光纖通信技術(shù)-第03章

第三章光纖通信器件3.1半導(dǎo)體光源3.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.3光放大器3.4無(wú)源光器件3.5光纖連接器3.1半導(dǎo)體光源

光源是光發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵部件，其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)并饋送到光纖中。3.1.1激光器的物理基礎(chǔ)1.光子愛(ài)因斯坦的光量子學(xué)說(shuō)認(rèn)為，光是由能量為hf的光量子（簡(jiǎn)稱光子）組成的。其中普朗克常數(shù)h=6.62610-34J.S，f是光波頻率。光子的能量與光波的頻率成正比。光波的能量是光子能量的總和。光不僅有波動(dòng)性，而且具有粒子性。3.1半導(dǎo)體光源3.1.1激光器的物理基礎(chǔ)2.原子能級(jí)原子是由原子核和圍繞原子核、在各個(gè)軌道上運(yùn)動(dòng)的電子構(gòu)成。圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子能量不能任意取值，只能取特定的離散值，這種現(xiàn)象稱為電子能量的量子化。把圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的各軌道上的電子的能量值稱為原子的能級(jí)。3.1.1激光器的物理基礎(chǔ)3.半導(dǎo)體的能帶半導(dǎo)體內(nèi)部自由運(yùn)動(dòng)的自由電子所填充的能帶稱為導(dǎo)帶；價(jià)電子所填充的能帶稱為價(jià)帶；導(dǎo)帶和價(jià)帶之間不允許電子填充，所以稱為禁帶。其寬度稱為禁帶寬度，用Eg表示，單位為電子伏特(eV)。3.1半導(dǎo)體光源3.1.1激光器的物理基礎(chǔ)4.光和物質(zhì)的相互作用（1）自發(fā)輻射處于高能級(jí)的電子狀態(tài)是不穩(wěn)定的，它將自發(fā)地從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，并釋放出一個(gè)光子。3.1半導(dǎo)體光源E2E1E1E2hf=E2-E1Z3.1.1激光器的物理基礎(chǔ)4.光與物質(zhì)的相互作用（1）自發(fā)輻射由于不需要外部激勵(lì)，所以該過(guò)程稱為自發(fā)輻射。根據(jù)能量守恒定律，自發(fā)輻射光子的能量為：

hf=E2-E1式中：h=6.626×10-34J·S為普朗克常數(shù)；f為光子的頻率；E2為高能級(jí)能量；E1為低能級(jí)能量。3.1半導(dǎo)體光源3.1.1激光器的物理基礎(chǔ)4.光與物質(zhì)的相互作用（2）受激輻射在外來(lái)光子的激勵(lì)下，電子可從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，釋放出一個(gè)與外來(lái)光子同頻、同相、同方向的(全同)光子。因需要外部激勵(lì)，故該過(guò)程稱為受激輻射。兩個(gè)光子疊加使光強(qiáng)度增加，因而引起光的放大。3.1半導(dǎo)體光源E2E1E1E2hf=E2-E1ZZ3.1.1激光器的物理基礎(chǔ)4.光與物質(zhì)的相互作用（3）受激吸收在外來(lái)光子激勵(lì)下，電子也可以吸收外來(lái)光子能量，從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，變成自由電子。外來(lái)光子的能量必須等于能級(jí)差E2-E1受激吸收消耗外來(lái)光能量。3.1半導(dǎo)體光源E1E2E2E1hf=E2-E1Z3.1.1激光器的物理基礎(chǔ)5.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)在熱平衡狀態(tài)下，高能級(jí)上的電子數(shù)要少于低能級(jí)上電子數(shù)。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是指高能級(jí)上的電子數(shù)多，低能級(jí)上的電子數(shù)少的異常分布狀態(tài)。在粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)下，其內(nèi)部的自發(fā)輻射和/或受激輻射概率大于受激吸收概率，進(jìn)而產(chǎn)生光放大作用。造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)是激光器工作的基本條件。實(shí)現(xiàn)能級(jí)之間粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的方法：外加能量，包括光激勵(lì)、電激勵(lì)。3.1半導(dǎo)體光源3.1.2激光器的工作原理1.激光器由三個(gè)基本部分構(gòu)成：工作物質(zhì)、激勵(lì)源及諧振腔。工作物質(zhì)：產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)，也就是可以處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的物質(zhì)。激勵(lì)源：一種讓工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的光能量源，又稱泵浦源，使工作物質(zhì)呈激活態(tài)。諧振腔：完成頻率選擇及產(chǎn)生反饋，以加大激勵(lì)能量。3.1半導(dǎo)體光源3.1.2激光器的工作原理

