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1、第五章第五章第五章第五章 光缆和光纤通信器件光缆和光纤通信器件光缆和光纤通信器件光缆和光纤通信器件 5.1光纤的温度特性和机械特性光纤的温度特性和机械特性5.2光缆的结构和种类光缆的结构和种类5.3无源光器件无源光器件5.4发光二极管器件简介发光二极管器件简介5.5半导体激光二极管器件半导体激光二极管器件5.6电检测器件电检测器件5.7其它新型光通信器件简介其它新型光通信器件简介 5.1光纤的温度特性和机械特性光纤的温度特性和机械特性1光纤的温度特性光纤的温度特性通通常常情情况况下下，光光纤纤的的特特性性受受温温度度影影响响不不大大，但但是是在在温温度度很很低低时时，损损耗耗随随温温度度降降低
2、低而而增增加加，尤尤其其是是在在温温度度非非常常低低时时，损损耗耗急急剧剧增增加加，所所以以高高寒寒地地区区工工作作的光缆应注意到这个特性。的光缆应注意到这个特性。l产生这种现象的原因是光纤的热膨冷缩。产生这种现象的原因是光纤的热膨冷缩。l构构成成光光纤纤的的二二氧氧化化硅硅(SiO2)的的热热膨膨胀胀系系数数很很小小，在在温温度度降降低低时时几几乎乎不不收收缩缩。而而光光纤纤在在成成缆缆过过程程中中必必须须经经涂涂覆覆和和加加上上一一些些其其他他构构件件，涂涂覆覆材材料料及及其其他他构构件件的的膨膨胀胀系系数数较较大大，当当温温度度降降低低时时，收收缩缩比比较较严严重重，所所以以当当温温度度
3、变变化化时时，材材料料的的膨膨胀胀系系数数不不同同，将将使使光光纤纤产产生生微微弯弯，尤尤其其表表现现在在低温区。低温区。l随随着着温温度度的的降降低低，光光纤纤的的附附加加损损耗耗逐逐渐渐增增加加，当温度降至当温度降至-55左右，附加损耗急剧增加。左右，附加损耗急剧增加。l因因此此，在在设设计计光光纤纤通通信信系系统统时时，必必须须考考虑虑光光缆缆的的高高、低低温温循循环环试试验验，以以检检验验光光纤纤的的损损耗耗是是否否符合指标要求。符合指标要求。l2光纤的机械特性光纤的机械特性l目目前前构构成成光光纤纤的的材材料料是是SiO2，要要被被拉拉成成125m的的细细丝丝。在在拉拉丝丝过过程程中
4、中，光光纤纤的的抗抗拉拉强强度度约约为为1020kg/mm2l如如拉拉丝丝后后立立即即在在光光纤纤表表面面进进行行涂涂覆覆，抗抗拉拉强强度度可达可达400kg/mm2。l这这里里所所说说光光纤纤的的强强度度是是指指抗抗张张强强度度，当当光光纤纤受受到的张力超过它的承受能力时，光纤就将断裂到的张力超过它的承受能力时，光纤就将断裂l对对于于光光纤纤抗抗断断强强度度，它它和和涂涂覆覆层层的的厚厚度度有有关关，当当涂涂覆覆厚厚度度为为510m时时，抗抗断断强强度度为为330kg/mm2l只有强度符合要求的光纤才能用来成缆。只有强度符合要求的光纤才能用来成缆。5.2 光缆的结构和种类光缆的结构和种类l由
5、由光光纤纤的的温温度度特特性性和和机机械械特特性性可可知知光光纤纤必必须须制制作作成成光光缆缆才才能能使使用用。光光缆缆线线路路在在长长期期使使用用中中，必须经受敷设安装和长期维护运用的考验。必须经受敷设安装和长期维护运用的考验。l因此，对光缆有如下基本要求：因此，对光缆有如下基本要求：l不能因成缆而使光纤的传输特性恶化；不能因成缆而使光纤的传输特性恶化；l在成缆过程中光纤不断裂；在成缆过程中光纤不断裂；l缆径细、重量轻；缆径细、重量轻；l 便于施工和维护便于施工和维护l1光缆的基本结构光缆的基本结构l光缆由缆芯、加强元件和外护层组成。光缆由缆芯、加强元件和外护层组成。l(1)缆芯缆芯l缆缆芯
6、芯由由光光纤纤芯芯线线组组成成，它它可可分分为为单单芯芯和和多芯两种。多芯两种。l二二次次涂涂覆覆主主要要采采用用下下列列两两种种保保护护结结构构：l紧套结构紧套结构l松套结构松套结构l两种保护结构如图两种保护结构如图5-2-1所示所示l(2)加强元件加强元件l光光纤纤材材料料比比较较脆脆，容容易易断断裂裂，为为了了使使光光缆缆便便于于承承受受敷敷设设安安装装时时所所加加的的外外力力等等，因因此此在在光光缆缆中中要要加加一一根根或或多多根根加加强强元元件件位于中心或分散在四周。位于中心或分散在四周。l加加强强元元件件的的材材料料可可用用钢钢丝丝或或非非金金属属的的纤纤维维增强塑料增强塑料(FR
