有源光器件专题-光收发器件
光器件封装详解有源光器件的结构和封装
有源光器件的结构和封装目录1有源光器件的分类 ........................................................................................错误!未指定书签。
2有源光器件的封装结构 .................................................................................错误!未指定书签。
2.1光发送器件的封装结构 ...........................................................................错误!未指定书签。
2.1.1同轴型光发送器件的封装结构 ..........................................................错误!未指定书签。
2.1.2蝶形光发送器件的封装结构..............................................................错误!未指定书签。
2.2光接收器件的封装结构 ...........................................................................错误!未指定书签。
2.2.1同轴型光接收器件的封装结构 ..........................................................错误!未指定书签。
2.2.2蝶形光接收器件的封装结构..............................................................错误!未指定书签。
2.3光收发一体模块的封装结构....................................................................错误!未指定书签。
光收发模块深度解析
光收发模块深度解析光收发模块是一种集成电路（IC）,可以独立地双向发送和接收数据。
该设备将发射器和接收器组合成一个模块，将电信号转换为光信号，使这些信号能够通过光纤电缆在服务器之间高效传输。
发射器将电输入转换为来自激光二极管或LED光源的光输出（光通过连接器耦合到光纤中并通过光缆传输）。
来自光纤末端的光被耦合到接收器，然后检测器将光转换成电信号，该电信号经过调节以供接收设备使用。
光收发器内部是什么？光纤收发器由发射器、接收器、光器件和芯片组成。
其中芯片通常被视为光纤模块的心脏。
近年来，人们越来越关注在收发器芯片中使用硅光子学——在硅上构建激光器,然后将光学元件与硅集成电路融合在一起。
它满足了机架与机架之间以及整个数据中心之间更快连接的需求。
它有效地简化了装配过程。
此外，收发器可以做得更紧凑，从而减少服务器的整体占用空间，使数据中心更小、更精简，同时保持高端口密度。
另一方面，更小的尺寸意味着更少的功耗和更低的成本。
光收发模块简史将硅光子学应用于收发器芯片部分证明了光收发器技术的巨大进步。
趋势是光纤收发器正在向更紧凑的尺寸和更高的数据速率发展，以适应因特网革命带来的飞速增长的数据流量。
下图很好地说明了光模块这些年来的发展历程。
数据速率模块最新修订年份描述应用IGbps GBIC2000千兆接口转换器千兆以太网、SDH/SONET(2.5Gb/s)和光纤通道(4Gb∕s)单反2001年小型可插拔千兆以太网、SDH/SONET(2.5Gb/s)和光纤通道(4Gb∕s)IOGbps新派克2001年用于IOGb以太网的光收发器典型的路由器线卡应用、存储、IP网络和LANX22005年用于IOGb以太网的光收发器数据中心、企业配线柜和服务提供商传输网络XFP2005年用于IOGb以太网的光收发器支持光纤通道(8Gb/s)、10Gb/s以太网和光传输网络光纤+2013增强型小型可插拔支持光纤通道(8Gb/s)、10Gb/s以太网和光传输网络标准OTU240/100 Gbps CFP2013C外形可插拔支持40G和100G以太网、OC-768∕STM-256>OTU3(100G)和OTU4QSFP+/QSFP282013四路小型可插拔IOG和28G 支持高达40Gb∕s和100Gb/s的以太网、光纤通道、InfiniBand和SONET/SDH标准光收发器：选择单模还是多模？技术人员有时会发现自己在单模收发器和多模收发器之间进退两难。
