【正文】 工作效率。 它包含來了外圍電路的功率消耗。 15176。 第 3章 光通信器件 33 常用激光器 應(yīng)用： 1550nm第三代光纖通信系統(tǒng) ,光纖 CATV. 2. 分布式反饋激光器 (DFBLD) 單縱模 譜線窄，波長穩(wěn)定 動態(tài)譜線好，啁啾小， 利于高速調(diào)制 線性好，利于調(diào)制模擬信號。 1. 雙異質(zhì)結(jié)激光器（ DH） 閾值電流低 長時間穩(wěn)定工作 第 3章 光通信器件 34 3. 量子阱激光器 閘值電流低，輸出功率大。 溫度要求低。 第 3章 光通信器件 35 半導(dǎo)體激光器參數(shù)指標(biāo) 對于一個半導(dǎo)體激光器，主要應(yīng)用了閾值電流、輸出功率、波長范圍等參數(shù)。 第 3章 光通信器件 36 表 雙異質(zhì)結(jié) InGaAsP波長半導(dǎo)體激光器特性參數(shù) 項(xiàng)目 符號 測試條件 最小值 典型值 最大值 單位 閾值電值 It h / 30 80 mA 輸出功率 P0 ????? ??無“扭折”點(diǎn)2 0 m AthIFI 3 3 / / / m W 微分轉(zhuǎn)換效率 η AAIPm20m20th? 0 . 1 3 0 0 2 1330 m W / m A 峰值波長 λP P0=3mW 1270 10 197。 水平發(fā)散角 θ || P 0 =3mW / 30 / 度 垂直發(fā)散角 θ┻ P0=3mW / / 度 光脈沖前沿 與后沿時間 tr、 tf / n s 第 3章 光通信器件 37 表 擴(kuò)散條形半導(dǎo)體激光器的特性參數(shù) 技術(shù)指標(biāo) 最小值 典型值 最大值 單位 閾值電流 70 100 150 mA 輸出功率 P 0 3 5 10 mW 峰值波長 1250 1300 1350 n m 光譜寬度 1 n s 光束發(fā)散角 10 30 15 45 度 工作電壓 V 工作溫度 40 20 50 ℃ 光脈沖上升時間 n s 第 3章 光通信器件 38 正向偏壓 → 電子、空穴進(jìn)入有源區(qū) → 勢壘、封閉在有源區(qū) → 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 → 自發(fā)輻射 → 自發(fā)輻射的光。 LED不需要光學(xué)諧振腔，沒有閾值電流。 隨著溫度升高或驅(qū)動電流增大，譜線加寬，且峰值波長向長波長方向移動。 第 3章 光通信器件 42 （ 3）溫度特性 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ Ⅰ P 對溫度不敏感， 不用 ATC電路。 在一般工作條件下，正面發(fā)光型 LED 截止頻率為 20~30 MHz，側(cè)面發(fā)光型 LED截止頻率為 100~150 MHz。 在一般工作條件下，正面發(fā)光型LED截止頻率為 20~30 MHz，側(cè)面發(fā)光型 LED截止頻率為100~150 MHz。 (6) 耦合效率低 LED發(fā)散角大，耦合效率低 , 一般小于 10%。 第 3章 光通信器件 46 LD與 LED之比較 L D L E D PI特性 Ⅰ P Ⅰ P 有閘值電流 曲線有轉(zhuǎn)折點(diǎn) 無閘值電流 曲線無轉(zhuǎn)折點(diǎn) 第 3章 光通信器件 47 L D L E D 溫度特性 Ⅰ P Ⅰ P 20℃ 40℃ 60℃ 80℃ 受溫度影響大，溫度越高閘值電流越大，輸出光功率越小。 第 3章 光通信器件 48 光譜特性 L D L E D 單縱模 多縱模 λ P λ P λ P 譜線窄，功率大 譜線寬，功率相對小 第 3章 光通信器件 49 方向性 L D L E D 方向集中，發(fā)散角小 方向不集中，發(fā)散角大 耦合效率 耦合效率高 耦合效率低 壽命 相對較短 較長 價(jià)格 高 低 應(yīng)用 長途高速數(shù)字系統(tǒng) 中低速數(shù)字或模擬系統(tǒng) 第 3章 光通信器件 50 下面介紹兩種實(shí)用發(fā)光二極管 （ GaAlAs－ LED） 短波長發(fā)光二極管適用于中、短距離的光纖計(jì)算機(jī)信號傳輸系統(tǒng)、光信息處理和光信號控制等場合。