7、P)等。等。l(3)护层护层l光光缆缆的的护护层层主主要要是是对对已已经经成成缆缆的的光光纤纤芯芯线线起起保保护护作作用用，避避免免由由于于外外部部机机械械力力和和环境影响造成对光纤的损坏。环境影响造成对光纤的损坏。l2光缆的种类光缆的种类l(1)层绞式光缆层绞式光缆l(2)单位式光缆单位式光缆l(3)骨架式光缆骨架式光缆l(4)带状式光缆带状式光缆l3几种新型光缆简介几种新型光缆简介l(1)常规光缆常规光缆l长长途途通通信信光光缆缆线线路路广广泛泛使使用用的的是是G652常常规规单单模模光光缆缆。这这种种光光缆缆的的光光纤纤损损耗耗在在=1.55m附附近近时时最最 小小，但但 色色 散散 较
8、较 大大 约约 为为 18ps/(nmkm)；在在=1.31m损损耗耗较较小小，约约0.35dB/km色色散散几几乎乎为为零。零。l(2)色散位移光缆色散位移光缆l色色散散位位移移光光缆缆即即是是由由色色散散位位移移光光纤纤DSF构构成成的的光光缆缆。DSF是是使使单单模模光光纤纤的的材材料料色色散散和和波波导导色色散相互补偿，在散相互补偿，在1.55m附近总色散为零。附近总色散为零。l色色散散位位移移光光缆缆可可以以实实现现光光纤纤通通信信系系统统的的大大容容量量，超长距离的传输。超长距离的传输。l(3)非零色散光缆非零色散光缆l它是由非零色散光纤它是由非零色散光纤NZDF构成的光缆。构成的
9、光缆。l在在波波分分复复用用WDM技技术术中中，DSF由由于于光光纤纤的的非非线线性性效效应应而而产产生生四四波波混混频频等等现现象象。为为了了解解决决这这个问题设计一种新型光缆。个问题设计一种新型光缆。l非非零零色色散散光光纤纤NZDF，光光纤纤工工作作波波长长在在1.541.565m范范围围内内，色色散散值值不不为为零零，但但这这个个值值较较小小约约为为1.04.0ps/(kmnm)。和和常常规规光光纤纤相相比比，在在这这个个波波长长范范围围内内，色色散散和和损损耗耗都都比比较较小小，所所以以可可以以实实现现超超长长距距离离的的传传输输，又又可可以以采采用用WDM技术。技术。l(4)色散平
10、坦光缆色散平坦光缆l利利用用WDM技技术术，为为了了挖挖掘掘光光纤纤的的潜潜力力，充充分分利利用用光光纤纤的的有有效效带带宽宽，在在1.31.6m的的波波长长范范围围内内，都都能能够够保保持持低低损损耗耗和和低低色色散散，在在相相对对比比较较宽宽的的范范围围内内得得到到平平坦坦的的低低色色散散特特性性，设设计计一一种种新新型型光光纤纤色色散散平平坦坦光光纤纤DFF。由由DFF构构成的光缆即是色散平坦光缆。成的光缆即是色散平坦光缆。lDFF也也是是通通过过改改变变光光纤纤的的折折射射率率的的方方法法实实现现在在1.31.6m波长范围内的平坦的低色散。波长范围内的平坦的低色散。5.3无源光器件无源
11、光器件l在光纤通信系统中需要众多的无源光器在光纤通信系统中需要众多的无源光器件，在光路中起着光纤连接、光功率分件，在光路中起着光纤连接、光功率分配、光信息的衰减、隔离和调制、光波配、光信息的衰减、隔离和调制、光波分复用、光信道切换等作用。这些无源分复用、光信道切换等作用。这些无源光器件包括连接器、分路器与耦合器、光器件包括连接器、分路器与耦合器、衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、光开关和调制器等。光开关和调制器等。l1光纤的连接与光纤连接器光纤的连接与光纤连接器l光光纤纤与与光光纤纤的的连连接接有有两两种种：一一种种是是永永久久性连接，另一种是活动连接。性