光有源器件
光有源器件光有源器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件，是光传输系统的心脏。
将电信号转换成光信号的器件称为光源，主要有半导体发光二极管（LED）和激光二极管（LD）。
将光信号转换成电信号的器件称为光检测器，主要有光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。
光纤放大器成为光有源器件的新秀，当前大量应用的是掺铒光纤放大器（EDFA），很有应用前景的是拉曼光放大器。
半导体激光二极管（LD）即半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。
常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。
激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。
半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。
同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质(电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。
半导体激光器的特性有封装技术、驱动电流、输出功率、峰值波长和光谱宽度等。
半导体激光器封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。
一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。
而半导体激光器封装则是为了隔绝环境，避免损害，保证清洁；为器件提供合适的外引线；提高机械强度，抵抗恶劣环境；提高光学性能。
通常情况下，半导体激光器的发光波长随温度变化为0．2-0．3nm／℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。
另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1℃，半导体激光器的发光强度会相应地减少1％左右，封装散热；时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数半导体激光器的驱动电流限制在20mA左右。
光器件简介介绍
光器件的应用领域
Байду номын сангаас
通信
光器件在光纤通信网络中广泛应用于发射、接收、调制、放大等 环节，实现高速、大容量的信息传输。
传感
光器件还可以用于光学传感领域，如光纤传感器、光谱分析仪等， 用于测量物理量、化学量和生物量等。
照明
光器件在照明领域也有广泛应用，如LED灯具、舞台灯光等，具有 高效、节能、环保等特点。
02
常见光器件介绍
光器件的发展历程与趋势
发展历程
光器件的发展经历了从机械式到固态化、从分立式到集成化的过程，不断提高性能、降低成本，促进光通信和光 学传感技术的快速发展。
发展趋势
未来光器件的发展将更加注重小型化、集成化、智能化和低成本化，同时不断探索新的材料和工艺，提高器件性 能和降低能耗，以满足不断增长的信息传输和处理需求。
光器件简介介绍
汇报人： 2024-01-07
目录
• 光器件概述 • 常见光器件介绍 • 光器件的性能指标 • 光器件的制造工艺与材料
01
光器件概述
光器件的定义与分类
定义
光器件是用于处理光信号的设备或组 件，是光通信系统中的重要组成部分 。
分类
根据功能和应用场景，光器件可以分 为发射器、接收器、调制器、光放大 器等类型。
光纤通信原理习题库及答案
光纤通信原理习题库及答案一、单选题（共50题，每题1分，共50分）1、下列属于有源光器件的是( )。
A、光连接器B、光隔离器C、半导体激光器D、耦合器正确答案：C2、( )的主要功能有补偿衰减的光信号，对畸变失真的信号波形进行整形，以延长通信距离。
