【文章內(nèi)容簡介】 電流 , 線性比 LD好。 驅(qū)動電流 I較小時 , PI曲線的線性較好 。 當 I過大時 , 由于 PN結(jié)發(fā)熱而產(chǎn)生飽和現(xiàn)象 , 使 PI 曲線的斜率減小。 一般情況下 , LED工作電流為 50 mA～ 100 mA, 輸出光功率為幾毫瓦 , 由于反散角大 , 出纖功率 (耦合到光纖中的功率 )只有數(shù)百微瓦。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 圖 3 – 12 LED輸出光功率 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 ③ 溫度特性 LED的輸出光功率也會隨溫度升高而減小 , 然而 LED是無閾值器件 , 因此溫度特性比 LD要好 (如短波長的GaAlAs LED, 其輸出光功率隨溫度的變化率約為)。 一般使用時不需要溫度控制電路。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 ④ 耦合效率 由于 LED反散角大 , 因此其耦合效率低。 所以 LED適用于中短距離、 中小容量的光纖通信系統(tǒng)。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 半導(dǎo)體激光器 (LD)與發(fā)光二極管 (LED)的比較 在光纖通信系統(tǒng)中 , 最常用的光源器件便是半導(dǎo)體激光器 (LD)和發(fā)光二極管 (LED), 二者均是用半導(dǎo)體材料構(gòu)成的 , 能發(fā)出光波 , 能通過調(diào)制技術(shù)攜帶數(shù)據(jù)信息 , 實現(xiàn)光傳輸。 這兩種光源器件的比較見表 3 1。 通過比較 , 讀者會進一步掌握這兩種光源的異同及其應(yīng)用。 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 表 3 – 1 LD與 LED的比較 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 作用 光電檢測器的作用：把光信號轉(zhuǎn)換為電信號， 光電檢測器是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。 要求 ①在系統(tǒng)的工作波長上具有足夠高的響應(yīng)度，即對一定的入射光 功率，能夠輸出盡可能大的光電流； ②具有足夠快的響應(yīng)速度，能夠適用于高速或?qū)拵到y(tǒng)； ③具有盡可能低的噪聲，以降低器件本身對信號的影響； ④具有良好的線性關(guān)系，以保證信號轉(zhuǎn)換過程中的不失真； ⑤具有較小的體積、較長的工作壽命等； ⑥工作電壓盡量低，使用簡便。 分類 光電二極管（ PIN） 雪崩光電二極管（ APD） 一、概述 二、 PIN光電二極管 圖 313 光電二極管結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu) 工作原理畫 在耗盡層 形成漂移電流 。 內(nèi)部電場的作用，電子向N區(qū)運動，空穴向 P區(qū)運動 如果光子的能量大于或等于帶隙 ( hf ≥ Eg ) 當入射光作用在 PN結(jié)時 發(fā)生受激吸收 PN結(jié)界面 內(nèi)部電場 漂移運動 能帶傾斜 電子和空穴的擴散運動 NP 雪崩光電二極管應(yīng)用光生載流子在其耗盡區(qū) (高場區(qū) )內(nèi)的碰撞電離效應(yīng)而獲得光生電流的雪崩倍增。 工作原理 （點擊動畫） APD的雪崩倍增效應(yīng)，是在二極管的 PN結(jié)上加高反向電壓，在結(jié)區(qū)形成一個強電場；在高場區(qū)內(nèi)光生載流子被強電場加速，獲得高的動能，與晶格的原子發(fā)生碰撞，使價帶的電子得到了能量；越過禁帶到導(dǎo)帶，產(chǎn)生了新的電子 — 空穴對；新產(chǎn)生的電子 — 空穴對在強電場中又被加速，再次碰撞，又激發(fā)出新的電子 — 空穴對 …… 如此循環(huán)下去，形成雪崩效應(yīng)，使光電流在管子內(nèi)部獲得了倍增。 APD就是利用雪崩效應(yīng)使光電流得到倍增的 高靈敏度 的檢測器。 三、雪崩光電二極管 特點 圖 3 – 13 APD雪崩示意圖 光電檢測過程 用雪崩光電二極管 (APD)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程如圖所示。光信號包括信號光和背景光；電信號輸出包含信號、背景、咕電流和非倍增的暗電流 。對三種電流．即信號、背景和暗電流產(chǎn)生雪崩增益；系統(tǒng)的輸出包含信號和噪聲。 圖 314 光電檢測框圖 光檢測器 光放大器 光源 光無源器件 ?光放大器的出現(xiàn)和發(fā)展克服了高速長距離傳輸?shù)淖畲笳系K —— 光功率受限，這是光通信史上的重要里程碑。 ?光放大器是一種不需要經(jīng)過光 /電 /光變換而直接對光信號進行放大的有源器件 光纖通信的基本器件 把鉺離子從 E1能級“泵”到 E3能級，使其形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，為受激幅射創(chuàng)造條件。 是為了保證泵浦光與 EDFA中合波器的反射光不向外 洩 漏，光隔離器的特點是只允許正方向的光進入。 把泵浦光與信號光合并在一起輸入到摻鉺光纖中 信號光和與泵浦光同時沿摻鉺光纖傳 輸，泵浦光的能量被光纖中的鉺離子吸收而躍遷到更 高的能級，并可以通過能級間的受激發(fā)射轉(zhuǎn)移為信號光的能量。信號光沿摻鉺光纖長度不斷放大，泵浦光 沿摻鉺光纖長度不斷衰減 DWDM系統(tǒng)中使用的 EDFA必須具有 : ? 足夠的帶寬 ? 平坦的增益 ? 低噪聲系數(shù) ? 高輸出功率 特別是增益平坦度 ， 這是 DWDM系統(tǒng)對 EDFA的特殊要求 ！ 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 在光放大器研制成功之前 ， 主要采用光電混合中繼器 （ 或稱再生器 ） 放大光信號 。 首先將光纖中送來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號 ， 然后對電信號進行放大 ， 最后再將放大了的電信號轉(zhuǎn)換為光信號送到光纖中去 ， 如圖 314所示 。 圖 314 傳統(tǒng)的中繼器原理框圖 光 電 變 換( O / E )放 大 器電 光 變 換( E / O )光纖 光纖光 的 范 圍 電 的 范 圍 光 的 范 圍一、光電光放大器 電子信息技術(shù)教研室 光纖通信的基本器件 光 放 大 器光 纖 光 纖圖 10 全光放大器原理框圖 二、全光放大器 半導(dǎo)體激光放大器 常用的有法布里 —泊羅 半導(dǎo)體激光放大器（ FPA） 和行波放大器。此類放大器 的工作原理與激光器相同，都利用能級間 躍遷產(chǎn)生的受激輻射工作。 二者區(qū)別在于沒有諧振腔。 非線性光學(xué)放大器 利用光纖中的非線性現(xiàn)象進行光信號放大，即利用受激拉曼散射和受激布里淵散射。放大的過程，就是能量從泵浦源向信號光轉(zhuǎn)移的過程。 摻稀土金屬光纖放大器 光纖中摻入適量稀土金屬雜質(zhì)，利用稀土金屬原子特有的能級結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光信號