【正文】 值越大越好。 表 31 光纖連接器的分類單 通道 對(duì) 接 套筒 /V型槽 直套管 螺 絲多通道 透 鏡 錐 型 錐 型套管 銷釘單 /多通道 其他 其他 其他 彈 簧 銷114 （ 3）光纖連接器的性能 ① 插入損耗（介入損耗），該值越小越好。如圖 313所示。 （ 1）光纖連接器的基本構(gòu)成 由三個(gè)部分組成的：兩個(gè)配合插頭和一個(gè)耦合管。112 光纖連接器光纖連接器 光纖連接器，俗稱活接頭， ITUT建議將其定義為 “用以穩(wěn)定地，但并不是永久地連接兩根或多根光纖的無(wú)源組件 ”。 連接用的部件有各種光連接器，用做光纖和光纖、部件（設(shè)備）和光纖、或部件（設(shè)備）和部件（設(shè)備）的連接。111 無(wú)源光器件無(wú)源光器件 無(wú)源光器件是除光源器件、光檢波器件之外不需要電源的光通路部件。暗電流會(huì)引起接收機(jī)噪聲增大。但是實(shí)際上由于熱激勵(lì)等，在無(wú)光情況下，光電檢測(cè)器仍有電流輸出，這種電流稱為暗電流。顯然響應(yīng)時(shí)間越短越好。 110 （ 2）響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)速度是指半導(dǎo)體光電二極管產(chǎn)生的光電流跟隨入射光信號(hào)變化快慢的狀態(tài)。 1． PIN光電二極管的特性 （ 1）響應(yīng)度和量子效率 響應(yīng)度表征了光電二極管的光電轉(zhuǎn)換效率。 108圖 311 RAPD的結(jié)構(gòu)圖和能帶示意圖109 光電檢測(cè)器的特性光電檢測(cè)器的特性 PIN管特性包括響應(yīng)度、響應(yīng)時(shí)間和暗電流。圖 311（ c）所示的是它的電場(chǎng)強(qiáng)度隨位置變化的分布圖。圖 311（ b）所示的是將縱向剖面順時(shí)針轉(zhuǎn) 90176。 拉通型雪崩光電二極管（ RAPD）的結(jié)構(gòu)示意圖和電場(chǎng)分布如圖311所示。107 2． APD的結(jié)構(gòu) 目前 APD結(jié)構(gòu)型式，有保護(hù)環(huán)型和拉通（又稱通達(dá)）型。 1． APD的雪崩效應(yīng) 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(gè)強(qiáng)電場(chǎng)；在高場(chǎng)區(qū)內(nèi)光生載流子被強(qiáng)電場(chǎng)加速，獲得高的動(dòng)能，與晶格的原子發(fā)生碰撞，使價(jià)帶的電子得到了能量；越過(guò)禁帶到導(dǎo)帶，產(chǎn)生了新的電子 —空穴對(duì)；新產(chǎn)生的電子 —空穴對(duì)在強(qiáng)電場(chǎng)中又被加速，再次碰撞，又激發(fā)出新的電子 —空穴對(duì) ……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。圖 310 PIN光電二極管106 雪崩光電二極管雪崩光電二極管 雪崩光電二極管，又稱 APD（ Avalanche Photo Diode）。這樣可以提高其響應(yīng)速度和轉(zhuǎn)換效率。105 PIN光電二極管光電二極管 PIN光電二極管是在摻雜濃度很高的 P型、 N型半導(dǎo)體之間，加一層輕摻雜的 N型材料，稱為 I（ Intrinsic，本征的）層。對(duì)光檢測(cè)器的基本要求是： ① 對(duì)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(duì)信號(hào)的影響； ④ 具有良好的線性關(guān)系，以保證信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的不失真； ⑤ 具有較長(zhǎng)的工作壽命。 分布式反饋半導(dǎo)體激光器（ DFBLD）主要用于 纖超大容量的新型光纖系統(tǒng)，是目前光纖通信發(fā)展的主要趨勢(shì)。