12、连接，另一种是活动连接。l光光纤纤与与光光纤纤的的永永久久性性连连接接通通常常采采用用高高频频电弧放电熔接的方法。电弧放电熔接的方法。l活动连接是通过光纤连接器来实现活动连接是通过光纤连接器来实现l光光纤纤连连接接器器的的作作用用不不仅仅实实现现光光纤纤与与光光纤纤之之间间的的活活动动连连接接，还还可可以以实实现现系系统统中中设设备备之之间间、设设备备与与仪仪表表之之间间、设设备备与与光光纤纤之间的活动连接。之间的活动连接。l光光纤纤连连接接器器的的结结构构种种类类很很多多，但但大大多多用用精密套筒来准直纤芯，以降低损耗。精密套筒来准直纤芯，以降低损耗。l光光纤纤连连接接器器又又分分多多模模连
13、连接接器器和和单单模模连连接接器。器。l接接口口类类型型有有FC型型、及及SC型型、ST等等几几种种类类型。根据不同要求使用。型。根据不同要求使用。l2光纤分路器及耦合器光纤分路器及耦合器l在在光光纤纤通通信信系系统统或或光光纤纤测测试试中中，经经常常要要遇遇到到需需要要从从光光纤纤的的主主传传输输信信道道中中取取出出一一部部分分光光，作作为为监监测测、控控制制等等使使用用，这这就就用用到到光光纤纤分分路路器器；也也需需要要把把两两个个不不同同方方向向来来的的光光信信号号合合起起来来送送入一根光纤中传输，这就用光纤耦合器来完成。入一根光纤中传输，这就用光纤耦合器来完成。l分分路路器器及及耦耦合
14、合器器按按其其结结构构不不同同可可分分为为棱棱镜镜式和光纤式两类。式和光纤式两类。l 光光纤纤分分路路器器及及耦耦合合器器种种类类很很多多，有有：Y型型分分路路器器、X型型22定定向向耦耦合合器器、1N及及NN星星型型耦合器等等。耦合器等等。l3光衰减器光衰减器l当当输输入入光光功功率率超超过过某某一一范范围围时时，为为了了使使光光接接收收机机不不产产生生失失真真，或或为为了了满满足足光光线线路路中中某某种种测测试试的的需需要要，就就必必须须对对输输入入光光信号进行一定程度的衰减。信号进行一定程度的衰减。l目目前前常常用用的的光光衰衰减减器器主主要要采采用用金金属属蒸蒸发发膜膜来来吸吸收收光光
15、能能进进行行光光衰衰减减，衰衰减减量量的的大大小与膜的厚度成正比。小与膜的厚度成正比。l光光衰衰减减器器可可分分为为固固定定衰衰减减器器和和可可变变衰衰减减器两种。器两种。l4光隔离器光隔离器l某某些些光光器器件件，像像LD及及光光放放大大器器等等对对来来自自连连接接器器、熔熔接接点点、滤滤波波器器等等的的反反射射光光非非常常敏敏感感，并并导导致致性性能能恶恶化化。因因此此需需要要用用光隔离器来阻止反射光。光隔离器来阻止反射光。l光光隔隔离离器器是是一一种种只只允允许许单单向向光光通通过过的的无无源源光光器器件件，其其工工作作基基于于法法拉拉第第旋旋转转的的非非互易性。互易性。l5光开关光开关
16、l光光开开关关在在光光纤纤通通信信技技术术中中作作光光路路切切换换之之用用，如如系统的主备切换等。系统的主备切换等。l光开关主要有两大类，即光开关主要有两大类，即机械式机械式及及波导式波导式。l机械式开关如图机械式开关如图5-3-6所示所示l6光滤波器光滤波器l光光滤滤波波器器在在光光纤纤通通信信系系统统中中的的应应用用正正在在不不断断扩扩大大，如如波波分分复复用用系系统统中中的的波波长长选选择、光放大器中的噪声滤波等。择、光放大器中的噪声滤波等。l光光滤滤波波器器的的种种类类很很多多，如如干干涉涉滤滤光光片片型型、FP型型、马马赫赫曾曾特特型型、声声光光型型、电电光光型型、光栅型及有源型等。
17、光栅型及有源型等。l目前用得较多的是干涉滤光片型及目前用得较多的是干涉滤光片型及FP型。型。l7波分复用器波分复用器l波波分分复复用用器器把把不不同同波波长长的的光光信信号号复复合合注注入入到到一一根根光光纤纤中中；或或者者把把复复合合的的多多波波长长信信号号解解复复用用，把把不不同同波波长长的的信信号号分分离离出出来。来。l波波分分复复用用器器的的种种类类：有有棱棱镜镜色色散散型型、衍衍射光栅型及干涉滤光型等，射光栅型及干涉滤光型等，l波波分分复复用用器器的的结结构构：由由光光纤纤、分分光光元元件件和准直聚焦系统组成和准直聚焦系统组成5.4发光二极管器件简介发光二极管器件简介l1发光二极管发
