光器件基础知识培训课件
合集下载
光器件基础知识培训ppt课件
耗尽区
P区 （空间电荷区） N区
---- -- ++ ++++
---- -- ++ ++++ ---- -- ++ ++++
---- -- ++ ++++
E
内建电场
平衡精状选P态PT下课的件PN结
20
光器件基础知识
这个区域的载流子因扩散和复合而消耗掉了，所以又称为耗尽区。在交界面 两边的正负电荷间必然有电场存在，这个电场称为内建电场，电场方向由N区 指向P区，它所产生的电位差UD（又叫接触电位差）使N区的电位高于P区的电 位。由图可见，这个电场具有阻止多数载流子扩散的作用。所以，人们又把 耗尽区称为势垒区或位垒区。与此同时，内电场将使N区的少子空穴向P区运 动，使P区的少子电子向N区运动，通常把这种现象称为漂移。漂移运动的方 向正好与扩散运动的方向相反。由扩散运动形成的电流，称为扩散电流；由 漂移运动形成的电流，称为漂移电流。这两种电流方向相反。当这两种电流 相等时，达到了动态平衡，此时势垒区的宽度也就确定下来了。PN结就是指 的势垒区，通常很薄，约为数十微米，其接触电位差的大小与半导体材料、 掺杂浓度和环境温度有关。在室温下，硅材料PN结的接触电位差UD＝0.6～ 0.8V，锗材料PN结的UD＝0.1～0.3V，温度每升高1℃，电位差降低约2mV。
金属电缆存在的分布电容和分布电感实际上起到了低通滤波器的作用 ，限制了电缆的传输频率、带宽以及信息承载能力。
2. 传输距离长 ——光缆的传输损耗比电缆低，因而可传输更长的
距离。
精选PPT课件
光器件基础知识培训-无源部分
最大损耗 平均损耗 损耗增长 试验 试验中，不带载 试验中，带载 R O R O R O 0.5 0.3 0.3 0.2 0.3 0.2 --- --- --- --- 0.5 0.3
R:要求值；O：目标值
四.光纤连接器的性能
温度与冷凝循环：
温度：-10℃～+65℃（温度偏差：±2 ℃） 湿度：90%～100%RH（湿度偏差：±2 %RH） 时间：14个周期（一周期12小时），168小时（7天） 损耗和反射比测试：每个温度段状态稳定时，循环结束时（23 ℃ 时），所做测试在每个温度段至少要持续30分钟） 要求：测试过程中的损耗和反射比，与试验前测试数值的差满足下表 要求
光纤相对于插针端面为突出apc角度apcangle定义为在光纤连接器的插芯的中心轴上并且与先端球面相切的平面和与插芯的中心轴垂直的平面之间的夹角apc的角度一般为8度定位键角度keyerror连接器的定位键位置和研磨面傾斜方向之间的角度在iec国际标准中定义为通过傾斜研磨光纤连接器的插芯的中心轴和定位键的中心轴的平面a以及在插芯的中心轴上并且与先端球面相切的平面垂直的平面b之间的夹角注
四.光纤连接器的性能
2、 连接器加工装配引起的固有损耗.这是由连接器加工装配公差，即端 面间隙、轴线倾角、横向偏移和菲涅尔反射及端面加工精度等因素 产生的。
四.光纤连接器的性能
光纤连接器的物理性能：
光纤连接器的基本原理是利用某种机械结构，使两个抛光的光纤 端面精确对准并紧密接触，为了保证两根光纤的紧密接触，要求 陶瓷插芯端面研磨成球面而非平面，这样有助于其中心的光纤相 互接触，另外光纤连接器对接时，借助弹簧施加一定压力，使陶 瓷插芯的球端面发生轻微变形以保证两光纤端面的紧密接触。
四.光纤连接器的性能
R:要求值；O：目标值
四.光纤连接器的性能
温度与冷凝循环：
温度：-10℃～+65℃（温度偏差：±2 ℃） 湿度：90%～100%RH（湿度偏差：±2 %RH） 时间：14个周期（一周期12小时），168小时（7天） 损耗和反射比测试：每个温度段状态稳定时，循环结束时（23 ℃ 时），所做测试在每个温度段至少要持续30分钟） 要求：测试过程中的损耗和反射比，与试验前测试数值的差满足下表 要求
光纤相对于插针端面为突出apc角度apcangle定义为在光纤连接器的插芯的中心轴上并且与先端球面相切的平面和与插芯的中心轴垂直的平面之间的夹角apc的角度一般为8度定位键角度keyerror连接器的定位键位置和研磨面傾斜方向之间的角度在iec国际标准中定义为通过傾斜研磨光纤连接器的插芯的中心轴和定位键的中心轴的平面a以及在插芯的中心轴上并且与先端球面相切的平面垂直的平面b之间的夹角注
四.光纤连接器的性能