3.1半導(dǎo)體光源

平面或球面鏡M1全反射（反射系數(shù)r1=1），M2部分反射（反射系數(shù)r2<1）。激光從M2透射出去。M1M2平面腔工作物質(zhì)激活物質(zhì)lM1M2球面腔工作物質(zhì)激活物質(zhì)lr1=1r1=1r2<1r2<13.1半導(dǎo)體光源3.1.2激光器的工作原理2.衡量激光器性能的參數(shù)包括：平均衰減系數(shù)、增益系數(shù)、閾值、諧振頻率。平均衰減系數(shù)：其中αi是諧振腔反射鏡的透射損耗引起的衰減系數(shù)。3.1.2激光器的工作原理2.衡量激光器性能參數(shù)包括：平均衰減系數(shù)、增益系數(shù)、閾值、諧振頻率。增益系數(shù)：光通過(guò)單位長(zhǎng)度的工作物質(zhì)后，光強(qiáng)增長(zhǎng)的百分比，用G表示。3.1半導(dǎo)體光源3.1半導(dǎo)體光源3.1.2激光器的工作原理2.衡量激光器性能的參數(shù)包括：平均衰減系數(shù)、增益系數(shù)、閾值、諧振頻率。閾值條件：能正好抵消激光器衰減所需要的增益系數(shù)稱為閾值，是諧振腔產(chǎn)生諧振的基本條件，用Gt表示，也稱為閾值增益系數(shù)。Gt=當(dāng)增益系數(shù)滿足上述條件時(shí)，激光器起振，輸出激光。3.1半導(dǎo)體光源3.1.2激光器的工作原理2.衡量激光器性能的參數(shù)包括：平均衰減系數(shù)、增益系數(shù)、閾值、諧振頻率。諧振頻率：諧振腔一旦確定，便存在固有的諧振頻率f0g，當(dāng)外部激勵(lì)源的光頻率等于該頻率時(shí)，將產(chǎn)生諧振。式中n為工作物質(zhì)的折射率；q=1,2,3,…；l為諧振腔長(zhǎng)度，c為光速。若某一個(gè)q值對(duì)應(yīng)頻率的功率很大、其它功率很小，則稱為單縱模激光，否則為多縱模激光3.1.3半導(dǎo)體激光器（激光二極管）1.半導(dǎo)體激光器簡(jiǎn)介以半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器稱為半導(dǎo)體激光器。在電流的作用下，可以認(rèn)為是在半導(dǎo)體“結(jié)”（兩種晶體材料的交界）處或兩個(gè)結(jié)之間的過(guò)渡帶（厚度100nm~400nm）發(fā)生諧振，從而發(fā)出激光。普通半導(dǎo)體激光器通常由3~5層晶體材料構(gòu)成。3.1半導(dǎo)體光源3.1.3半導(dǎo)體激光器（激光二極管）2.半導(dǎo)體激光器的特性(1)閾值特性當(dāng)外加電流低于閾值電流It時(shí)，激光器發(fā)出熒光，不諧振。當(dāng)外加電流超過(guò)閾值電流It時(shí)，激光器諧振并發(fā)出激光，輸出功率隨工作電流的增大而急劇增大。閾值電流It越小，激光器工作越穩(wěn)定。3.1半導(dǎo)體光源輸出功率(mW)工作電流(mA)123050100It3.1.3半導(dǎo)體激光器（激光二極管）2.半導(dǎo)體激光器的特性(2)光譜特性當(dāng)外加電流低于閾值電流It時(shí)，激光器發(fā)出的光譜很寬；當(dāng)外加電流超過(guò)閾值電流It時(shí)，激光器發(fā)出的激光譜線變窄，譜線中心強(qiáng)度急劇增加。3.1半導(dǎo)體光源64208I>It波長(zhǎng)相對(duì)光強(qiáng)3210I<It波長(zhǎng)3.1半導(dǎo)體光源3.1.3半導(dǎo)體激光器（激光二極管）2.半導(dǎo)體激光器的特性(2)光譜特性產(chǎn)生的激光有多縱模和單縱模（由q=1,2,3,…）。用半功率點(diǎn)的譜線寬度