A、光电检测器B、光中继器C、电光中继器D、全光中继器正确答案：B3、光纤是利用光的以下哪种现象传送光信号的?（）A、辐射B、散射C、折射D、全反射正确答案：D4、目前使用的光纤一般是（）光纤。
A、阶跃型单模光纤B、渐变型单模光纤C、阶跃型多模光纤D、渐变型多模光纤正确答案：A5、SDH的复用采用（）。
A、按比特间插B、同步复用、按字节间插C、异步复用、D、按字节间插正确答案：B6、光纤通信中光需要从光纤的主传输信道中取出一部分作为测试用时，需用（）。
A、光纤连接器B、光功率衰减器C、光功率隔离器D、光耦合器正确答案：D7、渐变型多模光纤一般纤芯直径为（）μm，A、300μmB、600μmC、200μmD、50μm正确答案：D8、加强元件一般采用圆形钢丝、扇形( )丝、钢绞线或钢管等。
A、玻璃B、钢C、木头D、塑料正确答案：B9、光纤通信指的是（）。
A、以水作载波、以电缆为传输媒介的通信方式B、以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式C、以电作载波、以光纤为传输媒介的通信方式D、以空气作载波、以导线为传输媒介的通信方式正确答案：B10、光纤通信是以以下哪一选项为载体（）。
A、微波B、卫星C、电信号D、光波正确答案：D11、光发射机中实现电/光转换的关键器件是（）。
A、光放大器B、调制电路C、光源D、光检测器正确答案：C12、下列关于交叉连接设备与交换机的说法正确的是（）。
A、两者通道连接变动时间相同B、两者改变连接都由网管系统配置C、两者都能提供动态的通道连接D、两者输入输出都是单个用户话路正确答案：C13、下列属于（）的是半导体激光器。
A、光定向耦合器B、光纤功率连接器C、光衰减隔离器D、有源光器件正确答案：D14、光合波器是（）。
光收发一体模块的种类及各个种类的应用
光收发一体模块的种类及各个种类的应用光收发一体模块，英文名称optical transceiver，简称光模块，是光纤通信中重要的器件，包括以下种类：1.10Gbs光模块(XFP,SFP+)——应用于连续光通信（城域网、以太网、光纤通路）的紧密10Gb/s光收发模组。
2.1x9双工SC ST连接器光模块3.RJ45电口小型可插拔模块4.点对点双向光模块(P-to-P FTTH应用)5.千兆以太网接口转换器(GBIC)模块6.无源光网PON( G-PON, GE-PON)光模块7.小型可插拔收发光模块(SFP,SFF)现业界光模块的主要厂家有：思科、飞博创、新飞通、武汉华工、武汉电信器件、台达、海信光电等等。
通信网干线传输容量的不断扩大及速率的不断提高使得光纤通信成为现代信息网络的主要传输手段，在现在的光通信网络中，如广域网(WAN)、城域网(MAN)、局域网(LAN)所需要的作为核心光电子器件之一的光收发模块的种类越来越多，要求也越来越高，复杂程度也以惊人的速度发展。
光收发模块的急剧增加导致了多样性，需要不断发展相关技术满足这样应用需求。
下面就其发展方向进行分析。
发展的方向之一：小型化光收发模块作为光纤接入网的核心器件推动了干线光传输系统向低成本方向发展，使得光网络的配置更加完备合理。
光收发模块由光电子器件、功能电路和光接口等结构件组成，光电子器件包括发射和接收两部分，发射部分包括LED、VCSEL、FP LD、DFB LD等几种光源；接收部分包括PIN型和APD型两种光探测器。
目前的光通信市场竞争越来越激烈，通信设备要求的体积越来越小，接口板包含的接口密度越来越高。
传统的激光器和探测器分离的光模块，已经很难适应现代通信设备的要求。
为了适应通信设备对光器件的要求，光模块正向高度集成的小封装发展。
高度集成的光电模块使用户无须处理高速模拟光电信号，缩短研发和生产周期，减少元气件采购种类，减少生产成本，因此也越来越受到设备制造商的青睐。
光纤无源及有源器件
)
AL n0 A
(
AL + cos
)
(
AL − α s n0 A sin
)
(
AL
)}
( 9 − 3)