表 LED的技術(shù)參數(shù)，其中出纖功率指由 LED耦合到多模光纖中的功率。 第 3章 光通信器件 51 表 兩種短波長 LED的技術(shù)參數(shù) 邊發(fā)光 面發(fā)光 類 型 指 標(biāo) 項(xiàng) 目 最小值 典型值 最大值 發(fā)射波長（ 181。 W ） 30 50 90 50 上升及下降時間（ ns ） 3 工作電流（ mA ） 1 00 100 可調(diào)速率（ MHz ） 1 00 15 第 3章 光通信器件 52 （ InGaAsP－ LED） 長波長發(fā)光二極管適用于長波長中、短距離光纖通信。表 為 （重慶光電技術(shù)研究所產(chǎn)品）和邊發(fā)光LED（武漢電信器件公司產(chǎn)品）的主要參數(shù)以及 的邊發(fā)光 LED（武漢電信器件公司產(chǎn)品）的技術(shù)參數(shù)。 m 波長 L E D 技術(shù)參數(shù) 面發(fā)光 邊發(fā)光 類 型 指 標(biāo) 項(xiàng) 目 最小值 典型值 最大值 發(fā)射波長（ 181。 W ） 40 5 0 / 6 80 半高譜寬（ nm ） 〈 85 60 80 工作電流（ mA ） 1 5 0 上升及下降時間（ ns ） 2 . 5 可調(diào)速率（ MHz ） 70 2 0 0 第 3章 光通信器件 54 表 3. 3 1 . 3 181。 m ） 1 .5 0 1 . 60 出纖功率（ 181。 (1)熱器件：吸收光子使器件升溫，起到探知入射光能大小的作用；特點(diǎn)：對入射波長無選擇性，能在很寬的波長范圍內(nèi)對光波作均勻響應(yīng)。 分類：光導(dǎo)電型和光生伏特型 光纖通信系統(tǒng)均采用光譜很窄的單色光源，要求所采用的檢測器具有波長選擇性，因此系統(tǒng)的檢測器都采用光子器件。 第 3章 光通信器件 57 光檢測器分三個波段： ★短波長光檢測器：用于 ； ★長波長光檢測器：用于 。波長比 2μm還要長的稱為“超長波”，遠(yuǎn)比石英光纖損耗低。也就是說，半導(dǎo)體中被原子束縛的載流子吸收光后能激發(fā)成為自由載流子。半導(dǎo)體光檢測器完成光電轉(zhuǎn)換就是基于這種光電效應(yīng)。 光電效應(yīng)： 由于光的受激吸收將價(jià)帶的電子激發(fā)到導(dǎo)帶產(chǎn)生光生載流子，受內(nèi)建電場的作用， 光生載流子的電子 向 N區(qū)漂移，空穴向 P區(qū)漂移，在 PN結(jié)兩邊形成電動勢 ,外部有回路時，則產(chǎn)生光生電流。 在足夠強(qiáng)的光照射下，產(chǎn)生光生載流子，由于其運(yùn)動，在結(jié)區(qū)形成光生電場和光生電動勢。同時，提高了電光轉(zhuǎn)換效率。 第 3章 光通信器件 61 PIN光電二極管 雖然 P－ N結(jié)有光電效應(yīng)，實(shí)際上卻并不適合做光纖通信檢測器。 PIN光電二極管改進(jìn)了 P－ N結(jié)的結(jié)構(gòu)，它在 P型層和 N型層之間夾有一本征半導(dǎo)體 I層（ intrinsicsemiconductor），形成了 P－ I－ N結(jié)構(gòu)而得名。另外， I區(qū)的吸收系數(shù)小 , 因而 光電轉(zhuǎn)化效率 高 圖 PIN－ PD的應(yīng)用電路 第 3章 光通信器件 63 優(yōu)點(diǎn)： (1)I區(qū)比 P區(qū)、 N區(qū)厚許多。 (2)整個 I區(qū)內(nèi)有電場，光生載流子獲得較擴(kuò)散速度快得多的漂移速度奔向電極形成外部電流，因此它的響應(yīng)速度提高了。如圖 的 PIN光電二極管的等效電路所示， Cj減小時，光電流 Ip中的高頻成分旁路作用減少，因而提高了器件的頻率響應(yīng)。 第 3章 光通信器件 64 圖 PIN－ PD的等效電路 第 3章 光通信器件 65 表 3. 7 長波長 I n Ga A s PIN 的參數(shù) 指標(biāo) 參數(shù)名稱 最小值 典型值 最大值 響應(yīng)波長（ μ m ） 響應(yīng)度（ A/W ） 暗電流（ nA ） 5 響應(yīng)時間（ ns ） 光敏面（ μ m ） Φ 90 工作電壓（ Vo ） 5 第 3章 光通信器件 67 雪崩光電二極管 將光電二極管的反偏壓不斷增加， P－ N結(jié)內(nèi)的電場增高，光生載流子漂移速度加快，當(dāng)電場增高到一定值時，高速漂移的載流子從晶格中碰撞出“二次電子”，二次電子與原電子又加速碰撞出更多的電子，這種現(xiàn)象稱為碰撞電離。 