作為衡量激光器光譜特性的參數(shù)。3.1半導(dǎo)體光源3.1.3半導(dǎo)體激光器（激光二極管）2.半導(dǎo)體激光器的特性(3)溫度特性激光器閾值電流和輸出光功率隨溫度變化的特性。隨著溫度的增高，閾值電流隨之增大、輸出功率隨電流的增大而增加的幅度變小。80℃70℃60℃50℃40℃30℃22℃I(mA)P(mW)5010012340ΔI60℃時(shí)40℃時(shí)3.1半導(dǎo)體光源3.1.3半導(dǎo)體激光器（激光二極管）2.半導(dǎo)體激光器的特性(3)溫度特性可見(jiàn)，溫度對(duì)LD的閾值電流、輸出光功率影響較大。為了降低溫度對(duì)LD的影響，可以采用兩種方法：選擇溫度特性優(yōu)異的新型LD外加自動(dòng)溫度控制電路，使溫度特性滿足系統(tǒng)要求3.1.3半導(dǎo)體激光器（激光二極管）2.半導(dǎo)體激光器的特性(4)轉(zhuǎn)換效率輸出光功率和消耗電功率的比值稱為激光器的轉(zhuǎn)換效率，用

p表示：式中R是與激光器的內(nèi)部量子效率、激光波長(zhǎng)和模式損耗相關(guān)的常數(shù)；V是工作電壓；I是工作電流。若其它條件不變，則閾值電流越小，轉(zhuǎn)換效率越高。3.1半導(dǎo)體光源3.1半導(dǎo)體光源3.1.3半導(dǎo)體激光器（激光二極管）3.半導(dǎo)體激光器的分類(lèi)按照結(jié)構(gòu)、工藝的不同，半導(dǎo)體激光器可以分為F-P（法布里-珀羅）激光器、分布反饋型激光器（DFB）、布拉格反射激光器（DFR）、單量子阱半導(dǎo)體激光器、多量子阱半導(dǎo)體激光器。F-P激光器最簡(jiǎn)單、成本最低，基本上屬于多縱模激光器，適用于速率小于622

Mbps的系統(tǒng)；其它均為單縱模激光器。量子阱半導(dǎo)體激光器閾值低、譜線窄、增益高、頻率啁啾（諧振波長(zhǎng)隨時(shí)間偏移）小，是目前最好的半導(dǎo)體激光器。

3.1半導(dǎo)體光源3.1.3半導(dǎo)體激光器（激光二極管）4.半導(dǎo)體激光器的例子I(mA)P(mW)分布反饋型激光器（DFB）3.1半導(dǎo)體光源3.1.4發(fā)光二極管 半導(dǎo)體發(fā)光二極管(Light-emittingDiode，LED)發(fā)出的光波波長(zhǎng)可以覆蓋整個(gè)光纖通信系統(tǒng)使用波長(zhǎng)范圍，典型值為0.85

m、1.31

m及1.55

m。3.1.4發(fā)光二極管（LED）1.LED的類(lèi)型按照器件輸出光的方式，可以將發(fā)光二極管分為三種類(lèi)型結(jié)構(gòu)：表面發(fā)光二極管邊發(fā)光二極管超輻射發(fā)光二極管（性能介于LD和LED之間的一種半導(dǎo)體光源）3.1半導(dǎo)體光源3.1半導(dǎo)體光源3.1.4發(fā)光二極管（LED）1.LED的類(lèi)型3.1.4發(fā)光二極管（LED）2.LED的工作原理