2、 连接器加工装配引起的固有损耗.这是由连接器加工装配公差，即端 面间隙、轴线倾角、横向偏移和菲涅尔反射及端面加工精度等因素 产生的。
四.光纤连接器的性能
光纤连接器的物理性能：
光纤连接器的基本原理是利用某种机械结构，使两个抛光的光纤 端面精确对准并紧密接触，为了保证两根光纤的紧密接触，要求 陶瓷插芯端面研磨成球面而非平面，这样有助于其中心的光纤相 互接触，另外光纤连接器对接时，借助弹簧施加一定压力，使陶 瓷插芯的球端面发生轻微变形以保证两光纤端面的紧密接触。
四.光纤连接器的性能
光器件基础知识培训--隔离器 光开关ppt课件
• 7、温度依存损耗 • TDL:Temperature Dependent Loss • TDL(25℃~85℃)= TDL(85℃) -TDL(25℃) • TDL(25℃~-40℃)= TDL(-40℃) -TDL(25℃) • TDL(85℃~-40℃)= TDL(-40℃) -TDL(85℃)
10.2
CH3
10
CH4
9.8
CH5
9.6 CH6
9.4
1260nm
1360nm
1460nm
1560nm
CH7
W av elen gt h
CH8
• PDL是光器件或系统在所有偏振状态下的 最大传输差值。它是光设备在所有偏振 状态下最大传输和最小传输的比率。
• PDL定义如下： PDL=-10log〔Tmax/Tmin〕 其中Tmax和Tmin分别表示测试器件（DUT） 的最大传输和最小传输。
1. 耦合器类型
图3.28示出常用耦合器的类型， 它们各具不同的功 能和用途。
T 形 耦 合 器 这 是 一 种 2×2 的 3 端 耦 合 器 ， 见 图 3.28(a)， 其功能是把一根光纤输入的光信号按一定比例分 配给两根光纤， 或把两根光纤输入的光信号组合在一起，输 入一根光纤。
对于实现固定连接的接头，国内外大多借助专用自动 熔接机在现场进行热熔接，也可以用V形槽连接。热熔接的接 头平均损耗达0.05 dB/个。
3.3.2
耦合器的功能是把一个输入的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。这种器件对光 纤线路的影响主要是附加插入损耗，还有一定的反射和串扰 噪声耦合器大多与波长无关，与波长相关的耦合器专称为波 分复用器/解复用器。
Profile
光器件基础知识培训共95页
53、 伟 大 的 事 业，需 要决 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
光器件基础知识培训
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
光器件基础知识培训
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
光器件基础知识培训共52页PPT
谢谢！
光器件基础知识培训
61、辍学如磨刀之石，不见其，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
光器件基础知识概要70页PPT
忽视 的。— —爱献 生
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
光器件基础知识概要
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
光器件基础知识概要
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
光器件基础知识培训LD PD TOSA ROSA BOSA WDM PLC FBT 隔离器 光开关ppt课件
39
3.1连接器和接头
连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件， 主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输入之间，或 光纤线路与其他光无源器件之间的连接。表3.5给出光纤连接 器的一般性能。 接头是实现光纤与光纤之间的永久性(固定) 连接，主要用于光纤线路的构成，通常在工程现场实施。连 接器件是光纤通信领域最基本、应用最广泛的无源器件。
m
1.3 m 1.5 5m
(b) 多 模 波导
多 层 膜滤 光 片 单 模 波导