等高成像透镜： 在复印机、传真机、印刷机等成像光学系统中需要 采用1：1成像系统。这时采用自聚焦透镜最为简便，因 为一根自聚焦透镜可满足正立、等倍、实像的条件。而 普通透镜至少需要三块透镜组合成复合透镜。 实际使用时，将物置于自聚焦透镜物方主平面上，在像 方主平面上就会成一个物等高的实像。透镜长度应在半 倍节距和一倍节距之间。 采用自聚焦透镜可使物象变换系统大大缩短物像共轭长 度。同时，它在整条直线上成像分辩率相同，可使整个 视场的传递函数值比较均匀，从而提高成像质量。
要求：《光纤光学》学科相关论文一篇，最好是研究 性论文，也可以是读书心得 时间：六月中旬以前； 地点：理科生命大楼B835
学业有成， 前程似锦！
九、光纤无源及有源器件
•1. 自聚焦透镜 •2. 光纤定向耦合器 •3. 光纤偏振控制器 •4. 光纤隔离器 •5. 光纤激光器与放大器
Hale Waihona Puke 随着信息需求量的日益增加，光纤通信系统飞速发 展。有两类光纤通信系统备受青睐，一类是长途光纤通 信系统；另一类是局域网和用户回路光纤通信系统。 光纤干线通信系统中，人们致力于追求扩大通信容 量，增大中继距离，导致了两种有源光纤器件－光纤激 光器和光纤放大器的热度研究。
根据上述分析，掺铒光纤放大器最基本部分包括掺 铒光纤、泵浦激光器、波分复用耦合器、光隔离器。泵 浦方式包括前向泵浦、后向泵浦和双向泵浦方式。
光放大器－ §2 光放大器－EDFA
EDFA实物图 实物图
EDFA特性总结 特性总结——优点 特性总结 优点 •结构远比电中继器简单且寿命更长、成本更低 结构远比电中继器简单且寿命更长、 结构远比电中继器简单且寿命更长 •不受信号调制形式、速率的限制 不受信号调制形式、 不受信号调制形式 •体积小，可放置到印刷电路板上制成小型设备 体积小， 体积小 •可以为光信号提供 可以为光信号提供25dB以上的增益，一些放大 以上的增益， 可以为光信号提供 以上的增益 器增益甚至超过50dB。 。 器增益甚至超过 •可以同时放大多路波长 可以同时放大多路波长
有源光器件的结构和封装
有源光器件的结构和封装一、激光器激光器是一种能够产生高强度、高方向性、高单色性的激光光源。
它由半导体材料和外部光学元件组成。
1.半导体材料激光器的核心部件是半导体材料。
通常使用的是Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，如GaAs、InP等。
在半导体材料中，通过掺杂和外加电场的作用，形成电子和空穴的超额载流子。
当外加电场作用下，载流子在电磁波的作用下发生跃迁放出光子。
2.外部光学元件外部光学元件主要包括半导体激光器的波导结构和反射镜等。
波导结构是光从激光器核心区域传输到边界进行输出的通道。
而反射镜则用于提供光的反射，形成光的干涉条件，使得光可以在材料中来回反射，形成激光。
3.封装激光器的封装主要是为了保护激光器的结构和防止光的泄漏。
目前常用的封装结构有普通封装和集成封装两种形式。
普通封装采用金属壳体、光纤套管等材料进行封装，而集成封装则将激光器集成到电路板上，使得激光器的体积更小、性能更稳定。
二、光电二极管光电二极管是一种能够将光能转换为电能的器件，也称为载流子光二极管。
它由半导体材料和外部电路组成。
1.半导体材料光电二极管也使用半导体材料作为其核心部件。
通常使用的是Ⅲ-Ⅴ族或Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，如Si、InGaAs等。
当光照射到半导体材料上时，能量激发了材料中的载流子，形成电流。
2.外部电路光电二极管需要外部电路进行电流的放大和信号的处理。
一般来说，光电二极管需要接在一个放大器电路上，通过放大器电路对光电二极管输出信号进行放大，从而得到有效的电信号。
3.封装光电二极管的封装主要是为了保护器件不受环境的影响，并方便其与其他器件的连接。
常见的封装形式有TO封装、SMD封装、COB封装等。
其中TO封装是将光电二极管连接到一个金属壳体中，以保护器件并方便安装。
总结：有源光器件的结构和封装主要包括激光器和光电二极管。
激光器的结构由半导体材料和外部光学元件组成，封装形式主要有普通封装和集成封装。
而光电二极管由半导体材料和外部电路组成，封装形式主要有TO封装、SMD封装、COB封装等。
光纤通信有源器
噪声问题
总结词
噪声问题是光纤通信有源器件在工作过 程中产生的噪声对通信信号的影响问题 。
VS
详细描述