LED的工作原理可以歸納如下：當(dāng)給LED外加合適的正向電壓時(shí)，在有源區(qū)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，最終克服受激吸收及其他衰減，從而產(chǎn)生自發(fā)輻射的光輸出。3.1半導(dǎo)體光源3.1半導(dǎo)體光源3.1.4發(fā)光二極管3.LED的主要特性曲線λp1波長(zhǎng)（μm）相對(duì)功率λ1λ21.201.350.5100邊發(fā)光二極管P(mW)I(mA)面發(fā)光二極管超輻射發(fā)光二極管200123光譜特性P-I特性3.1半導(dǎo)體光源3.1.4發(fā)光二極管4.LED的特點(diǎn)發(fā)出的是熒光，波長(zhǎng)范圍寬沒(méi)有光學(xué)諧振腔，是無(wú)閾值器件，線性好光譜較寬，與光纖的耦合效率低溫度特性好、壽命長(zhǎng)價(jià)格低廉，在短距離光通信、模擬通信中廣泛使用3.1半導(dǎo)體光源3.1.4發(fā)光二極管5.LED產(chǎn)品示例I(mA)P(mW)發(fā)光二極管3.1.5光源的主要技術(shù)指標(biāo)1.幾種國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體光源的主要技術(shù)指標(biāo)3.1半導(dǎo)體光源器件參數(shù)1.31

mLED1.55

mLED1.31

mLD組件1.55

mLD組件光纖類(lèi)型模式多單多單多單多單發(fā)射波長(zhǎng)

m1.31.31.521.521.31.31.551.55輸出功率mW)5063532000100020001000工作電流(mA)150150150150閾值電流(mA)30305050光譜半寬(nm)7070808031313.1.5光源的主要技術(shù)指標(biāo)2.半導(dǎo)體光源的閾值特性比較

3.1半導(dǎo)體光源100邊發(fā)光二極管P(mW)I(mA)LD面發(fā)光二極管超輻射發(fā)光二極管2001233.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.2.1半導(dǎo)體光電檢測(cè)器的基本原理半導(dǎo)體光電檢測(cè)器的基本原理是：對(duì)p-n結(jié)外加電場(chǎng)，當(dāng)光照射到半導(dǎo)體的p-n結(jié)上時(shí)，將在外接負(fù)載上產(chǎn)生光電流，該電流的大小與照射光的強(qiáng)度有關(guān)，于是實(shí)現(xiàn)將光信號(hào)的變化轉(zhuǎn)換成電流的變化，從而完成光電轉(zhuǎn)換。半導(dǎo)體光電檢測(cè)器主要有兩種：PIN光電二極管、APD雪崩光電二極管。3.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.2.2PIN光電二極管PIN光電二極管是一種簡(jiǎn)單的p-n結(jié)光電二極管。增透膜P+I(N)N+電極光信號(hào)v輕摻雜本征耗盡層，對(duì)電子和空穴進(jìn)行加速3.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.2.2PIN光電二極管PIN光電二極管內(nèi)的電場(chǎng)分布。耗盡層+-光3.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.2.2APD雪崩光電二極管APD雪崩光電二極管在結(jié)構(gòu)上較復(fù)雜，耗盡層比較長(zhǎng)。vI(p)抗反射膜P++N電極光信號(hào)P3.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.2.2APD雪崩光電二極管APD雪崩光電二極管應(yīng)用光生載流子在其耗盡區(qū)(高場(chǎng)區(qū))內(nèi)的碰撞電離效應(yīng)，以獲得光生電流的雪崩倍增。光光雪崩倍增區(qū)慢加速區(qū)3.2.3光電檢測(cè)器的特性1.響應(yīng)度R0和量子效率