18、光二极管(LED)l发发光光二二级级管管(LED)于于1962年年发发明明，1968年年用用于于光光检检测测，后后用用于于通通信信。它它的的发发光光机机理理是是电电致致发发光光，当当LED的的PN结结加加上上正正向向偏偏压压时时，在在电电场场的的作作用用下下，PN结结有有源源区区注注入入的的少少数数载载流流子子与与多多数数载流子复合而发光，发光过程是自发辐射。载流子复合而发光，发光过程是自发辐射。lLED类类型型有有：边边发发光光二二极极管管(ELED)、面面发发光光二二极管极管(SLED)和超辐射发光二级管和超辐射发光二级管(SLDl2边发光二极管边发光二极管(ELED)l边边发发光光二二极
19、极管管即即PN结结平平面面与与发发光光面面垂垂直直。为为了了使使器器件件有有好好的的光光和和载载流流子子限限制制，大大多多采采用用双双异异质质结结(DH)结结构构。l边边发发光光二二极极管管一一般般采采用用与与LD相相同同条条形形结结构构，一一个个端端面面镀镀全全反反射射膜膜，另另一一端端镀镀增增透透(减减反反膜膜)取取消消谐谐振振腔腔激激光光振振荡。荡。l边发光二极管特点是：边发光二极管特点是：l减减小小光光束束发发散散小小，垂垂直直于于结结平平面面方方向向发发散散角角30左左右右。比比面面发发光光二二极极管管光光束束窄窄，从从侧侧面面向向光光纤纤芯芯发发射射，易易于于和和光光纤纤耦耦合合。
20、l相相同同注注入入电电流流下下，有有较较小小的的载载流流子子寿寿命命，故故调调制制带带比比面面发发光光二二极极管管高高(可可达达200MHz)。l3面发光二极管面发光二极管(SLED)l面面发发光光二二极极管管(SLED)即即PN管管面面与与发发光光面面平平行行，SLED有有如如下下特特点点：驱驱动动电电流流较较大大，发发光光强强度度高高，温温度度特特性性较好；但带宽较宽，单色性差。较好；但带宽较宽，单色性差。l面发光二极管面发光二极管(SLED)的的结构如图结构如图5-4-2所示所示l4高速发光二极管高速发光二极管l对对光光纤纤传传输输系系统统来来说说，要要求求LED有有高高的的输出光功率和
21、宽的调制带宽。输出光功率和宽的调制带宽。l要要想想获获得得大大于于300MHz的的带带宽宽，必必须须增增加加二二极极管管有有源源区区中中的的复复合合(辐辐射射和和非非辐辐射射)速速率率，减减少少少少子子寿寿命命是是提提高高LED带带宽宽的的有效途径。有效途径。l可可以以从从高高速速LED设设计计制制作作和和高高速速LED驱驱动电路两个方面来考虑。动电路两个方面来考虑。l高速高速LED设计制作准则设计制作准则l(1)高的注入电流和小的有源区面积高的注入电流和小的有源区面积l(2)有源区的重掺杂有源区的重掺杂l(3)利用双分子复合效应利用双分子复合效应l高速高速LED驱动电路驱动电路lLED驱驱动
22、动电电路路的的最最佳佳设设计计对对改改善善短短距距高高速速光光纤纤通信的消光比和调制速度至关重要。通信的消光比和调制速度至关重要。l一一个个完完整整的的高高速速LED驱驱动动电电路路，除除基基本本的的驱驱动动电电路路功功能能外外，还还要要加加上上输输入入逻逻辑辑电电平平、保保持持电电路和其它电路。路和其它电路。l5超辐射发光二极管超辐射发光二极管l超超辐辐射射发发光光二二极极管管(SLD)是是一一种种介介于于激激光光二二极极管管(LD)和和发发光光二二极极管管(LED)之之间间的的半半导导体体光光源源，它它的的出出现现和和发发展展完完全全受受到到光光纤陀螺的驱动，并成为一种重要的光源。纤陀螺的
23、驱动，并成为一种重要的光源。l 短短波波SLD易易于于得得到到较较大大的的功功率率输输出出，而而长长波波SLD除除具具有有更更高高的的可可靠靠性性和和更更长长的的寿寿命命外外，还还具具有有谱谱线线宽宽和和抗抗核核辐辐射射性性能能好好的优点。的优点。l6LED组件组件lLED组组件件由由LED芯芯片片、LED驱驱动动电电路路组组成。成。l对对于于高高级级LED组组件件，为为了了保保证证LED稳稳定定可靠工作，还配置温控系统。可靠工作，还配置温控系统。5.5半导体激光二极管器件半导体激光二极管器件l1半导体激光器概述半导体激光器概述l半半导导体体激激光光器器LD的的原原理理是是：在在有有源源区区中