噪声会导致信号的信噪比降低，影响通信 质量。为了降低噪声的影响，可以采用噪 声抑制技术，如采用低噪声放大器或降噪 算法等。同时，优化有源器件的设计和制 作工艺，降低其内部噪声也是解决这一问 题的有效方法。
总结词
高功率光纤通信有源器件是未来发展的重点，它们能够提供更高的光功率输出， 从而实现更远距离的光纤传输。
详细描述
随着光纤通信技术的不断发展，对光功率的需求也在不断增加。高功率光纤通信 有源器件能够提供更高的光功率输出，从而延长传输距离或提高信号质量。目前 ，高功率光纤激光器、放大器等有源器件已经得到了广泛的应用和研究。
激光器的调制方式主要有直接调制和外部调制两 种，直接调制结构简单，但调制速率受限于载流 子恢复时间；外部调制适用于高速调制，但需要 额外的调制器。
光放大器
光放大器用于放大光信号， 以补偿光纤传输过程中的损 耗。常见的光放大器有半导 体光放大器和光纤放大器。
半导体光放大器基于半导体 材料，具有体积小、成本低 等优点，但带宽和增益受限 ；光纤放大器利用掺铒光纤 作为增益介质，具有带宽宽 、增益高等优点，但需要泵 浦光。
光放大器的性能参数包括增 益、带宽、噪声系数等，选 择合适的光放大器可以提高 光纤通信系统的传输距离和 容量。
光放大器的应用场景包括但 不限于光纤传感、光子雷达 和光计算等领域。
光调制器
01
光调制器用于将信息加载到 光波上，实现信息的传输。 常见的光调制器有电吸收型 调制器和液晶调制器等。
02
电吸收型调制器利用电场改 变介质折射率实现调制，具 有响应速度快、消光比高等 优点；液晶调制器利用电场 改变液晶的折射率实现调制 ，具有可调谐性和并行处理 能力。
浅谈光纤通信有源器件与无源器件
浅谈光纤通信有源器件与无源器件任课教师学院班级姓名学号日期2016年05月18日目录1 引言 (1)2光有源器件 (1)2.1 光有源器件简介 (1)2.2 光纤激光器 (1)2.3光纤放大器 (3)2.4 全光波长变换器 (4)2.5光检测器 (4)3 光无源器件 (5)3.1 光无源器件简介 (5)3.2 光纤活动连接器 (6)3.3 跳线 (6)3.4 转换器 (7)3.5 变换器 (8)3.6光纤活动连接器的表征指标 (9)3.6.1插入损耗 (9)3.6.2回波损耗 (9)3.6.3重复性 (10)3.6.4互换性 (10)3.7光分路器 (10)3.8光衰减器 (12)3.9光隔离器 (14)3.10光开关 (15)3.11波分复用器 (15)3.12光接头盒、光配线箱、光终端盒 (15)结语 (16)参考文献 (16)1引言在光纤通讯行业，光纤系统中所用到的各种器件称为光器件。
而光器件简单来说分为有源光器件与无源光器件两种。
有源光器件也称光有源器件，无源光器件也称光无源器件。
光有源和无源器件都有如下产品：●有源光器件：定义是在光通信系统中能产生或接收光信号的器件。
可以简单的认为有源光器件是需要接上电源才能工作的。
比如：光纤收发器（"纤亿通"自主生产），光接收机，光源，光端机，光功率计等。
●无源光器件：定义是在光通信系统中不能产生或接收光信号的器件。
可以简单的认为无源光器件是不需要接上电源就能够工作的。
比如：光纤连接器，光纤适配器，光纤衰减器，光纤终结器，密集波分复用器（DWDM），粗波分复用器（CWDM），光纤耦合器，光开光，光纤准直器，光隔离器,平面波导光分路器（PLCS）等等。
2光有源器件2.1光有源器件简介光有源器件是光纤通信重要的核心器件之一，受到人们普遍的重视和关注。
目前光纤通信领域应用的光有源器件主要有光源(量子阱激光器(QWLD)，垂直腔面发射激光器(VCSEI.),量子点激光器(QDI,D)、多波长激光器等)，光探测器(光电子二极管(PD)、雪崩光电二极管(APD)等)，光调制器(妮酸锉(LiNb03)调制器等。
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PIN
放大器
Cd--分布电容 Gd--分布电阻
Rs—接触电阻 Rb—偏置电阻
接收器件的响应速度（2 接收器件的响应速度（2） transit time
零场区光生载流子的扩散时间 耗尽区光生载流子的漂移时间 雪崩倍增建立时间
接收器件的响应速度(3) 接收器件的响应速度(3) RF接头 RF接头
消光比 小 大 小