103 半導(dǎo)體光源的應(yīng)用半導(dǎo)體光源的應(yīng)用 LED通常和多模光纖耦合，用于 量、短距離的光通信系統(tǒng)。 比較： LED與 LD相比， LED輸出光功率較小，譜線寬度較寬，調(diào)制頻率較低。 （ 5）調(diào)制特性 調(diào)制頻率較低。 （ 4）耦合效率 由于 LED發(fā)射出的光束的發(fā)散角較大，因此與光纖的耦合效率較低。驅(qū)動(dòng)電流 I 較小時(shí)， P ?I 曲線的線性較好；當(dāng) I 過(guò)大時(shí)，由于 PN結(jié)發(fā)熱而產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，使 P ?I 曲線的斜率減小。圖 38是 InGaAsP LED的輸出光譜。 LED分為兩大類：一類是面發(fā)光型 LED，另一類是邊發(fā)光型 LED，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 37所示。99 2． LED的結(jié)構(gòu) LED也多采用雙異質(zhì)結(jié)芯片，不同的是 LED沒(méi)有解理面，即沒(méi)有光學(xué)諧振腔。僅限于自發(fā)輻射，所發(fā)出的是熒光，是非相干光。圖 36 激光器閾值電流隨溫度變化的曲線98 發(fā)光二極管發(fā)光二極管 1． LED的工作原理 發(fā)光二極管（ LED）是非相干光源，是無(wú)閾值器件，它的基本工作原理是自發(fā)輻射。96圖 35 GaAlAsGaAs激光器的輸出光譜97 （ 3）溫度特性 激光器的閾值電流和輸出光功率隨溫度變化的特性為溫度特性。如圖 35（ b）所示。 普通激光器工作在直流或低碼速情況下，它具有良好的單縱模譜線，所對(duì)應(yīng)的光譜只有一根譜線，如圖 35（ a）所示。圖 34 GaAlAsGaAs激光器的光譜95 隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加，縱模模數(shù)逐漸減少，譜線寬度變窄。當(dāng) I＜ Ith時(shí)，發(fā)出的是熒光，光譜很寬，如圖 34（ a）所示。閾值電流越小越好。93 激光器工作特性激光器工作特性 （ 1）閾值特性 對(duì)于 LD，當(dāng)外加正向電流達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，輸出光功率急劇增加，這時(shí)將產(chǎn)生激光振蕩，這個(gè)電流稱為閾值電流，用 Ith 表示。 ④ 壽命長(zhǎng)，工作穩(wěn)定。 ③ 譜線寬度窄。對(duì)于兩個(gè)反射鏡，要求其中一個(gè)能全反射，另一個(gè)為部分反射。 91圖 32 光學(xué)諧振腔的結(jié)構(gòu) 光學(xué)諧振腔的結(jié)構(gòu) 在激活物質(zhì)的兩端的適當(dāng)位置，放置兩個(gè)反射系數(shù)分別為 r1和 r2的平行反射鏡 M1和 M2，就構(gòu)成了最簡(jiǎn)單的光學(xué)諧振腔。 （ 4）光學(xué)諧振腔 將激活后的物質(zhì)放入光學(xué)諧振腔，來(lái)獲得連續(xù)的光放大和激光振蕩輸出。90 （ 3）泵浦源 常采用泵浦源作為產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的外界激勵(lì)源。 要想物質(zhì)產(chǎn)生光的放大，就必須使受激輻射大于受激吸收，即使 N2 ＞ N1 （高能級(jí)上的電子數(shù)多于低能級(jí)上的電子數(shù)），這種粒子數(shù)的反常態(tài)分布稱為粒子（電子）數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 如設(shè)低能級(jí)上的粒子密度為 N1，高能級(jí)上的粒子密度為 N2，在正常狀態(tài)下， N1 ＞ N2，總是受激吸收大于受激輻射。 注：受激輻射光為相干光，自發(fā)輻射光是非相干光。 ③ 在高能級(jí) E2上的電子，受到能量為 hf12的外來(lái)光子激發(fā)時(shí)，使電子被迫躍遷到低能級(jí) E1 上與空穴復(fù)合，同時(shí)釋放出一個(gè)與激光發(fā)光同頻率、同相位、同方向的光子（稱為全同光子）。圖 31 能級(jí)和電子躍遷88 ① 在正常狀態(tài)下，電子通常處于低能級(jí)（即基態(tài)） E1，在入射光的作用下，電子吸收光子的能量后躍遷到高能級(jí)（即激發(fā)態(tài)） E2，產(chǎn)生光電流，這種躍遷稱為受激吸收 ——光電檢測(cè)器。87 激光器的工作原理激光器的工作原理 （ 1）光與物質(zhì)的三種作用形式 光與物質(zhì)的相互作用，可以歸結(jié)為光與原子的相互作用，將發(fā)生受激吸收、自發(fā)輻射、受激輻射三種物理過(guò)程。 發(fā)光二極管（ LED）：適用于短距離、低碼速的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。 光纖通信中常用的光源器件有半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體發(fā)光二極管兩種。? 掌握無(wú)源光器件的功能及主要性能。? 熟悉光源的驅(qū)動(dòng)電路工作原理。85學(xué)習(xí)本章目的和要求學(xué)習(xí)本章目的和要求? 了解半導(dǎo)體激光器的物理基礎(chǔ)。? 無(wú)源光器件的功能及主要性能。本章重點(diǎn)? 激光器的工作原理。? 光電檢測(cè)器： PIN和 APD光電二極管。 該光纜的型號(hào)應(yīng)表示為： GYGZL0312T50/125（ 21008） C+54。82 （ 3）光纜型號(hào)例題 設(shè)有金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件、自承式、鋁護(hù)套和聚乙烯護(hù)層的通信用室外光纜，包括 12根芯徑 /包層直徑為 50/125μm的二氧化硅系列多模突變型光纖和 5根用于遠(yuǎn)供及監(jiān)測(cè)的銅線徑為 ，且在 ，光纖的損耗常數(shù)不大于 ，模式帶寬不小于 800MHz其符合有關(guān)電纜標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)電線芯規(guī)格構(gòu)成的規(guī)定。80 Ⅴ ： 適用溫度代號(hào)及其意義。km）的千位和百位數(shù)字。 cc——表示模式帶寬的代號(hào)。 bb——表示損耗常數(shù)的代號(hào)。 a——表示使用波長(zhǎng)的代號(hào)，其數(shù)字代號(hào)規(guī)定如下： 1——波長(zhǎng)在 ； 2——波長(zhǎng)在 ； 3——波長(zhǎng)在 。 Ⅲ ： 光纖主要尺寸參數(shù) 用阿拉伯?dāng)?shù)（含小數(shù)點(diǎn)數(shù)）及以 μm為單位表示多模光纖的芯徑及包層直徑，單模光纖的模場(chǎng)直徑及包層直徑。 Ⅱ ： 光纖類別的代號(hào)及其意義。 表 22 外 護(hù)層 代號(hào)及其意 義代 號(hào) 鎧 裝 層 （方式） 代 號(hào) 外 護(hù)層 （材料）0 無(wú) 0 無(wú)1 —— 1 纖維層2 雙 鋼帶 2 聚 氯 乙 烯 套3 細(xì)圓鋼絲 3 聚乙 烯 套4 粗 圓鋼絲 — —5 單鋼帶皺紋縱 包 — —77 （ 2）光纜規(guī)格由五部分七項(xiàng)內(nèi)容組成，如圖 235所示。 Ⅳ ： 護(hù)層代號(hào)及其意義為； Y——聚乙烯護(hù)層； V——聚氯乙烯護(hù)層； U——聚氨酯護(hù)層； A——鋁 聚乙烯粘結(jié)護(hù)層； L——鋁護(hù)套； G——鋼護(hù)套； Q——鉛護(hù)套； S——鋼 鋁 聚乙烯綜合護(hù)套。75 Ⅲ ：派生特征代號(hào)及其意義為： D——光纖帶狀結(jié)構(gòu)； G——骨架槽結(jié)構(gòu)； B——扁平式結(jié)構(gòu)； Z——自承式結(jié)構(gòu)。