24、中高高掺掺杂杂的的PN结结在在上上由由于于外外加加电电压压不不断断注注入入电电子子，在在PN结结上上形形成成粒粒子子数反转分布，在有源区中产生受激辐射而发出激光。数反转分布，在有源区中产生受激辐射而发出激光。l激光产生需要满足三个条件：激光产生需要满足三个条件：l可可实实现现粒粒子子数数反反转转分分布布增增益益介介质质，如如InGaAsP等等三三能能级或四能级结构；级或四能级结构；l泵浦源泵浦源(pump)给激光物质提供能量给激光物质提供能量l光光学学谐谐振振腔腔，通通过过增增益益介介质质(有有源源区区)两两端端的的反反射射镜镜实实现正反馈。现正反馈。l2法布里珀罗型半导体激光二极管法布里珀罗
25、型半导体激光二极管l法法布布里里珀珀罗罗(FP)型型激激光光二二极极管管(LD)是是最最常常见见和和最最普普通通的的LD，这这种种LD由由外外延延生生长长的的有有源源层层和和有有源源层层两两边边的的限限制制层层构构成成，谐谐振振腔腔由由晶晶体体的两个解理面构成。的两个解理面构成。l光光纤纤通通信信的的FP型型LD通通常常为为双双异异质质结结(DH)LD，有源层可以是有源层可以是N型，也可以是型，也可以是P型。型。lFPLD在在高高速速调调制制下下，或或者者在在温温度度和和注注入入电电流流变变化化时时，不不再再维维持持原原来来的的激激射射模模式式，而而出出现现模模式式跳跳跃跃和和谱谱线线展展宽宽
26、，这这对对于于高高速速调调制制不不利利。为为了了维维持持单单模模，减减小小光光谱谱展展宽宽，所所以以必必须须研研究究动态单模激光器。动态单模激光器。l3分分布布反反馈馈激激光光二二极极管管和和分分布布Bragg反反射射器器激激光光二极管二极管l(1)分布反馈激光二极管分布反馈激光二极管l分分布布反反馈馈激激光光二二极极管管(DFBLD)和和FP型型激激光光二二级级管管(FPLD)的的主主要要区区别别在在于于它它没没有有集集总总反反射射的的谐谐振振腔腔反反射射镜镜，它它的的反反射射机机构构是是由由有有源源区区波波导导上上的的Bragg光光栅栅提提供供的的，这这种种反反射射机机构构是是一一种种分分
27、布布式式的的反馈机构，因而得名分布反馈激光二极管。反馈机构，因而得名分布反馈激光二极管。l它它的的性性能能远远远远超超过过普普通通FPLD，特特别别是是Bragg光光栅栅的的选选频频功功能能使使得得它它具具有有非非常常好好的的单单色色性性和和方方向向性性。此此外外，正正因因为为它它没没有有使使用用晶晶体体解解理理面面作作为为反反射射镜镜，使使得得它它更更容容易易集集成成化化，在在光光电电子子集集成成电电路路(OEIC)中有着十分诱人的优点中有着十分诱人的优点lDFBLD的的谱谱线线宽宽度度非非常常的的窄窄。目目前前已已成成为为中中长长距距离离光光纤纤通通信信应应用用的的主主要要激激光光器器，特
28、特别别在在1.3m和和1.55m光光纤纤通通信信系系统统中中。在在光光纤纤有有线线电电视视(CATV)传传输输系系统统中中，DFBLD已成为不可替代的光源。已成为不可替代的光源。l(2)分布分布Bragg反射器反射器(DBR)激光二级管激光二级管l分分布布Bragg反反射射器器激激光光二二极极管管(DBRLD)是是为为了了克克服服分分布布反反馈馈激激光光二二极极管管(DFBLD)的的一一些些缺缺点点而而设设计计的的，它它的的结结构构是是把把周周期期性性沟沟槽槽放放在在有有源源波导两外侧的无源波导上。波导两外侧的无源波导上。l在在未未来来的的通通信信和和CATV共共纤纤传传输输的的波波分分复复用