集成电吸收外调制/ 集成电吸收外调制/激光器
集成电吸收外调制/ 集成电吸收外调制/激光器 传输性能
发送端眼图
传输8X80km后眼图 传输8X80km后眼图
Mach-Zehnder外调制器 Mach-Zehnder外调制器
微波电极
Ui Ein Pin
光波导 微波电极 微波电极
E1 Eout Pout
温度对DFB激光器的影响 温度对DFB激光器的影响
阈值电流变大 阈值波长 向长波长方向移动
图 2.3.1-B λ/4 DFB 激光器的阈值波长及阈值电流 与有源区的温度的关系
注入电流时激光器的空间载流 子及光子浓度分布
图 2.3.6-A 常规 DFB 激光器的注入电流对激光器 的有源区的载流子浓度及光子浓度分布的影响
E2
αm =
∆ β 2 ( t ) + ∆β 1 ( t ) π ⋅ c tan( (V2 (t ) − V1 (t )) ∆β 2 ( t ) − ∆β 1 ( t ) 2Vπ
啁啾系数容易控制，可以为０，也可以为负
LiNbO3外调制器 LiNbO3外调制器
集成III集成III-V外调制／激光器
更长的工作波长 更稳定的波长特征+更灵活的波长特征 更稳定的波长特征 更灵活的波长特征 更快的响应速度 更小的RIN噪声及线宽 更高的集成度 更长的寿命
光发送器件基本原理
半导体发光原理
自建场
P
N
P
n
N
空间电荷区
PN结 N
Ef
有源区
eV0
P
折射率
n1-n2 eV
光强
PN结能带结构
半导体激光器
发光三要素： 谐振腔 增益物质 激励
光纤通信系统中的 光接收与光发送器件
2001-06
主要内容
光纤通信系统对光接收发送器件的需求 光接收器件基本原理 光接收器件发展趋势 光发送器件基本原理 光发送器件发展趋势
光纤通信系统中 光接收发送器件的应用
终端设备（光发送机） 终端设备（光发送机）
终端设备（光接收机） 终端设备（光接收机）
光接收器件
外腔激光器
各种可调激光器的性能对比
激光器类型 DFB DBR 优点 波长稳定性 生产工艺成熟 快速调节时间 宽调节范围 线宽窄（O/P） ，模式 稳定、易于耦合、低 功率消耗 大输出光功率，窄线 宽，低 RIN，连续调 节，宽调节范围 缺点 输出光功率低 有限的调节范围 低输出光功率，线宽 宽，不可连续调节， 波长稳定性差 输出光功率低， 目 前 产 品 多 在 850/1310nm 切换时间慢，对振动 敏感 应用场合 波长备份、窄调节应 用 Access 、 Metro 、 OADM Metro、Access
)n
APD的结构 APD的结构
PIN的主要指标 PIN的主要指标
光电转换效率/响应度 暗电流 响应速度(带宽)
APD的主要指标 APD的主要指标
光电转换效率 暗电流 雪崩倍增噪声（APD） 雪崩倍增因子M（APD） 响应速度（增益带宽积）
光接收器件组件 PIN/FET及 PIN/FET及APD/FET
外调制技术
电吸收外调制器 Mach-Zehnder外调制器
– LiNbO3外调制器 – III-V外调制器
电吸收外调制器
物理效应 Franz-Kledish Stark Shift Wannier-Stark
调制器结构 条型 多量子阱 超晶格
Henry系数 基本上为正 可以达到负 可以达到负
开态时吸收率 大 小 很小
VCSEL
Micro-ECL
长 距 离 、 Metro 、 OADM
光发送器件的其它应用
EDFA泵浦激光器980nm/1480nm Raman放大器
光发送器件的安全性要求
谢谢
设置输入/监控输出 设置输入 监控输出
激光器波长的长时间漂移：0.1~0.2nm 采用无源器件进行波长锁定，可以有效防止波 长随着时间的漂移，波长漂移<5GHz
波长锁定技术原理 －采用Fabry-Perot标准具 －采用Fabry-Perot标准具
OXC激光器的要求 OXC激光器的要求 －波长可调
光功率
V0
P
耗尽区
N
不同材料的接收器件响应度
PIN光电二极管 PIN光电二极管
V0
P
I
耗尽区
N
I: 增加的一层重搀杂的N层，用于增大耗 尽区的宽度，提高量子效率
PIN的结构 PIN的结构
APD光电二极管 APD光电二极管
V0
+ P
I
耗尽区 吸收
P N+
增益
利用“雪崩”效应倍增= g
1− (
1 V − I pR VB
[
