有源光器件專題-光收發(fā)器件課件

光纖通信系統(tǒng)中的

光接收與光發(fā)送器件2001-06主要內(nèi)容光纖通信系統(tǒng)對光接收發(fā)送器件的需求光接收器件基本原理光接收器件發(fā)展趨勢光發(fā)送器件基本原理光發(fā)送器件發(fā)展趨勢光纖通信系統(tǒng)中

光接收發(fā)送器件的應(yīng)用終端設(shè)備（光發(fā)送機(jī)）終端設(shè)備（光接收機(jī)）光纖通信系統(tǒng)的光接收機(jī)光通信系統(tǒng)對光接收器件的要求更長的工作波長，更高的波長響應(yīng)度更快的響應(yīng)速度更小的噪聲更好的溫度特性更小的體積更長的壽命光接收器件基本原理光電效應(yīng)接收機(jī)組件不同材料的接收器件響應(yīng)度PIN光電二極管I:增加的一層重?cái)v雜的N層，用于增大耗盡區(qū)的寬度，提高量子效率PNV0耗盡區(qū)IPIN的結(jié)構(gòu)APD的結(jié)構(gòu)PIN的主要指標(biāo) 光電轉(zhuǎn)換效率/響應(yīng)度暗電流響應(yīng)速度(帶寬)APD的主要指標(biāo) 光電轉(zhuǎn)換效率暗電流雪崩倍增噪聲（APD）雪崩倍增因子M（APD）響應(yīng)速度（增益帶寬積）光接收器件組件中的

前置放大器互阻放大器的優(yōu)點(diǎn)放大器增益受限于反饋電阻，容易實(shí)現(xiàn)放大器帶寬寬，無須額外的均衡電路，從而提高動(dòng)態(tài)范圍較低的噪聲指數(shù)光接收器件組件的主要指標(biāo)接收機(jī)靈敏度接收機(jī)的光口反射影響接收機(jī)靈敏度的因素-噪聲接收器件噪聲量子噪聲APD器件的雪崩噪聲前置放大器件的噪聲偏置電阻的熱噪聲放大電路的噪聲接收器件的響應(yīng)速度（1）

封裝電容及電阻

PIN放大器 Cd--分布電容Rs—接觸電阻Gd--分布電阻Rb—偏置電阻接收器件的響應(yīng)速度（2）

transittime零場區(qū)光生載流子的擴(kuò)散時(shí)間耗盡區(qū)光生載流子的漂移時(shí)間雪崩倍增建立時(shí)間接收器件的響應(yīng)速度(3)

RF接頭10Gb/sPIN/FET2.5Gb/sAPD/FETAPD的溫度特征溫度升高，Vb增大，M下降 dVb/dT~0.1V/oC溫度升高，噪聲電平提高光發(fā)送器件光纖通信系統(tǒng)的光發(fā)射機(jī)光通信系統(tǒng)對光發(fā)送器件的要求更長的工作波長更穩(wěn)定的波長特征+更靈活的波長特征更快的響應(yīng)速度更小的RIN噪聲及線寬更高的集成度更長的壽命光發(fā)送器件基本原理半導(dǎo)體發(fā)光原理半導(dǎo)體激光器發(fā)光三要素：諧振腔增益物質(zhì)激勵(lì)DFB激光器原理DFB激光器的耦合波方程

----分析激光器的靜態(tài)特征溫度對DFB激光器的影響閾值電流變大閾值波長向長波長方向移動(dòng)注入電流時(shí)激光器的空間載流子及光子濃度分布注入電流對激光器的影響注入電流增加使得激光器的輸出光功率變大注入電流增加使得激光器的有源區(qū)空間載流子濃度變大,導(dǎo)致波長向短波長方移動(dòng):脈沖注入電流注入電流增加使得激光器的有源區(qū)的溫度升高,導(dǎo)致波長向短波長方移動(dòng)綜合以上:連續(xù)注入電流時(shí)~0.01nm/mA外光路反饋的影響DFB激光器外光路的反饋等價(jià)于激光器端面反射率的變化外光路的反饋引起的激光器的波長變化量與相位有關(guān)引起的激光器的波長最大變化與反射率有關(guān)在動(dòng)態(tài)調(diào)制時(shí)引入額外的chirpDFB激光器的速率方程

----分析激光器的動(dòng)態(tài)特征DFB激光器的直接調(diào)制性能張弛振蕩不可避免啁啾系數(shù)較大:~0.7直接調(diào)制DFB激光器的啁啾定義正啁啾與色散的影響類似，導(dǎo)致脈沖展寬，縮短傳輸距離啁啾縮短傳輸距離隨著脈沖在光纖中傳輸，脈沖的寬度被展寬無啁啾光源的傳輸距離：理想無啁啾光源傳輸距離： 2.5Gb/s：G.652光纖傳輸1000km(17000ps/nm)10Gb/s：G.652光纖傳輸60km(1000ps/nm)直接調(diào)制激光器的傳輸距離：

2.5Gb/s：G.652光纖傳輸<180km(3200ps/nm)外調(diào)制技術(shù)電吸收外調(diào)制器Mach-Zehnder外調(diào)制器LiNbO3外調(diào)制器III-V外調(diào)制器電吸收外調(diào)制器集成電吸收外調(diào)制/激光器集成電吸收外調(diào)制/激光器

傳輸性能發(fā)送端眼圖傳輸8X80km后眼圖Mach-Zehnder外調(diào)制器啁啾系數(shù)容易控制，可以為０，也可以為負(fù)LiNbO3外調(diào)制器集成III-V外調(diào)制／激光器DWDM激光器的要求

－波長穩(wěn)定波長穩(wěn)定技術(shù)溫度反饋控制技術(shù)波長反饋控制技術(shù)激光器波長的長時(shí)間漂移：0.1~0.2nm采用無源器件進(jìn)行波長鎖定，可以有效防止波長隨著時(shí)間的漂移，波長漂移<5GHz波長鎖定技術(shù)原理

－采用Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具OXC激光器的要求

－波長可調(diào)傳統(tǒng)的DFB激光器的波長調(diào)節(jié)利用溫度調(diào)節(jié)~0.1nm/OC范圍有限可調(diào)波長激光器多段DFBDBRVSECL外腔激光器多段DFB激光器DB