1.5 5m
(c)
图3.32 波导型藕合器
55
56
57
3.3.3光隔离器与光环行器
耦合器和其他大多数光无源器件的输入端和输出端是可 以互换的，称之为互易器件。然而在许多实际光通信系统中 通常也需要非互易器件。隔离器就是一种非互易器件，其主 要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方 向特别是反方向传输。隔离器主要用在激光器或光放大器的 后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。插入 损耗和隔离度是隔离器的两个主要参数，对正向入射光的插 入损耗其值越小越好，对反向反射光的隔离度其值越大越好， 目前插入损耗的典型值约为1 dB，隔离度的典型值的大致范 围为40~50 dB。
图3.29(a)所示定向耦合器可以制成波分复用/解复用器。 如图3.30，光纤a(直通臂)传输的输出光功率为Pa，光纤b(耦 合臂)的输出光功率为Pb，
Pa=cos2(CλL) (3.28a)
Pb=sin2(CλL)
50
1、2 a b
a
光功 b 率
a
b
1 2 1 2 耦 合长 度
图 3.30 光纤型波分解复用器原理
…
4
3.1连接器和接头
连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件， 主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输入之间，或 光纤线路与其他光无源器件之间的连接。表3.5给出光纤连接 器的一般性能。 接头是实现光纤与光纤之间的永久性(固定) 连接，主要用于光纤线路的构成，通常在工程现场实施。连 接器件是光纤通信领域最基本、应用最广泛的无源器件。
m
1.3 m 1.5 5m
(b) 多 模 波导
多 层 膜滤 光 片 单 模 波导
1.5 5m
(c)
图3.32 波导型藕合器
55
56
57
3.3.3光隔离器与光环行器
耦合器和其他大多数光无源器件的输入端和输出端是可 以互换的，称之为互易器件。然而在许多实际光通信系统中 通常也需要非互易器件。隔离器就是一种非互易器件，其主 要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方 向特别是反方向传输。隔离器主要用在激光器或光放大器的 后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。插入 损耗和隔离度是隔离器的两个主要参数，对正向入射光的插 入损耗其值越小越好，对反向反射光的隔离度其值越大越好， 目前插入损耗的典型值约为1 dB，隔离度的典型值的大致范 围为40~50 dB。
图3.29(a)所示定向耦合器可以制成波分复用/解复用器。 如图3.30，光纤a(直通臂)传输的输出光功率为Pa，光纤b(耦 合臂)的输出光功率为Pb，
Pa=cos2(CλL) (3.28a)
Pb=sin2(CλL)
50
1、2 a b
a
光功 b 率
a
b
1 2 1 2 耦 合长 度
图 3.30 光纤型波分解复用器原理
…
4
光器件基础知识培训LD PD TOSA ROSA BOSA WDM PLC FBT 隔离器 光开关
以互换的，称之为互易器件。然而在许多实际光通信系统中
通常也需要非互易器件。隔离器就是一种非互易器件，其主
要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方
向特别是反方向传输。隔离器主要用在激光器或光放大器的
后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。插入
损耗和隔离度是隔离器的两个主要参数，对正向入射光的插
2021/6/16
11
TOSA
2021/6/16
12
(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.
(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。
入损耗其值越小越好，对反向反射光的隔离度其值越大越好，
目前插入损耗的典型值约为1 dB，隔离度的典型值的大致范
围为40~50 dB。
2021/6/16
58