第 3章 光通信器件 68 APD 高電場 光 一次電子 第 3章 光通信器件 69 表 3 . 8 長波長 Ge A P D 參數(shù)名稱 測試條件 額定值 響應(yīng)波長（ 181。 m 70 ～ 80 過剩噪聲指數(shù) x λ = 1 . 2 8 181。 m ） Φ 90 暗電流（ nA ） V B =35 ～ 4 5 V 300 ～ 1 0 0 0 第 3章 光通信器件 70 表 3 . 9 長波長 I n G a A s APD 參數(shù) 名稱 指 標(biāo) 最小值 典型值 最大值 響應(yīng)波長（ 181。 m 過剩噪聲系數(shù) F （ G=10 ） 6 倍增因子 G 10 響應(yīng)時間（ ns ） 第 3章 光通信器件 71 光檢測器的特性 R 在給定波長的光照射下，光檢測器輸出的平均電流與入射的光功率平均值之比稱響應(yīng)率或響應(yīng)度。 一般， PIN－ PD和 APD的響應(yīng)率為 ～ 。對無倍增因子的光電二極管靈敏度與響應(yīng)率是一個含義。量子效率是能量為 hv的每個入射光子所產(chǎn)生的電子 空穴載流子對的數(shù)量 %100?? 入射帶器件上的光子數(shù) 對數(shù)通過結(jié)區(qū)的光生載流子? 100%R hce? ???（ 3－ 3） （ 3－ 4） 式中： e是電子電荷； v為光頻。 η與 R都與波長 λ有關(guān)。因?yàn)楣饷裘媸歉邠诫s的材料，這里產(chǎn)生的光生載流子需要在零場區(qū)經(jīng)過緩慢擴(kuò)散，才能達(dá)到耗盡區(qū)成為外部光電流，一些載流子在擴(kuò)散過程中常常被復(fù)合而消失。 第 3章 光通信器件 75 (2)耗盡區(qū)要足夠?qū)挘@是因?yàn)槿肷涞娜獬潭寄墚a(chǎn)生載流子。因此，按圖3－ 18的 Si－ RAPD結(jié)構(gòu)中，（ N+Pπ）三層的厚度總和應(yīng)大于 17μm，才能保證全光程產(chǎn)生載流子。一般 π區(qū)需取 30～ 50μm。 第 3章 光通信器件 76 光檢測器響應(yīng)度是與工作波長有關(guān)的。 v 當(dāng) λλc時， EEg，就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)了。光檢測器的截止波長對應(yīng)于產(chǎn)生光電效應(yīng)臨界點(diǎn)；而單模光纖的截止波長對應(yīng)于單模傳輸?shù)呐R界點(diǎn)）。 (2)λλc ，半導(dǎo)體材料有吸收作用。又因反向偏壓主要加在 PN結(jié)附近的耗盡區(qū)，表層往往存在一個零電場區(qū)域，在這個區(qū)域里產(chǎn)生的電子空穴對不能有效轉(zhuǎn)換成光電流。 圖 量子效率與波長的關(guān)系 第 3章 光通信器件 78 不同的材料能級結(jié)構(gòu)不一樣，禁帶寬度 Eg也不一樣，截止波長 λc就各不相同。 長波限取決于禁帶寬度，短波限取決于吸收系數(shù)，長波限與短波限之間就是器件的光譜響應(yīng)范圍。例如， Ge： λ=， R=； InGaAs：λ=， R=。 響應(yīng)時間越短，響應(yīng)速度越快，反之亦同。光電二極管具有一定的響應(yīng)時間是因?yàn)楣馍d流子的產(chǎn)生、移動和復(fù)合等都需要一定的時間，所以響應(yīng)時間取決于耗盡區(qū)內(nèi)光生載流子的漂移時間、 P區(qū)內(nèi)和 N區(qū)內(nèi)光生載流子的擴(kuò)散時間及 P－ N結(jié)的結(jié)電容和外電路的負(fù)載電阻。雪崩光電二極管雖然噪聲較大，但它的內(nèi)部增益有利于提高 S/N，所以較多地被采用。 第 3章 光通信器件 82 設(shè)在工作電壓下，當(dāng) Idp《 IppIRVB時，經(jīng)過不太復(fù)雜的推導(dǎo)，得最大倍增因子表示式近似為 RnIVGppB?m ax(3－ 10) 公式表明： m a xG 與 BV 成正比，擊穿電壓增大， m a xG 增大； m a xG與RI PP