光器件基础知识(ppt)
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典型的光器件AWGPPT课件
目前国外已有成熟 产品，但国内尚无
•15
5.实用化AWG的性能要求
小的中心波长偏移 宽的通带光谱响应 低的插入损耗 低的信道串扰 低的偏振相关性 平坦光谱响应
•16
典型的AWG产品性能
•17
AWG的典型参数
通带宽度 通带起伏 偏振依赖损耗
通带宽度
通带起伏
偏振依赖损耗
•18
的波长路由器等 ，是互易性的
特点：通道数多，插入损耗低，通带平坦，容易集成在一块
衬底上
阵列波导
输入波导 输入耦合器
输出波导 输出耦合器
•2
2.工作原理——罗兰圆与凹面光栅
罗兰圆的半径为r，凹面 光栅的曲率半径为R=2r ，二者内切且罗兰圆通 过光栅中心。
通过光路分析及近似可 得，罗兰圆上任一点发 出的光，经凹面光栅衍 射之后仍聚焦在罗兰圆 上，不同衍射级次对应 不同衍射角。
(WGRs)
相同的波长可承载不同的信号从不同的输入端口输入，并 且不会在输出端口发生碰撞。
11,21,13,14 12,22,23,24 13,23,33,34 14,24,43,44
AWG
11,22,33,44 14,21,32,34 13,24,31,24 12,23,34,14
•12
AWG的应用-波长路由
腔1
0 3腔
滤 波 器 的 传 输 /谱dB
玻 璃衬 底
多腔与单腔相比， 通带顶部更加平坦，
边缘更为尖锐
－ 10 － 20
－ 30
－ 40
0.996
0.998
1 0 /
2腔 1腔
1.002
1.004 •9
TFF技术的波分复用器
介质薄膜滤光片 光纤准直镜
精品课件-光器件原理
输出功率和驱动电流之间的函数关系也叫“P-I曲线”
P-I曲线会随温度的变化而变化。
（2）光谱特性 LED光谱特性主要是指发光强度、光谱峰值波长和光
谱的半高全宽Δλ（最大光强一半处的光谱全宽）等。
LED的谱线宽度Δλ与波长（有源层材料的带隙决定） 和结的温度有关：
Δλ = 3.3（kT / h）(λ2/c)
怎样实现粒子数反转呢？
答案是：如果外界向物质提供了能量，就会使得低能级上
的电子获得能量，并大量地激发到高能级上去，像一个泵一 样，不断地将低能级上的电子“抽运”到高能级上，就可达 到高能级上的粒子数N2大于低能级上的粒子数N1 ，此时，我 们称这个能量为激励或者泵浦。
4.能带理论
在实际中，原子的能级不是单一的，而是由彼此靠的很近的系列能 级组成的，这种有一定宽度的带，我们称能带。
(1)自发辐射
处在高能级E2的电子往往是不稳定的，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。
(2)受激辐射
高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E1 上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。
式中，T为结的绝对温度驱动电流, c是光速， k为波尔兹曼常数， h为普朗克常数。
（3）调制带宽
就是功率谱降低到最大值一半时，对应0～3dB的频率范围。 LED的调制带宽为：
Δf = 1/ (2πτ) 其中τ是载流子的复合寿命。 调制带宽跟PN结的掺杂浓度和有源区的厚度有关。
（4）温度特性
LED的温度特性
光器件原理
学习目标
1.掌握激光产生的基本原理 2.掌握光源的结构、原理和性能 3.掌握光放大器的结构、原理和性能 4.掌握波分复用器的类型、原理和应用 5.掌握光电检测器的结构、原理和性能 6.了解光分插复用器的作用、原理和应用 7.了解光交叉复用器的作用、原理和应用 8.理解光开关作用、原理和应用
《光学元器件》课件
04
对于环境因素导致的问题，应采取相应的防护措施，如改善环境温 度、湿度等。
CHAPTER 06
光学元器件的发展前景与展望
新材料与新技术的应用
新材料
随着科技的不断发展，新型光学材料如透明陶瓷、玻璃和晶 体等不断涌现，为光学元器件的制造提供了更多选择和可能 性。
新技术
如纳米技术、光子晶体和二维材料等新技术的应用，使得光 学元器件的性能得到显著提升，同时推动其向微型化、集成 化方向发展。
CHAPTER 02
光学元器件的基本原理
光的折射与反射