首先介绍一下光偏振(极化)的概念。单模光纤中传输的 光的偏振态(SOP： State of Polarization) 是在垂直于光传输 方向的平面上电场矢量的振动方向。在任何时刻，电场矢量 都可以分解为两个正交分量，这两个正交分量分别称为水平 模和垂直模。
1. 耦合器类型
图3.28示出常用耦合器的类型， 它们各具不同的功能和 用途。
T形耦合器这是一种2×2的3端耦合器， 见图3.28(a)， 其 功能是把一根光纤输入的光信号按一定比例分配给两根光纤， 或把两根光纤输入的光信号组合在一起，输入一根光纤。
2021/6/16
45
…
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光器件基础知识
第一章 光纤通信简介
1.1 光纤通信的基本含义和发展历程
•光纤通信——利用激光作为信息的载波信号并通过光导纤维来传 递信息的通信系统 。
•发展历程 ——
1. 我国周朝 ——烽火台
2. 1880年 ——贝尔发明光电话 （利用光
载波信号来传送话音 ）
PPT学习交流
1
光器件基础知识
3. 1960年 ——世界上第一台激光器研 制成功
6
光器件基础知识
以点到点的光纤通信系统为例
光端机
光源
电端机
中继器
光缆
光检测器
光源
光端机
光缆 光检测器
电端机
PPT学习交流
7
光器件基础知识
•发展概况——
➢ 第1代光纤通信系统——20世纪70年代
末大量投入运营，由0.85μm的光源和多模 光纤构成。
➢ 第2代光纤通信系统——20世纪80年代
初，采用1.3μm的半导体发光二极管或激光 二极管作为光源，再加上多模光纤。
光纤通信系统虽然经历了5代的发展，但目前应用最为广泛的 不外乎两种系统结构：
1. 点到点的直接强度调制/直接检测（IM/DD）系统（根据传输信号的性 质不同，又可分为数字光纤通信系统和模拟光纤通信系统两种）；
2. 波分复用（WDM）光纤通信系统。
PPT学习交流
9
光器件基础知识
第二章 半导体物理基础知识简介
➢ 第3代光纤通信系统——自20世纪80年
代后期以来，采用1.55μm作为工作波长， 以色散位移光纤作为传输媒介。
➢ 第4代光纤通信系统——采用波分复用
（WDM）技术，现已开始投入运营。
PPT学习交流
8
光器件基础知识
➢ 第5代光纤通信系统——基于光纤非线
性压缩抵消光纤色散展宽的新概念产生的光 孤子研究，经过20多年的研究发展，有了突 破性进展。
少数原子被激发到高能级，而且，能级越高， 4E1
处于该能级上的原子数越少。
E1
n=5 n=4
n=3
第一激发态
n=2
基态
n=1
PPT学习交流
粒子分立能级示意图
11
光器件基础知识
2.2 固体的能带结构
1. 电子的共有化：
➢ 在正常状态下，原子中的电子并不能都处于最低能级上。因为泡利不相容原 理指出，每一能级上至多只能有两个电子，而且它们的自旋方向还必须相反。
2.1 原子的能级结构
➢原子由原子核和核外电子组成。原子核带
正电，电子带负电。原子核所带的正电与核
外电子所带的负电的总和相等。因此，整个
原子呈电中性 。
➢电子在原子中的运动轨道是量子化的 。
（轨道的量子化是指原子中的电子以一定的几率出现在
各处，即原子中的电子只能在各个特定轨道上运行，不
能具有任意轨道；电子的能量不能取任意值，而是具有
不仅受到本身原子核的作用，还受到相邻原子核的作用。这种作用对于内电子和价电子 的影响是不一样的。内电子被本身原子核牢牢地束缚着，所以所受的影响并不显著。价 电子却不然，它的轨道大小和相邻原子间的距离是相同数量级的，所以所受的影响很显 著。按照古典物理，电子是不能从一个原子转入另一个原子里去的；而量子力学却容许 电子通过隧道效应进入另一个原子。这样，价电子就不再分别属于各个原子，而被整个 晶体中原子所共有，这就是电子的共有化。
更能适应温度的变化，腐蚀性的液体或气体对其影响也较小。
6. 重量轻、安全、易敷设
PPT学习交流
5
光器件基础知识
7. 保密——光纤不向外辐射能量，很难用金属感应器对光缆进行窃听。 8. 寿命长
1.3 光纤通信系统的基本组成与发展概况
•基本组成——光发送机、光接收机、光纤（光缆）和各种耦合器 件
PPT学习交流
➢ 能量愈高，相邻能级的间隔就越小，电子从下一能级过渡到上一能级也就越 方便。当电子从原子中挣脱出来，而进入离子化状态后，这时能量已没有一 级一级的差别，而在能量图上形成一个能量连续的区域，这时电子可以自由 运动，所以称为自由电子。