響應(yīng)度R0定義為：

R0=IP/P0式中：IP是光電檢測(cè)器的平均輸出電流，單位：A

P0是光電檢測(cè)器的平均輸入光功率，單位：W響應(yīng)度代表光電檢測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換能力，越大越好。3.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.2.3光電檢測(cè)器的特性1.響應(yīng)度R0和量子效率

量子效率

定義為：

=(光生電子-空穴對(duì)數(shù))/(入射光子數(shù))=(IP/e)/[P0/(hf)]=R0(hf/e)式中：hf是光子能量

e是電子電荷量（1.6×10-19）量子效率也描述光電檢測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換能力。3.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.2.3光電檢測(cè)器的特性2.響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間表示輸出電流跟隨光信號(hào)變化的快慢。響應(yīng)時(shí)間越短越好。3.暗電流無(wú)光照射時(shí)光電檢測(cè)器的輸出電流稱為暗電流。暗電流越小越好。3.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.2.3光電檢測(cè)器的特性4.雪崩倍增因子M描述雪崩效應(yīng)的強(qiáng)烈程度：

M=IM/IP式中：IM是雪崩倍增時(shí)光電流的平均值

IP是無(wú)雪崩時(shí)光電流的平均值A(chǔ)PD雪崩光電二極管的M=40~100；PIN光電二極管M=1。3.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.2.3光電檢測(cè)器的特性5.倍增噪聲和過(guò)剩噪聲系數(shù)雪崩效應(yīng)的隨機(jī)性導(dǎo)致電流起伏，所引起的噪聲稱為倍增噪聲。雪崩倍增噪聲用過(guò)剩噪聲系數(shù)F(G)來(lái)描述：

F(G)=<g2>/G2式中：g是每個(gè)初始電子-空穴對(duì)因雪崩效應(yīng)產(chǎn)生二次電子-空穴對(duì)的隨機(jī)數(shù)；

<g2>是g的平方的平均值；G=<g>是g的平均值3.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.2.3光電檢測(cè)器的特性5.倍增噪聲和過(guò)剩噪聲系數(shù)在工程上，將F(G)近似表示為：

F(G)=Gx式中：x稱為過(guò)剩噪聲指數(shù)，x小的管子倍增噪聲小。

Si-APD(工作在短波長(zhǎng)）：x=0.3-0.5

Ge-APD（工作在長(zhǎng)波長(zhǎng)）：x=0.6~1.0InGaAs-APD（工作在長(zhǎng)波長(zhǎng)）：x=0.5~0.63.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器InGaAsAPD：銦鎵砷GeAPD：鍺SiAPD：硅3.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.2.3光電檢測(cè)器的特性5.國(guó)產(chǎn)光電檢測(cè)器的典型性能光電管類(lèi)型暗電流量子效率