光的折射
当光从一个介质进入另一个介质 时，由于速度的改变而发生方向 改变的现象。
光的反射
光在物体表面被反射回同一介质 的现象，遵循反射定律。
光的干涉与衍射
光的干涉
两束或多束光波在空间叠加时，光强 分布的振幅变化现象。
光的衍射
光波绕过障碍物边缘传播的现象，导 致光强重新分布。
机和人脸识别系统。
光学元器件的发展趋势
总结词
随着科技的不断进步，光学元器件正朝着小型化、集成化、智能化方向发展。
详细描述
随着光学技术和微纳加工技术的不断发展，光学元器件正朝着更小尺寸、更高性能、更低成本的方向发展。同时 ，随着人工智能和物联网技术的兴起，光学元器件的应用场景和功能也在不断拓展和升级，未来将更加注重智能 化和集成化的发展。
详细描述
光学元器件是利用光的干涉、衍射、折射、反射等物理现象来实现信号处理、 传输和存储的器件。根据不同的功能和应用场景，光学元器件可以分为多种类 型，如透镜、棱镜、光栅、反射镜等。
光学元器件的应用领域
总结词
光学元器件广泛应用于通信、医疗、能源、安防等领域，对现代科技发展具有重要意义 。
对于环境因素导致的问题，应采取相应的防护措施，如改善环境温 度、湿度等。
CHAPTER 06
光学元器件的发展前景与展望
新材料与新技术的应用
新材料
随着科技的不断发展，新型光学材料如透明陶瓷、玻璃和晶 体等不断涌现，为光学元器件的制造提供了更多选择和可能 性。
新技术
如纳米技术、光子晶体和二维材料等新技术的应用，使得光 学元器件的性能得到显著提升，同时推动其向微型化、集成 化方向发展。
CHAPTER 02
光学元器件的基本原理
光的折射与反射
光的折射
当光从一个介质进入另一个介质 时，由于速度的改变而发生方向 改变的现象。
光的反射
光在物体表面被反射回同一介质 的现象，遵循反射定律。
光的干涉与衍射
光的干涉
两束或多束光波在空间叠加时，光强 分布的振幅变化现象。
光的衍射
光波绕过障碍物边缘传播的现象，导 致光强重新分布。
机和人脸识别系统。
光学元器件的发展趋势
总结词
随着科技的不断进步，光学元器件正朝着小型化、集成化、智能化方向发展。
详细描述
随着光学技术和微纳加工技术的不断发展，光学元器件正朝着更小尺寸、更高性能、更低成本的方向发展。同时 ，随着人工智能和物联网技术的兴起，光学元器件的应用场景和功能也在不断拓展和升级，未来将更加注重智能 化和集成化的发展。
详细描述
光学元器件是利用光的干涉、衍射、折射、反射等物理现象来实现信号处理、 传输和存储的器件。根据不同的功能和应用场景，光学元器件可以分为多种类 型，如透镜、棱镜、光栅、反射镜等。
光学元器件的应用领域
总结词
光学元器件广泛应用于通信、医疗、能源、安防等领域，对现代科技发展具有重要意义 。
光器件
•基于光栅原理的滤波器：体光栅滤波器、阵 列波导光栅滤波器（AWG）、光纤光栅滤波 器、声光可调谐滤波器
一、熔锥光纤滤波器
•利用熔锥型光纤耦合器的波长依赖性。设计熔融 区的锥度，控制拉锥速度。 •特点：插损低、结构简单、温度稳定性高、隔离 度低、复用波长数少（两波） •应用：波长间隔较宽，常用于 1300nm/1550nm、980nm/1550nm、 1480nm/1550nm波长的分离
纤连接器
ST型：采用带键的 卡口式锁紧机构，确 保连接时准确对中。
SC型：外壳采用工程 塑料，矩形结构，便于 密集安装，不用螺纹连
接，可以直接插拔。
FC型：螺纹连接。 外部材料为金属
•固定连接器
包括：熔接法、V形槽法和套管法
光耦合器—Coupler
定义：对同一波长的光功率进行分路或合路 类型：
FBG
通道间距(GHz) low to 50
插入损耗(db) ununiform
通道串扰(db) 30 - 35
长期稳定性 偏振特性
possibly a problem due to tuning
ExcelG
TFF
low to 25
100
uniform
ununiform
•光纤光栅的形成： Period 光纤敏化（载氢或光敏光纤）--紫外光（~244nm） 以光栅条纹方式照射光纤--形成折射率光栅
反射中 2neff 光栅
心波长
周期
纤芯的有效折射率
•FBG应用：滤波器、色散补偿器、光纤激光器等
特点： •插损小 •带宽窄 •易于光纤连接 •低成本 •温度特性 （0.0125nm/oC 未补偿, 0.0007nm/oC 经补偿) •应力敏感
