)。l(3) 高的接收靈敏度，即能控測極微弱的高的接收靈敏度，即能控測極微弱的光信號，對此，檢測

33、器應(yīng)有很低的噪聲，光信號，對此，檢測器應(yīng)有很低的噪聲，(與光電轉(zhuǎn)換效率相區(qū)別與光電轉(zhuǎn)換效率相區(qū)別)。l(4) 低的功耗和長的壽命。低的功耗和長的壽命。 l2PIN光電二極管光電二極管lPIN光電二極管光纖通信應(yīng)用廣泛的器件。光電二極管光纖通信應(yīng)用廣泛的器件。l目前國產(chǎn)目前國產(chǎn)PIN光電二極管有：光電二極管有：l(1) Si-PIN管管(用于用于0.80.9m光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng))l(2) Ge-PIN管管(用于用于1.31m光通信系統(tǒng)光通信系統(tǒng))， l(3) InGaAsP-PIN管管(用于用于1.31m和和1.55m系統(tǒng)系統(tǒng))lPIN管常與管常與FET構(gòu)成組件使用構(gòu)成組件使用(Field

34、 Effect Transistor)廣泛用于通信工程上。廣泛用于通信工程上。lPIN-FET組件既具有光檢測組件既具有光檢測(光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換)功能又功能又具有信號放大功能具有信號放大功能(低噪聲、高增益，功態(tài)范低噪聲、高增益，功態(tài)范圍大圍大)。 l3雪崩光電二極管雪崩光電二極管(APD)l它是帶內(nèi)增益的半導(dǎo)體管。它是帶內(nèi)增益的半導(dǎo)體管。l采用采用APD優(yōu)點是：當(dāng)一個接收系統(tǒng)的噪優(yōu)點是：當(dāng)一個接收系統(tǒng)的噪聲主要來自于前置放大器和負(fù)載電阻的聲主要來自于前置放大器和負(fù)載電阻的勢噪聲時，雪崩光電二極管內(nèi)部增益提勢噪聲時，雪崩光電二極管內(nèi)部增益提供了一種增益信號，但在一定增益范圍供了一種增益信號，但

35、在一定增益范圍內(nèi)不增加總噪聲功率的方法。從而提高內(nèi)不增加總噪聲功率的方法。從而提高了系統(tǒng)的信噪比。了系統(tǒng)的信噪比。l雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)種類：雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)種類：(1)保護(hù)環(huán)結(jié)保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)；構(gòu)；(2)臺型結(jié)構(gòu)；臺型結(jié)構(gòu)；(3)拉通型結(jié)構(gòu)拉通型結(jié)構(gòu)。 l用于光纖通信的雪崩光電二極管：用于光纖通信的雪崩光電二極管：l(1) 硅雪崩光由二極管硅雪崩光由二極管(Si-APD)l響應(yīng)光譜范圍：響應(yīng)光譜范圍：0.61.1m(第一通光窗第一通光窗口口)(0.85m)l量子效率因結(jié)構(gòu)不同而異：量子效率因結(jié)構(gòu)不同而異：l(2) 鍺雪崩光電二極管鍺雪崩光電二極管(Ge-APD)(第二窗第二窗口口1.31m)l響應(yīng)

36、光譜響應(yīng)光譜0.81.65m； l4肖特基光電二極管肖特基光電二極管l 肖特基光電二極管是利用肖特基勢壘肖特基光電二極管是利用肖特基勢壘收集光生載流子的光電探測器。所謂肖收集光生載流子的光電探測器。所謂肖特基勢壘就是指金屬和半導(dǎo)體相互接觸特基勢壘就是指金屬和半導(dǎo)體相互接觸而在其界面處產(chǎn)生的勢壘。而在其界面處產(chǎn)生的勢壘。l5集成光學(xué)光電探測器集成光學(xué)光電探測器l為適應(yīng)光電子集成電路為適應(yīng)光電子集成電路(OEIC)的要求，的要求，人們正在探索適應(yīng)于單片集成的各種光人們正在探索適應(yīng)于單片集成的各種光波導(dǎo)探測器。從集成方法來看，有如下波導(dǎo)探測器。從集成方法來看，有如下類型的探測器：類型的探測器：l光波