PPT学习交流
12
光器件基础知识
➢ 电子的共有化是一种量子效应而非古典的性质——由于原子离得很近，每个电子
确定的量子化的某些离散值，是不连续的。这些分立的构模型图
10
光器件基础知识
E(eV)
➢当原子中电子的能量最小时，整个原子的
能量最低，这个原子处于稳态，称为“基态”；
25E1 16E1
当原子处于比基态高的能级时，称为“激发
态”。
9E1
➢通常情况下，大部分原子处于基态，只有
金属电缆存在的分布电容和分布电感实际上起到了低通滤波器的作用， 限制了电缆的传输频率、带宽以及信息承载能力。
2. 传输距离长 ——光缆的传输损耗比电缆低，因而可传输更长的
距离。
PPT学习交流
4
光器件基础知识
3. 抗电磁干扰 ——光纤通信系统避免了电缆由于相互靠近而引起
的电磁干扰。光纤的材料是玻璃或塑料，都不导电，因而不会产生磁 场，也就不存在相互间的电磁干扰。
2. 能带的形成：
➢ 量子力学证明，晶体中电子共有化的结果，使原先每个原子中具有相同能量 的电子能级，因各原子的相互影响而分裂为一系列和原来能级很接近的新能 级，这些新能级基本上连成一片，而形成能带。
➢ 能带中不允许存在能量状态的区域称为带隙（也叫禁带），带隙宽度用电子 伏特（eV）表示。
4. 1970年 ——第一根低损耗光纤 （20dB/Km）研制成功 （美国康宁公 司 ）；美国贝尔实验室成功研制能 在室温条件下连续工作的半导体激 光器
5. 1974年 ——美国贝尔实验室成功研
制出损耗为1dB/Km的光纤 （化学气
相沉PPT积学习法交（流 MCVD） ）
2
光器件基础知识
6. 1976年——日本电话电报公司研制 出损耗更低的光纤（0.5dB/Km）
7. 20世纪70年代末期——光纤通信系 统实现第一次业务运营
8. 20世纪80年代后期 ——光纤损耗 已经降低到0.16dB/Km
9. 1988年 ——第一条跨大西洋光缆 投入运营
PPT学习交流
3
光器件基础知识
1.2 光纤通信的主要优点
1. 通信容量大 ——光纤的可用带宽较大，一般在10GHz以上；而
4. 抗噪声干扰——光纤不导电的特性还避免了光缆受到闪电、电
机、荧光灯及其他电器源的电磁干扰（EMI），外部的电噪声也不影 响光频的传输能力。此外，光缆不辐射射频（RF）能量的特性也使它 不会干扰其他通信系统。（所以现已广泛应用于军事上）
5. 适应环境——光纤对恶劣环境有较强的抵抗能力。它比金属电缆
第一章 光纤通信简介
1.1 光纤通信的基本含义和发展历程
•光纤通信——利用激光作为信息的载波信号并通过光导纤维来传 递信息的通信系统 。
•发展历程 ——
1. 我国周朝 ——烽火台
2. 1880年 ——贝尔发明光电话 （利用光
载波信号来传送话音 ）
PPT学习交流
1
光器件基础知识
3. 1960年 ——世界上第一台激光器研 制成功
6
光器件基础知识
以点到点的光纤通信系统为例
光端机
光源
电端机
中继器
光缆
光检测器
光源
光端机
光缆 光检测器
电端机
PPT学习交流
7
光器件基础知识
•发展概况——
➢ 第1代光纤通信系统——20世纪70年代
末大量投入运营，由0.85μm的光源和多模 光纤构成。
➢ 第2代光纤通信系统——20世纪80年代
初，采用1.3μm的半导体发光二极管或激光 二极管作为光源，再加上多模光纤。
光纤通信系统虽然经历了5代的发展，但目前应用最为广泛的 不外乎两种系统结构：
1. 点到点的直接强度调制/直接检测（IM/DD）系统（根据传输信号的性 质不同，又可分为数字光纤通信系统和模拟光纤通信系统两种）；
2. 波分复用（WDM）光纤通信系统。
PPT学习交流
9
光器件基础知识
第二章 半导体物理基础知识简介
➢ 第3代光纤通信系统——自20世纪80年
代后期以来，采用1.55μm作为工作波长， 以色散位移光纤作为传输媒介。
➢ 第4代光纤通信系统——采用波分复用
（WDM）技术，现已开始投入运营。
PPT学习交流
8
光器件基础知识
➢ 第5代光纤通信系统——基于光纤非线
性压缩抵消光纤色散展宽的新概念产生的光 孤子研究，经过20多年的研究发展，有了突 破性进展。
少数原子被激发到高能级，而且，能级越高， 4E1
处于该能级上的原子数越少。
E1
n=5 n=4