29、用(WDM)系系统统中中，DBRLD倍倍受受青青睐睐，因因为为DBRLD具有出色的宽带波长可调特性。具有出色的宽带波长可调特性。l它是它是LD光源的发展方向之一。光源的发展方向之一。l4量子阱激光二极管量子阱激光二极管l(1)量子阱激光二级管的能带量子阱激光二级管的能带l(2)量子阱激光二极管的优点量子阱激光二极管的优点l阈阈值值电电流流很很低低可可达达0.1mA以以下下；可可在在较较高高的的温温度下工作；具有窄的谱线宽度和高的调制速度度下工作；具有窄的谱线宽度和高的调制速度l5激光器组件激光器组件l激激光光器器组组件件是是指指在在一一个个紧紧密密结结构构中中(如如管管壳壳内内)，除除激激光光
30、二二极极管管(LD)芯芯片片外外，还还配配置置其其他他元元件件和和实实现现LD工工作作必必要要的的少少量量电电路路块块的的集集成成器器件，其他元件和电路应包括：件，其他元件和电路应包括：l(1)光隔离器光隔离器l(2)监视光电二极管监视光电二极管l(3)尾纤和连接器。尾纤和连接器。l(4)LD的驱动电路的驱动电路l(5)热敏电阻热敏电阻l(6)热电致冷器热电致冷器(TEC)l(7)自动温控电路自动温控电路(ATC)l(8)自动功率控制电路自动功率控制电路(APC)5.6电检测器件电检测器件l1光电检测器类型光电检测器类型l光光检检测测器器是是光光信信号号的的接接收收器器件件，是是将将光光信号转
31、变为电信号的一种有源器件。信号转变为电信号的一种有源器件。l光光量量子子检检测测器器可可分分为为外外光光电电效效应应检检测测器器和内光电效应检测器。和内光电效应检测器。l 外外光光电电效效应应检检测测器器大大能能量量光光子子照照射射时时，能能使使物物体体内内部部电电子子逸逸出出表表面面，该该效效应应称称为为外外光光电电效效应应。有有光光电电子子管管、光光电电倍倍增增管管、红红外外变变像像管管(红外夜视仪红外夜视仪)等。等。l内内光光电电效效应应当当投投射射到到物物体体光光子子能能量量不不那那么么大大，但但是是却却大大于于该该物物体体材材料料所所需需的的某某一一数数值值时时，会会由由于于这这个个
32、能能量量的的被被吸吸收收而而在在物物体体内内部部产产和和电电子子空空穴穴时时，光光照照后后产产生生的的电电子子空空穴穴对叫光生载流子。对叫光生载流子。l 内内光光电电效效应应器器件件从从结结构构上上分分类类：(1)光光电电导导型型(2)光光生生伏伏打打型型(3)光光磁磁电电型型(在在光光通通信信中中较较少少使使用用)(4)PIN光光电电二二极极管管(5)雪雪崩崩型型光光电电二二极管。极管。l光光纤纤通通信信的的检检测测器器，应应具具备备如如下下条条件件和和要求才能完成光电转换：要求才能完成光电转换：l(1)高的光电转换效率高的光电转换效率l(2)足足够够高高的的响响应应速速度度，或或有有大大的
33、的带带宽宽(热控测器则不能热控测器则不能)。l(3)高高的的接接收收灵灵敏敏度度，即即能能控控测测极极微微弱弱的的光光信信号号，对对此此，检检测测器器应应有有很很低低的的噪噪声声，(与光电转换效率相区别与光电转换效率相区别)。l(4)低的功耗和长的寿命。低的功耗和长的寿命。l2PIN光电二极管光电二极管lPIN光电二极管光纤通信应用广泛的器件。光电二极管光纤通信应用广泛的器件。l目前国产目前国产PIN光电二极管有：光电二极管有：l(1)Si-PIN管管(用用于于0.80.9m光光纤纤通通信信系系统统)l(2)Ge-PIN管管(用于用于1.31m光通信系统光通信系统)，l(3)InGaAsP-P
34、IN管管(用用于于1.31m和和1.55m系系统统)lPIN管管常常与与FET构构成成组组件件使使用用(Field EffectTransistor)广泛用于通信工程上。广泛用于通信工程上。lPIN-FET组组件件既既具具有有光光检检测测(光光电电转转换换)功功能能又又具具有有信信号号放放大大功功能能(低低噪噪声声、高高增增益益，功功态态范范围大围大)。l3雪崩光电二极管雪崩光电二极管(APD)l它是带内增益的半导体管。它是带内增益的半导体管。l采采用用APD优优点点是是：当当一一个个接接收收系系统统的的噪噪声声主主要要来来自自于于前前置置放放大大器器和和负负载载电电阻阻的的势势噪噪声声时时，