圖 234 光纜型式的組成部分74 圖中： Ⅰ ：分類代號(hào)及其意義為： GY——通信用室（野）外光纜； GR——通信用軟光纜； GJ——通信用室（局）內(nèi)光纜； GS——通信用設(shè)備內(nèi)光纜； GH——通信用海底光纜； GT——通信用特殊光纜。71 圖 232 淺海光纜72 圖 233 深海光纜73 光纜型號(hào)的命名方法光纜型號(hào)的命名方法 光纜型號(hào)由它的型式代號(hào)和規(guī)格代號(hào)構(gòu)成，中間用一短橫線分開(kāi)。 ① 海底光纜 有淺海光纜和深海光纜兩種，圖 232所示為典型的淺海光纜，圖233所示是較為典型的深海光纜。圖 231 單芯軟光纜70 （ 6）特殊結(jié)構(gòu)光纜 特殊結(jié)構(gòu)的光纜，主要有光 /電力組合纜、光 /架空地線組合纜和海底光纜和無(wú)金屬光纜。圖 229 中心束管式帶狀光纜 圖 230 層絞式帶狀光纜69 （ 5）單芯結(jié)構(gòu)光纜 單芯結(jié)構(gòu)光纜簡(jiǎn)稱單芯軟光纜，如圖 231所示。 65圖 226 12芯束管式光纜66 圖 227 6～ 48芯束管式光纜67 圖 228 LEX束管式光纜68 （ 4）帶狀結(jié)構(gòu)光纜 把帶狀光纖單元放入大套管中，形成中心束管式結(jié)構(gòu)；也可把帶狀光纖單元放入凹槽內(nèi)或松套管內(nèi)，形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。 圖 226所示的光纜結(jié)構(gòu)即屬護(hù)層增強(qiáng)構(gòu)件配制方式。圖 225所示是采用骨架式結(jié)構(gòu)的自承式架空光纜。 骨架結(jié)構(gòu)有中心增加螺旋型、正反螺旋型、分散增強(qiáng)基本單元型，圖 223（ b）為螺旋型結(jié)構(gòu)，圖 224為基本單元結(jié)構(gòu)。 圖 218～圖 219所示是目前在市話中繼和長(zhǎng)途線路上采用的幾種層絞式結(jié)構(gòu)光纜的示意圖（截面）。55 2．各種典型結(jié)構(gòu)的光纜 （ 1）層絞式結(jié)構(gòu)光纜 把經(jīng)過(guò)套塑的光纖繞在加強(qiáng)芯周?chē)g合而構(gòu)成。護(hù)層可分為內(nèi)護(hù)層（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和外護(hù)層（多用鋁帶和聚乙烯組成的 LAP外護(hù)套加鋼絲鎧裝等）。 （ 1）纜芯 纜芯由光纖的芯數(shù)決定，可分為單芯型和多芯型兩種。 （ 5）海底光纜 ——用于跨海洋敷設(shè)的光纜。 （ 3）室（局）內(nèi)光纜 ——適用于室內(nèi)布放的光纜。 10．目前通信用光纜可分為 （ 1）室 (野 )外光纜 ——用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷設(shè)的光纜。53 8．按傳輸導(dǎo)體、介質(zhì)狀況分 光纜可分為無(wú)金屬光纜、普通光纜和綜合光纜。 6．按敷設(shè)方式分 光纜可分為管道光纜、直埋光纜、架空光纜和水底光纜。 4．按光纖芯數(shù)多少分 可分為單芯光纜、雙芯光纜、四芯光纜、六芯光纜、八芯光纜、十二芯光纜和二十四芯光纜等。 2．按光纖的種類分 可分為多模光纜、單模光纜。脈沖展寬將使前后光脈沖發(fā)生重疊，形成碼間干擾，碼間干擾將引起誤碼，因而限制了傳輸?shù)拇a速率和傳輸距離。50 （ 4）碼間干擾（ ISI） 色散將導(dǎo)致碼間干擾。 色散系數(shù)就是單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)光波長(zhǎng)信號(hào)通過(guò)單位長(zhǎng)度光纖所產(chǎn)生的時(shí)延差，用 D表示，單位是 ps/（ nm其大小可以和材料色散相比擬，普通單模光纖在 。49 ① 材料色散 由于材料折射率隨光信號(hào)頻率的變化而不同，光信號(hào)不同頻