n=3
第一激发态
n=2
基态
n=1
PPT学习交流
粒子分立能级示意图
11
光器件基础知识
2.2 固体的能带结构
1. 电子的共有化：
➢ 在正常状态下，原子中的电子并不能都处于最低能级上。因为泡利不相容原 理指出，每一能级上至多只能有两个电子，而且它们的自旋方向还必须相反。
2.1 原子的能级结构
➢原子由原子核和核外电子组成。原子核带
正电，电子带负电。原子核所带的正电与核
外电子所带的负电的总和相等。因此，整个
原子呈电中性 。
➢电子在原子中的运动轨道是量子化的 。
（轨道的量子化是指原子中的电子以一定的几率出现在
各处，即原子中的电子只能在各个特定轨道上运行，不
能具有任意轨道；电子的能量不能取任意值，而是具有
不仅受到本身原子核的作用，还受到相邻原子核的作用。这种作用对于内电子和价电子 的影响是不一样的。内电子被本身原子核牢牢地束缚着，所以所受的影响并不显著。价 电子却不然，它的轨道大小和相邻原子间的距离是相同数量级的，所以所受的影响很显 著。按照古典物理，电子是不能从一个原子转入另一个原子里去的；而量子力学却容许 电子通过隧道效应进入另一个原子。这样，价电子就不再分别属于各个原子，而被整个 晶体中原子所共有，这就是电子的共有化。
更能适应温度的变化，腐蚀性的液体或气体对其影响也较小。
6. 重量轻、安全、易敷设
PPT学习交流
5
光器件基础知识
7. 保密——光纤不向外辐射能量，很难用金属感应器对光缆进行窃听。 8. 寿命长
1.3 光纤通信系统的基本组成与发展概况
•基本组成——光发送机、光接收机、光纤（光缆）和各种耦合器 件
PPT学习交流
➢ 能量愈高，相邻能级的间隔就越小，电子从下一能级过渡到上一能级也就越 方便。当电子从原子中挣脱出来，而进入离子化状态后，这时能量已没有一 级一级的差别，而在能量图上形成一个能量连续的区域，这时电子可以自由 运动，所以称为自由电子。
PPT学习交流
12
光器件基础知识
➢ 电子的共有化是一种量子效应而非古典的性质——由于原子离得很近，每个电子
确定的量子化的某些离散值，是不连续的。这些分立的构模型图
10
光器件基础知识
E(eV)
➢当原子中电子的能量最小时，整个原子的
能量最低，这个原子处于稳态，称为“基态”；
25E1 16E1
当原子处于比基态高的能级时，称为“激发
态”。
9E1
➢通常情况下，大部分原子处于基态，只有
金属电缆存在的分布电容和分布电感实际上起到了低通滤波器的作用， 限制了电缆的传输频率、带宽以及信息承载能力。
2. 传输距离长 ——光缆的传输损耗比电缆低，因而可传输更长的
距离。
PPT学习交流
4
光器件基础知识
3. 抗电磁干扰 ——光纤通信系统避免了电缆由于相互靠近而引起
的电磁干扰。光纤的材料是玻璃或塑料，都不导电，因而不会产生磁 场，也就不存在相互间的电磁干扰。
2. 能带的形成：
➢ 量子力学证明，晶体中电子共有化的结果，使原先每个原子中具有相同能量 的电子能级，因各原子的相互影响而分裂为一系列和原来能级很接近的新能 级，这些新能级基本上连成一片，而形成能带。
➢ 能带中不允许存在能量状态的区域称为带隙（也叫禁带），带隙宽度用电子 伏特（eV）表示。
4. 1970年 ——第一根低损耗光纤 （20dB/Km）研制成功 （美国康宁公 司 ）；美国贝尔实验室成功研制能 在室温条件下连续工作的半导体激 光器
5. 1974年 ——美国贝尔实验室成功研
制出损耗为1dB/Km的光纤 （化学气
相沉PPT积学习法交（流 MCVD） ）
2
光器件基础知识
6. 1976年——日本电话电报公司研制 出损耗更低的光纤（0.5dB/Km）
7. 20世纪70年代末期——光纤通信系 统实现第一次业务运营
8. 20世纪80年代后期 ——光纤损耗 已经降低到0.16dB/Km
9. 1988年 ——第一条跨大西洋光缆 投入运营
PPT学习交流
3
光器件基础知识
1.2 光纤通信的主要优点
1. 通信容量大 ——光纤的可用带宽较大，一般在10GHz以上；而
4. 抗噪声干扰——光纤不导电的特性还避免了光缆受到闪电、电
机、荧光灯及其他电器源的电磁干扰（EMI），外部的电噪声也不影 响光频的传输能力。此外，光缆不辐射射频（RF）能量的特性也使它 不会干扰其他通信系统。（所以现已广泛应用于军事上）
5. 适应环境——光纤对恶劣环境有较强的抵抗能力。它比金属电缆