一、熔锥光纤滤波器
•利用熔锥型光纤耦合器的波长依赖性。设计熔融 区的锥度，控制拉锥速度。 •特点：插损低、结构简单、温度稳定性高、隔离 度低、复用波长数少（两波） •应用：波长间隔较宽，常用于 1300nm/1550nm、980nm/1550nm、 1480nm/1550nm波长的分离
纤连接器
ST型：采用带键的 卡口式锁紧机构，确 保连接时准确对中。
SC型：外壳采用工程 塑料，矩形结构，便于 密集安装，不用螺纹连
接，可以直接插拔。
FC型：螺纹连接。 外部材料为金属
•固定连接器
包括：熔接法、V形槽法和套管法
光耦合器—Coupler
定义：对同一波长的光功率进行分路或合路 类型：
FBG
通道间距(GHz) low to 50
插入损耗(db) ununiform
通道串扰(db) 30 - 35
长期稳定性 偏振特性
possibly a problem due to tuning
ExcelG
TFF
low to 25
100
uniform
ununiform
•光纤光栅的形成： Period 光纤敏化（载氢或光敏光纤）--紫外光（~244nm） 以光栅条纹方式照射光纤--形成折射率光栅
反射中 2neff 光栅
心波长
周期
纤芯的有效折射率
•FBG应用：滤波器、色散补偿器、光纤激光器等
特点： •插损小 •带宽窄 •易于光纤连接 •低成本 •温度特性 （0.0125nm/oC 未补偿, 0.0007nm/oC 经补偿) •应力敏感
有源光器件和无源光器件区别及基础PPT.
有源光器件和无源光器件区别 及基础
光有源器件
定义：需要外加能源驱动工作的光电子器件 –半导体光源(LD,LED,DFB,QW,SQW,VCSEL) –半导体光探测器(PD,PIN,APD） –光纤激光器（OFL:单波长、多波长） –光放大器(SOA,EDFA) –光波长转换器(XGM,XPM,FWM) –光调制器（EA） –光开关/路由器
光无源器件
定义：不需要外加能源驱动工作的光电子器件 –光纤连接器（固定、活动,FC/PC,FC/APC） –光纤定向耦合器/分支器 –光分插复用器（OADM) –光波分/密集波分复用器（WDM/DWDM) –光衰减器（固定、连续） –光滤波器（带通、带阻） –光纤隔离器与环行器（偏振有关、无关） –光偏振态控制器、光纤延迟线、光纤光栅
h =6.6261×10-34 Js
其中E2和E1分别为跃迁前、后的原子能级能量，h为普朗克常数，ν为电磁辐射的频率。
若原子从E2 → E 1 ，△ E=E2 – E 1 ， 这个差△ E将以一个量子的能量形式释放，一个量子的能量被称为光子（photon）。 一个光子的能量Ep由下面的公式定义
Ep =hν（ ）
h是普朗克常数(h=6.626 ×10-34 J • S)，而ν是光子的频率。
原子从高能级→低能级，对应于光子的辐射；原子从低能级→高能级，对应于光子的吸收。
.1 自发辐射(spontaneous radiation)
E2 N2
h
E1 N1
EphE2E1
处于高能级的原子自发的辐射一个频率为ν、能量为E的光子，跃迁到低能 级，这一过程称为自发辐射。是相位、偏振方向不同的非相干光。
.2 受激辐射 (stimulated radiation)
光有源器件
定义：需要外加能源驱动工作的光电子器件 –半导体光源(LD,LED,DFB,QW,SQW,VCSEL) –半导体光探测器(PD,PIN,APD） –光纤激光器（OFL:单波长、多波长） –光放大器(SOA,EDFA) –光波长转换器(XGM,XPM,FWM) –光调制器（EA） –光开关/路由器
光无源器件
定义：不需要外加能源驱动工作的光电子器件 –光纤连接器（固定、活动,FC/PC,FC/APC） –光纤定向耦合器/分支器 –光分插复用器（OADM) –光波分/密集波分复用器（WDM/DWDM) –光衰减器（固定、连续） –光滤波器（带通、带阻） –光纤隔离器与环行器（偏振有关、无关） –光偏振态控制器、光纤延迟线、光纤光栅
h =6.6261×10-34 Js
其中E2和E1分别为跃迁前、后的原子能级能量，h为普朗克常数，ν为电磁辐射的频率。
若原子从E2 → E 1 ，△ E=E2 – E 1 ， 这个差△ E将以一个量子的能量形式释放，一个量子的能量被称为光子（photon）。 一个光子的能量Ep由下面的公式定义