37、導(dǎo)光波導(dǎo)Si探測器探測器l外延長外延長InGaAs探測器探測器l電吸收光波導(dǎo)探測器電吸收光波導(dǎo)探測器l離子注入探測器離子注入探測器l1光發(fā)射接收模塊光發(fā)射接收模塊l光發(fā)射接收模塊是在光發(fā)射接收組件基光發(fā)射接收模塊是在光發(fā)射接收組件基礎(chǔ)上出現(xiàn)的具有實用化的多功能組件。礎(chǔ)上出現(xiàn)的具有實用化的多功能組件。l在一個相對緊密的結(jié)構(gòu)中包含了多少元在一個相對緊密的結(jié)構(gòu)中包含了多少元器件或電路塊，即相對緊密結(jié)構(gòu)的集成器件或電路塊，即相對緊密結(jié)構(gòu)的集成單元數(shù)量，小的集成單元數(shù)稱之為組件，單元數(shù)量，小的集成單元數(shù)稱之為組件，大的集成單元數(shù)稱之為模塊。大的集成單元數(shù)稱之為模塊。 l 以光發(fā)射為例，把在一個相對緊密結(jié)

38、構(gòu)中以光發(fā)射為例，把在一個相對緊密結(jié)構(gòu)中包含了激光二極管、監(jiān)視光電二極管、光隔離包含了激光二極管、監(jiān)視光電二極管、光隔離器、熱電致冷器、溫度傳感器、控制電路、尾器、熱電致冷器、溫度傳感器、控制電路、尾纖或連接器等且具有光發(fā)射功能的部件稱之為纖或連接器等且具有光發(fā)射功能的部件稱之為激光器組件；而激光器模塊是指在激光器組件激光器組件；而激光器模塊是指在激光器組件內(nèi)還包含一定量的電路部分內(nèi)還包含一定量的電路部分(如驅(qū)動電路、如驅(qū)動電路、AGC電平檢測電路、電平檢測電路、VCA電路、電路狀態(tài)監(jiān)視電路電路、電路狀態(tài)監(jiān)視電路等等)的激光器組件。的激光器組件。l器件的模塊化已成為發(fā)展的必然趨勢。器件的模塊化

39、已成為發(fā)展的必然趨勢。l根據(jù)用途不同，模塊的種類也越來越多，但最根據(jù)用途不同，模塊的種類也越來越多，但最基礎(chǔ)的模塊是光發(fā)射模塊、光接收模塊、光收基礎(chǔ)的模塊是光發(fā)射模塊、光接收模塊、光收發(fā)一體模塊、單纖雙向收發(fā)模塊或突發(fā)式模塊發(fā)一體模塊、單纖雙向收發(fā)模塊或突發(fā)式模塊等。等。 l2光調(diào)制器光調(diào)制器l在直接調(diào)制半導(dǎo)體激光二極管的過程中，由于在直接調(diào)制半導(dǎo)體激光二極管的過程中，由于啁啾特性存在，不僅使單個縱模的線寬展寬，啁啾特性存在，不僅使單個縱模的線寬展寬，而且在單模光纖中傳播時，在色散作用下將使而且在單模光纖中傳播時，在色散作用下將使非線性失真增大。非線性失真增大。l這兩種不利的結(jié)果，將對光纖鏈路

40、產(chǎn)生極其不這兩種不利的結(jié)果，將對光纖鏈路產(chǎn)生極其不利的影響。解決的辦法是使用外調(diào)制器。利的影響。解決的辦法是使用外調(diào)制器。l光調(diào)制器廣泛應(yīng)用于外調(diào)制的光發(fā)射機(jī)和數(shù)據(jù)光調(diào)制器廣泛應(yīng)用于外調(diào)制的光發(fā)射機(jī)和數(shù)據(jù)鏈路中，通過光調(diào)制器不僅可以改變光波的強(qiáng)鏈路中，通過光調(diào)制器不僅可以改變光波的強(qiáng)度，而且還可調(diào)制光波的相位和偏振態(tài)度，而且還可調(diào)制光波的相位和偏振態(tài) l光調(diào)制器的主要種類有：光調(diào)制器的主要種類有：lLiNbO3光調(diào)制器光調(diào)制器l半導(dǎo)體光調(diào)制器半導(dǎo)體光調(diào)制器l聚合物波導(dǎo)光調(diào)制器等等聚合物波導(dǎo)光調(diào)制器等等 l3光纖激光器和光放大器光纖激光器和光放大器l在目前在目前Si基光纖和未來的中紅外光纖系基光纖和未來的中紅外光纖系統(tǒng)中，光纖激光器和放大器是潛力巨大統(tǒng)中，光纖激光器和放大器是潛力巨大的光有源器件。的光有源器件。l光纖激光器按其激射機(jī)理可分為稀土摻光纖激光器按其激射機(jī)理可分為稀土摻雜光纖激光器、光纖非線性效應(yīng)激光器、雜光纖激光器、光纖非線性效應(yīng)激光器、單晶光纖激光器、塑料光纖激光器和光單晶光纖激光器、塑料光纖激光器和光纖孤子激光器，其中以稀土摻雜光纖激纖孤子激光器，其中以稀土摻雜光纖激光器的開發(fā)最為成熟，并已應(yīng)用于光纖光器的開發(fā)最為成熟，并已應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)。 l目前稀土摻