過(guò)剩噪聲指數(shù)x上升時(shí)間Si-APD0~9nA(0.9VB時(shí))約60%0.3~0.4(G=100時(shí))約300psGe-APD50~500nA(0.9VB時(shí))約70%0.9~1(G=10時(shí))約500psInGaAs-APD50nA(0.9VB時(shí))約4.5%0.5~0.6(G=10時(shí))<1000psGe-PIN300nA(-10V偏壓)約80%——約500psInGaAs-PIN0~9nA(-5V偏壓)約70%——約100ps3.2半導(dǎo)體光電檢測(cè)器3.2.4光電檢測(cè)器產(chǎn)品3.3.1光放大器的分類(lèi)光放大器按原理不同大體上有三種類(lèi)型：摻雜光纖放大器：利用稀土金屬離子（例如鉺）作為激光工作物質(zhì)的一種放大器。傳輸光纖放大器：其中有受激喇曼散射(StimulatedRamanScattering，SRS)光纖放大器、受激布里淵散射(StimulatedBrilliouinScattering，SBS)光纖放大器和利用四波混頻效應(yīng)(FWM)的光放大器等。半導(dǎo)體激光放大器：其結(jié)構(gòu)大體上與激光二極管(LaserDiode，LD)相同。3.3光放大器3.3光放大器3.3.2光纖放大器的重要指標(biāo)1.功率增益放大器的功率增益定義為：式中：Pout、Pin分別為放大器輸出端與輸入端的光信號(hào)功率。3.3光放大器3.3.2光纖放大器的重要指標(biāo)2.飽和輸出功率信號(hào)放大過(guò)程消耗了高能級(jí)上的粒子，因而使增益系數(shù)減小。當(dāng)放大器增益減小為峰值的一半時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸出功率就叫飽和輸出功率，代表最大輸出能力。飽和功率用Pouts表示。3.3光放大器3.3.2光纖放大器的重要指標(biāo)3.噪聲系數(shù)放大器中產(chǎn)生自發(fā)輻射噪聲，將使輸出信號(hào)信噪比下降噪聲系數(shù)定義為輸入信噪比與輸出信噪比之比：(SNR)in和(SNR)out分別代表輸入與輸出的信噪比。后者是在接收機(jī)端將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成光電流后的功率來(lái)計(jì)算的。噪聲系數(shù)小，意味著放大后信號(hào)質(zhì)量變差的程度小。3.3光放大器3.3.3摻鉺（Er）光纖放大器（EDFA）1.EDFA的基本結(jié)構(gòu)光耦合器光隔離器泵浦光源光隔離器光濾波器輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)摻鉺光纖將輸入光信號(hào)和泵浦源輸出的光信號(hào)混合起來(lái)的無(wú)源光器件。濾除光放大器的噪聲，降低噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響。摻鉺石英光纖，長(zhǎng)度10~100m。半導(dǎo)體激光器，功率10~100mW，波長(zhǎng)約980nm。保證光信號(hào)只正向傳輸，防止反射光影響光放大器工作穩(wěn)定性。3.3光放大器3.3.3摻鉺（Er）光纖放大器（EDFA）2.EDFA的基本工作原理基本原理：在泵浦源的作用下，摻鉺光纖中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，從而使光信號(hào)得到放大。泵浦光源波長(zhǎng)可以選擇650nm、800nm、980nm、1480nm。最好的是980nm。3.3光放大器3.3.3摻鉺（Er）光纖放大器（EDFA）3.EDFA的泵浦方式同向泵浦方式光耦合器光隔離器泵浦光源光隔離器光濾波器輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)摻鉺光纖3.3光放大器3.3.3摻鉺（Er）光纖放大器（EDFA）3.EDFA的泵浦方式反向泵浦方式光隔離器光隔離器光濾波器光耦合器泵浦光源輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)摻鉺光纖3.3光放大器3.3.3摻鉺（Er）光纖放大器（EDFA）3.EDFA的泵浦方式雙向泵浦方式光隔離器光隔離器光濾波器光耦合器泵浦光源輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)摻鉺光纖光耦合器泵浦光源3.3光放大器3.3.3摻鉺（Er）光纖放大器（EDFA）3.EDFA的泵浦方式三種泵浦方式的比較信號(hào)輸出功率：?jiǎn)伪闷质捷敵龉β蕿?4dBm，雙泵浦式可以達(dá)到17dBm。飽和輸出特性（最大輸出能力）：同向泵浦式EDFA的飽和輸出光功率最小。3.3光放大器3.3.3摻鉺（Er）光纖放大器（EDFA）3.EDFA的泵浦方式三種泵浦方式的比較噪聲特性：雙泵浦噪聲特性最好，反向泵浦噪聲特性最差。

x

過(guò)剩噪聲指數(shù)Pout3.3.4

EDFA放大器的主要特性1.功率增益與泵浦功率間的關(guān)系3.3光放大器20406080100泵浦光功率403020100-10-20功率增益(dB)隨著泵浦光功率的增加，功率增益將逐漸增大，但將逐漸趨于飽和。3.3.4

EDFA放大器的主要特性2.功率增益與光纖長(zhǎng)度間的關(guān)系3.3光放大器最大增益光纖長(zhǎng)度當(dāng)摻雜濃度一定時(shí)，與泵浦功率、泵浦波長(zhǎng)有關(guān)3.3.4