Ep =hν（ ）
h是普朗克常数(h=6.626 ×10-34 J • S)，而ν是光子的频率。
原子从高能级→低能级，对应于光子的辐射；原子从低能级→高能级，对应于光子的吸收。
.1 自发辐射(spontaneous radiation)
E2 N2
h
E1 N1
EphE2E1
处于高能级的原子自发的辐射一个频率为ν、能量为E的光子，跃迁到低能 级，这一过程称为自发辐射。是相位、偏振方向不同的非相干光。
.2 受激辐射 (stimulated radiation)
《发光二极管》PPT课件
智能交通
LED可用于智能交通系统，如交通信号灯、车载显示屏等。LED具有高亮度、快速响应等特点， 有助于提高交通安全性和通行效率。
04
发光二极管性能评价与测试方法
光电性能参数测试方法介绍
发光强度测试
通过光度计测量发光二极管的发光强 度，以坎德拉（cd）为单位表示。
光通量测试
色温与显色指数测试
采用色温计和显色指数计测量发光二 极管的色温及显色指数，评估其光源 质量。
微型化与集成化
未来发光二极管将更加注重微型 化和集成化，以适应可穿戴设备、
微型显示器等领域的需求。
智能化发展
结合人工智能、物联网等技术， 实现发光二极管的智能化控制和 应用。
环保与可持续发展
推动环保材料的使用和生产过程 的绿色化，促进发光二极管行业 的可持续发展。
加强产学研合作
通过加强产学研合作，推动发光 二极管技术的创新和应用。
微型化和集成化发展趋势预测
1实现更高密度的集成。
集成化趋势 通过将多个发光二极管芯片集成在一个封装内， 实现多功能、高性能的LED模块。
3
应用前景
微型化和集成化趋势将推动发光二极管在物联网、 智能传感器等领域的应用拓展，提升照明和显示 技术的智能化水平。
《发光二极管》PPT课件
目录
• 发光二极管基本概念与原理 • 发光二极管制造工艺及流程 • 发光二极管应用领域与市场现状 • 发光二极管性能评价与测试方法 • 发光二极管前沿技术与发展趋势 • 总结与展望：未来挑战与机遇并存
01
发光二极管基本概念与原理
发光二极管定义及发展历程
01
发光二极管（LED）是一种半导体 发光器件，具有体积小、寿命长、 节能环保等优点。
LED可用于智能交通系统，如交通信号灯、车载显示屏等。LED具有高亮度、快速响应等特点， 有助于提高交通安全性和通行效率。
04
发光二极管性能评价与测试方法
光电性能参数测试方法介绍
发光强度测试
通过光度计测量发光二极管的发光强 度，以坎德拉（cd）为单位表示。
光通量测试
色温与显色指数测试
采用色温计和显色指数计测量发光二 极管的色温及显色指数，评估其光源 质量。
微型化与集成化
未来发光二极管将更加注重微型 化和集成化，以适应可穿戴设备、
微型显示器等领域的需求。
智能化发展
结合人工智能、物联网等技术， 实现发光二极管的智能化控制和 应用。
环保与可持续发展
推动环保材料的使用和生产过程 的绿色化，促进发光二极管行业 的可持续发展。
加强产学研合作
通过加强产学研合作，推动发光 二极管技术的创新和应用。
微型化和集成化发展趋势预测
1实现更高密度的集成。
集成化趋势 通过将多个发光二极管芯片集成在一个封装内， 实现多功能、高性能的LED模块。
3
应用前景
微型化和集成化趋势将推动发光二极管在物联网、 智能传感器等领域的应用拓展，提升照明和显示 技术的智能化水平。
《发光二极管》PPT课件
目录
• 发光二极管基本概念与原理 • 发光二极管制造工艺及流程 • 发光二极管应用领域与市场现状 • 发光二极管性能评价与测试方法 • 发光二极管前沿技术与发展趋势 • 总结与展望：未来挑战与机遇并存
01
发光二极管基本概念与原理
发光二极管定义及发展历程
01
发光二极管（LED）是一种半导体 发光器件，具有体积小、寿命长、 节能环保等优点。
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10.2
CH3
10
CH4
9.8
CH5
9.6 CH6
9.4
1260nm
1360nm
1460nm
Байду номын сангаас
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。
光纤 套管
插针 粘结剂
图 3.27 套管结构连接器简图