1 ∂ ∂ + ( g0 + jδ ) + ]RF ( z, t ) = − jKRB ( z, t ) ∂z vg ∂t
DFB激光器的耦合波方程 DFB激光器的耦合波方程 ----分析激光器的静态特征 ----分析激光器的静态特征
∂ 1 ∂ [ + ( g0 + jδ ) + ]RF ( z, t ) = − jKRB ( z, t ) ∂z vg ∂t ∂ I (t ) 1 2 2 N ( z, t ) = − [ AN ( z, t ) + BN 2 ( z, t ) + CN 3 ( z, t )] − g ( z, t )( RF + RB ) ∂t eV vg z = 0 : RF (0, t ) = ρl RB (0, t ) z = L : RB ( L, t ) = ρ r RF ( L, t )
DFB激光器的直接调制性能 DFB激光器的直接调制性能
张弛振荡不可避免 啁啾系数较大:~0.7
直接调制DFB激光器的啁啾 直接调制DFB激光器的啁啾
定义
传输距离 80km
E = I ⋅ e jΦ ( I ) ⋅ e jϖ 0t
dE (t ) Im( E (t ) ) dt αm = = ∂I dE (t ) * 1 /(2 I ) Re( E (t ) ) ∂t dt
光接收器件组件中的 前置放大器
AR H (ϖ ) = 1 + jϖRC 电压放大器
−A RF H (ϖ ) = ( ) A + 1 1 + jϖC RF A +1 互阻放大器
互阻放大器的优点
放大器增益受限于反馈电阻，容易实现 放大器带宽宽，无须额外的均衡电路， 从而提高动态范围 较低的噪声指数
光接收器件组件的主要指标
图 2.3.6-A λ/4 DFB 激光器的注入电流对激光器 的有源区的载流子浓度及光子浓度分布的影响
注入电流对激光器的影响
注入电流增加使得激光器的输出光功率 变大 注入电流增加使得激光器的有源区空间 载流子浓度变大,导致波长向短波长方移 动:脉冲注入电流 注入电流增加使得激光器的有源区的温 度升高,导致波长向短波长方移动 综合以上:连续注入电流时 ~0.01nm/mA
外光路反馈的影响
DFB激光器外光路的反馈等价于激光器端面反 射率的变化
外光路的反馈
引起的激光器的波长变化量与相位有关 引起的激光器的波长最大变化与反射率有关 在动态调制时引入额外的chirp
DFB激光器的速率方程 DFB激光器的速率方程 ----分析激光器的动态特征 ----分析激光器的动态特征
接收机灵敏度 接收机的光口反射
接收机灵敏度
定义：BER达到特定指标(1e-12)时，要 求的最小输入光功率 量子极限灵敏度
影响接收机灵敏度的因素影响接收机灵敏度的因素-噪声
接收器件噪声
– 量子噪声 – APD器件的雪崩噪声
前置放大器件的噪声
– 偏置电阻的热噪声 – 放大电路的噪声
影响接收机灵敏度的因素影响接收机灵敏度的因素-带宽
*
∂Φ ∂t
60km
-0.7
啁啾因子
正啁啾与色散的影响类似，导致脉冲展宽，缩 短传输距离
啁啾缩短传输距离
随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽 无啁啾光源的传输距离：
B 2 * L * D ≤ 105 (Gb / s ) 2 * km * ( ps / nm / km)
理想无啁啾光源传输距离： 2.5Gb/s：G.652光纤传输1000km(17000ps/nm) 10Gb/s： G.652光纤传输60km(1000ps/nm) 直接调制激光器的传输距离： 2.5Gb/s： G.652光纤传输<180km(3200ps/nm)
DWDM激光器的要求 DWDM激光器的要求 －波长稳定
波长稳定技术
– 温度反馈控制技术 – 波长反馈控制技术
MQW-DFB 激光器 外调制器 2.5Gbit/s 光输出信号 温度-波长控制 温度 波长控制 /监控电路 监控电路 2.5Gbit/s 驱动器 2.5Gbit/s 电输入信号
外部波长反馈输入
传统的DFB激光器的波长调节
– 利用温度调节~0.1nm/OC – 范围有限
可调波长激光器
– – – –
多段DFB DBR VSECL 外腔激光器
多段DFB激光器 多段DFB激光器
DBR激光器 DBR激光器
可调EML激光器 可调EML激光器