EDFA放大器的主要特性3.飽和輸出功率與輸入功率的關(guān)系3.3光放大器-20-100輸入功率dBm20100輸出功率(dBm)輸出功率與輸入功率間不是線性的，而是隨輸入功率的增大而呈飽和趨勢(shì)。3.3.4

EDFA放大器的主要特性4.最大輸出功率3.3光放大器3dB飽和輸出功率輸出功率dBm增益dB3dB用3dB飽和輸出功率代表EDFA的最大輸出功率。3.3.4

EDFA放大器的主要特性5.

EDFA的帶寬從摻鉺光纖的G-

曲線中可以看出，增益系數(shù)隨著波長(zhǎng)的不同而不同。在1550nm低損耗區(qū)光纖具有200nm帶寬，而目前使用的EDFA放大器增益帶寬僅為35nm左右。3.3光放大器G3.3.4

EDFA放大器的主要特性6.噪聲系數(shù)典型的噪聲系數(shù)

可見(jiàn)：980nm泵浦的放大器噪聲系數(shù)更優(yōu)。3.3光放大器泵浦源波長(zhǎng)摻鉺光纖長(zhǎng)度實(shí)測(cè)噪聲系數(shù)980nm30m3.2dB1480nm60m4.1dB3.3.5

EDFA放大器的主要應(yīng)用前置放大器：由于EDFA的低噪聲特性，使它很適于作接收機(jī)的前置放大器。功率放大器：在光發(fā)射機(jī)之后用來(lái)提升輸出功率。線路放大器：在光纖通信系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用——中繼。本地網(wǎng)放大器：EDFA可在寬帶本地網(wǎng)，特別在電視分配網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。3.3光放大器EDFA放大器的產(chǎn)品外觀3.3光放大器SOA-L-OEC-1550-1.55μm線性半導(dǎo)體光放大器10.93.4.1光定向耦合器用途：從主光通道中取出部分光信號(hào)，以供監(jiān)測(cè)、控制、解復(fù)用；把不同方向的光信號(hào)合起來(lái)送入一根光纖中，以進(jìn)行多路復(fù)用。3.4無(wú)源光器件3.4.1光定向耦合器結(jié)構(gòu)3.4無(wú)源光器件3.4.2光隔離器與光環(huán)行器用途光隔離器保證光只在一個(gè)方向傳輸光環(huán)行器也是保證光只在一個(gè)方向傳輸光環(huán)行器為多端口器件；光隔離器為雙端口器件3.4無(wú)源光器件3.4.2光隔離器與光環(huán)行器光隔離器結(jié)構(gòu)兩端口隔離器件正向光全部通過(guò)反向光全部隔離3.4無(wú)源光器件3.4.2光隔離器與光環(huán)行器光環(huán)行器結(jié)構(gòu)三端口隔離器件1入2出2入3出3入1出3.4無(wú)源光器件3.4.3光濾波器用途只允許一定波長(zhǎng)的光信號(hào)通過(guò)的器件稱為光濾波器。換句話說(shuō)，光濾波器的作用是濾除不需要的波長(zhǎng)的光信號(hào)。頻率選擇器件，通過(guò)諧振選擇所需頻率的光。3.4無(wú)源光器件3.4.3光濾波器常見(jiàn)光濾波器Fabry-Perot濾波器（F-P）。Mach-Zehnder干涉濾波器電光可調(diào)濾波器(EOTF)聲光類(lèi)可調(diào)諧濾波器(AOTF）光纖—布里淵放射可調(diào)節(jié)濾波器3.4無(wú)源光器件3.4.3光濾波器F-P腔光濾波器的結(jié)構(gòu)3.4無(wú)源光器件透射光和反射光多束干涉而產(chǎn)生諧振，從而產(chǎn)生頻率選擇3.4.4光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān)分為機(jī)械式、電子式兩類(lèi)：機(jī)械式開(kāi)關(guān)損耗小、隔離度高，但切換時(shí)間長(zhǎng)（15ms左右）、體積較大電子式開(kāi)關(guān)切換速度快、易于集成，但損耗較大。3.4無(wú)源光器件機(jī)械式開(kāi)關(guān)電子式開(kāi)關(guān),通過(guò)電壓控制光通斷鈮酸鋰3.4.5波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器分為光電型、全光型兩類(lèi)：光電型：光→電+激光器→調(diào)制器→光全光型：光+光（耦合器）→光放大器→光濾波器→光。3.4無(wú)源光器件半導(dǎo)體光放大器3.4.6波分復(fù)用器塊型波分復(fù)用器3.4無(wú)源光器件3.4.6波分復(fù)用器光纖型波分復(fù)用器3.4無(wú)源光器件3.4.6波分復(fù)用器波導(dǎo)型波分復(fù)用器3.4無(wú)源光器件3.4.6波分復(fù)用器波分復(fù)用器使用復(fù)用器可用作復(fù)用、也可用于解復(fù)用用作復(fù)用時(shí)，從多個(gè)端口輸入、從一個(gè)端口輸出用作解復(fù)用時(shí)，從一個(gè)端口輸入、從多個(gè)端口輸出3.4無(wú)源光器件復(fù)用器…