35、雪雪崩崩光光电电二二极极管管内内部部增增益益提提供供了了一一种种增增益益信信号号，但但在在一一定定增增益益范范围围内内不不增增加加总总噪噪声声功功率率的的方方法法。从从而而提提高高了系统的信噪比。了系统的信噪比。l雪雪崩崩光光电电二二极极管管结结构构种种类类：(1)保保护护环环结结构；构；(2)台型结构；台型结构；(3)拉通型结构拉通型结构。l用于光纤通信的雪崩光电二极管：用于光纤通信的雪崩光电二极管：l(1)硅雪崩光由二极管硅雪崩光由二极管(Si-APD)l响响应应光光谱谱范范围围：0.61.1m(第第一一通通光光窗窗口口)(0.85m)l量子效率因结构不同而异：量子效率因结构不同而异：l(
36、2)锗锗雪雪崩崩光光电电二二极极管管(Ge-APD)(第第二二窗窗口口1.31m)l响应光谱响应光谱0.81.65m；l4肖特基光电二极管肖特基光电二极管l肖肖特特基基光光电电二二极极管管是是利利用用肖肖特特基基势势垒垒收收集集光光生生载载流流子子的的光光电电探探测测器器。所所谓谓肖肖特特基基势势垒垒就就是是指指金金属属和和半半导导体体相相互互接接触触而在其界面处产生的势垒。而在其界面处产生的势垒。l5集成光学光电探测器集成光学光电探测器l为为适适应应光光电电子子集集成成电电路路(OEIC)的的要要求求，人人们们正正在在探探索索适适应应于于单单片片集集成成的的各各种种光光波波导导探探测测器器。
37、从从集集成成方方法法来来看看，有有如如下下类型的探测器：类型的探测器：l光波导光波导Si探测器探测器l外延长外延长InGaAs探测器探测器l电吸收光波导探测器电吸收光波导探测器l离子注入探测器离子注入探测器l1光发射接收模块光发射接收模块l光光发发射射接接收收模模块块是是在在光光发发射射接接收收组组件件基基础上出现的具有实用化的多功能组件。础上出现的具有实用化的多功能组件。l在在一一个个相相对对紧紧密密的的结结构构中中包包含含了了多多少少元元器器件件或或电电路路块块，即即相相对对紧紧密密结结构构的的集集成成单单元元数数量量，小小的的集集成成单单元元数数称称之之为为组组件件，大的集成单元数称之为
38、模块。大的集成单元数称之为模块。5.75.7其它新型光通信器件简介其它新型光通信器件简介其它新型光通信器件简介其它新型光通信器件简介 l以以光光发发射射为为例例，把把在在一一个个相相对对紧紧密密结结构构中中包包含含了了激激光光二二极极管管、监监视视光光电电二二极极管管、光光隔隔离离器器、热热电电致致冷冷器器、温温度度传传感感器器、控控制制电电路路、尾尾纤纤或或连连接接器器等等且且具具有有光光发发射射功功能能的的部部件件称称之之为为激激光光器器组组件件；而而激激光光器器模模块块是是指指在在激激光光器器组组件件内内还还包包含含一一定定量量的的电电路路部部分分(如如驱驱动动电电路路、AGC电电平平检
39、检测测电电路路、VCA电电路路、电电路路状状态态监监视视电电路路等等)的激光器组件。的激光器组件。l器件的模块化已成为发展的必然趋势。器件的模块化已成为发展的必然趋势。l根根据据用用途途不不同同，模模块块的的种种类类也也越越来来越越多多，但但最最基基础础的的模模块块是是光光发发射射模模块块、光光接接收收模模块块、光光收收发发一一体体模模块块、单单纤纤双双向向收收发发模模块块或或突突发发式式模模块块等。等。l2光调制器光调制器l在在直直接接调调制制半半导导体体激激光光二二极极管管的的过过程程中中，由由于于啁啁啾啾特特性性存存在在，不不仅仅使使单单个个纵纵模模的的线线宽宽展展宽宽，而而且且在在单单
40、模模光光纤纤中中传传播播时时，在在色色散散作作用用下下将将使使非线性失真增大。非线性失真增大。l这这两两种种不不利利的的结结果果，将将对对光光纤纤链链路路产产生生极极其其不不利的影响。解决的办法是使用外调制器。利的影响。解决的办法是使用外调制器。l光光调调制制器器广广泛泛应应用用于于外外调调制制的的光光发发射射机机和和数数据据链链路路中中，通通过过光光调调制制器器不不仅仅可可以以改改变变光光波波的的强强度，而且还可调制光波的相位和偏振态度，而且还可调制光波的相位和偏振态l光调制器的主要种类有：光调制器的主要种类有：lLiNbO3光调制器光调制器l半导体光调制器半导体光调制器l聚合物波导光调制器