一种常用的多纤连接器是用压模塑料形成的高精度套管和 矩形外壳，配合陶瓷插针构成的，这种方法可以做成2纤或4纤 连接器。另一种多纤连接器是把光纤固定在用硅晶片制成的精 密V形槽内，然后多片叠加并配合适当外壳。这种多纤连接器 配合高密度带状光缆， 适用于接入网或局域网的连接。
光器件基础知识(ppt)
光器件基础知识
Profile
通信用光器件可以分为有源器件和无源器件两种 类型。不依靠外加电源（直流或交流）的存在就能独 立表现出其外特性的器件就是无源器件。否则就称为 有源器件。
有源器件包括光源、光检测器和光放大器，这些 器件是光发射机、 光接收机和光中继器的关键器件， 和光纤一起决定着基本光纤传输系统的水平。
光无源器件主要有连接器、耦合器、波分复用 器、调制器、光开关和隔离器等，这些器件对光纤通 信系统的构成、功能的扩展和性能的提高都是不可缺 少的。
光放大器
Basic parameters
• 1、插入损耗：IL---Insertion Loss • 2、回波损耗：RL---Return Loss
• IL测量
(3) 在高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到 低能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称 为受激辐射。
ROSA
3.Passive devices
一个完整的光纤通信系统，除光纤、光源和光检测器外， 还需要许多其它光器件，特别是无源器件。这些器件对光纤 通信系统的构成、功能的扩展或性能的提高，都是不可缺少 的。 虽然对各种器件的特性有不同的要求， 但是普遍要求插 入损耗小、反射损耗大、工作温度范围宽、性能稳定、寿命 长、 体积小、价格便宜， 许多器件还要求便于集成。本节主 要介绍无源光器件的类型、原理和主要性能。
• 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℃)
TOSA
(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。
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。
…
…
T形
星形
(a)
(b)
1
2
1
2
1＋2＋N
…
4
3
连接器有单纤(芯)连接器和多纤(芯)连接器， 其特性主要 取决于结构设计、加工精度和所用材料。单纤连接器结构有 许多种类型，其中精密套管结构设计合理、效果良好，适宜 大规模生产， 因而得到很广泛的应用。
表 3.5 光纤连接器一般性能
图3.27示出精密套管结构的连接器简图，包括用于对中 的套管、带有微孔的插针和端面的形状(图中画出平面的端面)。 光纤固定在插针的微孔内，两支带光纤的插针用套管对中实 现连接。 要求光纤与微孔、插针与套管精密配合。对低插入 损耗的连接器，要求两根光纤之间的横向偏移在1 μm以内， 轴线倾角小于0.5°。普通的FC型连接器，光纤端面为平面。 对于高反射损耗的连接器， 要求光纤端面为球面或斜面，实 现物理接触(PC)型。套管和插针的材料一般可以用铜或不锈钢， 但插针材料用ZrO2陶瓷最理想。ZrO2陶瓷机械性能好、 耐磨， 热膨胀系数和光纤相近，使连接器的寿命(插拔次数)和工作温 度范围(插入损耗变化±0.1 dB)大大改善。
3.1
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。
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。
N
定向
波分
(c)
(d)
图 3.28 常用耦合器的类型
这种耦合器主要用作不同分路比的功率分配器或功率组 n×m耦合器，见图3.28(b)，其
功能是把n根光纤输入的光功率组合在一起，均匀地分配给m 根光纤， m和n不一定相等。这种耦合器通常用作多端功率分 配器。
• RL测量
• 3、方向性：DIR---Directivity • 4、过盈损耗：EL---Excess Loss
• 5、损耗一致性：IL Uniformity:ILmax-ILmin
• 6、波长依存损耗：WDL:Wavelength Dependent
Loss
IL
WDL CH1
10.4
CH2