1、

2、..、

n

1

2

n復(fù)用器…

1、

2、..、

n

1

2

n3.4.6波分復(fù)用器波分復(fù)用系統(tǒng)3.4無(wú)源光器件光發(fā)射機(jī)1光發(fā)射機(jī)2…光發(fā)射機(jī)n光接收機(jī)1光接收機(jī)2…光接收機(jī)nWDMWDM

單纖、單向WDM傳輸系統(tǒng)3.4.6波分復(fù)用器波分復(fù)用系統(tǒng)3.4無(wú)源光器件單纖、雙向WDM傳輸系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)1光接收機(jī)1光接收機(jī)2光發(fā)射機(jī)2WDMWDM

3.4.7光纖光柵用途窄帶濾波器傳感器3.4無(wú)源光器件3.5光纖連接器3.5.1光纖連接器的結(jié)構(gòu)與種類(lèi)光纖(纜)活動(dòng)連接器是無(wú)源光器件，用途是：光纖(纜)之間的活動(dòng)連接光纖(纜)與其他無(wú)源器件的活動(dòng)連接光纖(纜)與網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)等設(shè)備和儀器儀表的活動(dòng)連接3.5.1光纖連接器的結(jié)構(gòu)與種類(lèi)1.光纖連接器的結(jié)構(gòu)

光纖連接器采用某種機(jī)械和光學(xué)結(jié)構(gòu)，使兩根光纖的纖芯對(duì)準(zhǔn)，保證90%以上的光能夠通過(guò)。3.5光纖連接器3.5.1光纖連接器的結(jié)構(gòu)與種類(lèi)1.光纖連接器的結(jié)構(gòu)套管結(jié)構(gòu)：這種連接器由插針和套筒組成。雙錐結(jié)構(gòu)：雙錐結(jié)構(gòu)連接器是利用錐面定位。V形槽結(jié)構(gòu)：V形槽結(jié)構(gòu)的光纖連接器是將兩個(gè)插針?lè)湃隫形槽基座中，再用蓋板將插針壓緊，利用對(duì)準(zhǔn)原理使纖芯對(duì)準(zhǔn)。3.5光纖連接器

V形槽結(jié)構(gòu)3.5光纖連接器3.5.1光纖連接器的結(jié)構(gòu)與種類(lèi)1.光纖連接器的結(jié)構(gòu)球面定心結(jié)構(gòu)：球面定心結(jié)構(gòu)由兩部分組成，一部分是裝有精密鋼球的基座，另一部分是裝有圓錐面(相當(dāng)于車(chē)燈的反光鏡)的插針。透鏡耦合結(jié)構(gòu)：透鏡耦合又稱遠(yuǎn)場(chǎng)耦合，它分為球透鏡耦合和自聚焦透鏡耦合兩種。3.5