41、等等聚合物波导光调制器等等l3光纤激光器和光放大器光纤激光器和光放大器l在在目目前前Si基基光光纤纤和和未未来来的的中中红红外外光光纤纤系系统统中中，光光纤纤激激光光器器和和放放大大器器是是潜潜力力巨巨大大的的光有源器件。光有源器件。l光光纤纤激激光光器器按按其其激激射射机机理理可可分分为为稀稀土土掺掺杂杂光光纤纤激激光光器器、光光纤纤非非线线性性效效应应激激光光器器、单单晶晶光光纤纤激激光光器器、塑塑料料光光纤纤激激光光器器和和光光纤纤孤孤子子激激光光器器，其其中中以以稀稀土土掺掺杂杂光光纤纤激激光光器器的的开开发发最最为为成成熟熟，并并已已应应用用于于光光纤纤通信系统。通信系统。l目目前前
42、稀稀土土掺掺杂杂光光纤纤放放大大器器按按其其掺掺杂杂元元素素和和工工作作机机理理可可分分为为铒铒掺掺杂杂光光纤纤放放大大器器(EDFA)、镨镨掺掺杂杂光光纤纤放放大大器器(PDFA)、铥铥掺掺杂杂光光纤纤放放大大器器(TDFA)和和利利用用光光纤纤非非线线性性效效应应的的拉拉曼曼光光纤纤放放大大器器(RFA)，其其中中工工作作于于1.55m波波段段的的EDFA已已大大量量应应用用于于光光纤纤通通信信系系统统；以以TDFA和和EDFA以以及及RFA和和EDFA混混合合的的系系统统已已实实现现超超带带宽宽合合波波传传输。输。l4光开关光开关l光光开开关关与与光光开开关关阵阵列列是是光光纤纤通通信信
43、系系统统重重要要的的光光器器件件，随随着着光光纤纤通通信信技技术术的的发发展展，特特别别是是数数据据通通信信和和密密集集波波分分复复用用(DWDM)系系统统的的应应用用，复复杂杂的的网网络络拓拓扑扑对对可可靠靠、灵灵活活的的网网管管产产生生了了强强烈烈的的需需求求。DWDM在在城城域域网网和和接接入入网网应应用用对对具具有有插插/分分和和交交换换功功能能的的光光开开关关的的需需要要更更加加迫迫切切。随随着着网网络络转转向向全全光光平平台台，光光域域优优化化、路路由由、保保护护和和自自愈愈的的网网络络功功能能已已成成为为关关键键，这这一一切切都都离离不不开开光开关。光开关。l光开关的主要任务是切
44、换光路，光开关的主要任务是切换光路，l光光开开关关归归为为四四个个大大类类，即即机机械械式式光光开开关关、液液晶晶光开关、电光式光开关光开关、电光式光开关l5波分复用器件波分复用器件l波波分分复复用用(WDM)就就是是按按照照一一定定波波长长间间隔隔，把把若若干干路路经经过过调调制制的的光光信信号号通通过过波波分分复复用用器器合合并并在在一一起起，通通过过一一根根光光纤纤来来传传输输。习习惯惯上上把把波波长长间间隔小于隔小于0.8nm称为密波分复用称为密波分复用(DWDM)。lDWDM除了上面介绍的光器件外，还需要除了上面介绍的光器件外，还需要:l(1)波分复用器，又称合波器。波分复用器，又称
45、合波器。l(2)光光分分播播复复用用器器(OADM)，用用于于节节点点处处，起起上上下信道作用。下信道作用。l(3)解复用器，将前面的复用信号分开。解复用器，将前面的复用信号分开。l(4)光光交交叉叉连连接接器器，它它是是实实现现全全光光通通信信的的关关键键等等。等等。l6光纤用户接入器件光纤用户接入器件l近近几几年年来来，光光纤纤接接入入网网发发展展十十分分迅迅速速，光光纤纤用用户户器器件件由由于于和和需需要要方方面面的的原原因因，发发展展更更加加迅迅猛猛。光纤用户接入网的主要器件有：光纤用户接入网的主要器件有：l(1)带光斑尺寸转换器的激光器带光斑尺寸转换器的激光器(SSC-LD)；l(2)窄线宽窄线宽DFBLD；l(3)波导光电二极管波导光电二极管(WGPD)；l(4)石英材料平面光路技术石英材料平面光路技术(PLC)；l(5)光分支器等等。光分支器等等。l除此之外，光纤接入系统组件发展也十分迅速。除此之外，光纤接入系统组件发展也十分迅速。