有源光器件专题-光收发器件.ppt

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1、光纤通信系统中的光纤通信系统中的光接收与光发送器件光接收与光发送器件2001-06主要内容l光纤通信系统对光接收发送器件的需求l光接收器件基本原理l光接收器件发展趋势l光发送器件基本原理l光发送器件发展趋势光纤通信系统中光接收发送器件的应用终端设备（光发送机）终端设备（光发送机）终端设备（光接收机）终端设备（光接收机）光接收器件光纤通信系统的光接收机光通信系统对光接收器件的要求l更长的工作波长，更高的波长响应度l更快的响应速度l更小的噪声l更好的温度特性l更小的体积l更长的寿命光接收器件基本原理l光电效应l接收机组件光电效应PNV0耗尽区光功率不同材料的接收器件响应度PIN光电二极管lI:增加

2、的一层重搀杂的N层，用于增大耗尽区的宽度，提高量子效率PNV0耗尽区IPIN的结构APD光电二极管l利用“雪崩”效应倍增PNV0耗尽区I+吸收增益PAPD的结构PIN的主要指标l光电转换效率/响应度l暗电流l响应速度(带宽)APD的主要指标l光电转换效率l暗电流l雪崩倍增噪声（APD）l雪崩倍增因子M（APD）l响应速度（增益带宽积）光接收器件组件PIN/FET及APD/FET光接收器件组件中的前置放大器互阻放大器的优点l放大器增益受限于反馈电阻，容易实现l放大器带宽宽，无须额外的均衡电路，从而提高动态范围l较低的噪声指数光接收器件组件的主要指标l接收机灵敏度l接收机的光口反射接收机灵敏度l定

3、义：BER达到特定指标(1e-12)时，要求的最小输入光功率l量子极限灵敏度影响接收机灵敏度的因素-噪声l接收器件噪声量子噪声APD器件的雪崩噪声l前置放大器件的噪声偏置电阻的热噪声放大电路的噪声影响接收机灵敏度的因素-带宽l高频响应2.5Gb/s信号，要求达到1.8GHz10Gb/s信号，要求达到8GHzl低频响应2.5Gb/s信号，要求达到300kHz10Gb/s信号，要求达到100kHzl低频响应直接影响允许的长0及长1码个数接收器件的响应速度（1）封装电容及电阻 PIN 放大器 Cd-分布电容 Rs接触电阻 Gd-分布电阻 Rb偏置电阻接收器件的响应速度（2）transit timel

4、零场区光生载流子的扩散时间l耗尽区光生载流子的漂移时间l雪崩倍增建立时间接收器件的响应速度(3)RF接头10Gb/s PIN/FET2.5Gb/s APD/FETAPD的温度特征l温度升高，Vb增大，M下降dVb/dT 0.1V/oCl温度升高，噪声电平提高光发送器件光纤通信系统的光发射机光通信系统对光发送器件的要求l更长的工作波长l更稳定的波长特征更稳定的波长特征+更灵活的波长特征更灵活的波长特征l更快的响应速度l更小的RIN噪声及线宽l更高的集成度l更长的寿命光发送器件基本原理半导体发光原理半导体激光器发光三要素：l谐振腔l增益物质l激励DFB激光器原理DFB激光器的耦合波方程-分析激光器

5、的静态特征温度对DFB激光器的影响l阈值电流变大l阈值波长向长波长方向移动注入电流时激光器的空间载流子及光子浓度分布注入电流对激光器的影响l注入电流增加使得激光器的输出光功率变大l注入电流增加使得激光器的有源区空间载流子浓度变大,导致波长向短波长方移动:脉冲注入电流 l注入电流增加使得激光器的有源区的温度升高,导致波长向短波长方移动l综合以上:连续注入电流时 0.01nm/mA外光路反馈的影响lDFB激光器外光路的反馈等价于激光器端面反射率的变化l外光路的反馈l引起的激光器的波长变化量与相位有关l引起的激光器的波长最大变化与反射率有关l在动态调制时引入额外的chirpDFB激光器的速率方程-分

6、析激光器的动态特征DFB激光器的直接调制性能l张弛振荡不可避免l啁啾系数较大:0.7直接调制DFB激光器的啁啾l定义l正啁啾与色散的影响类似，导致脉冲展宽，缩短传输距离啁啾缩短传输距离l随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽l无啁啾光源的传输距离：l理想无啁啾光源传输距离：2.5Gb/s：G.652光纤传输1000km(17000ps/nm)10Gb/s：G.652光纤传输60km(1000ps/nm)l直接调制激光器的传输距离：2.5Gb/s：G.652光纤传输180km(3200ps/nm)外调制技术l电吸收外调制器lMach-Zehnder外调制器LiNbO3外调制器III-V外调制器电

7、吸收外调制器集成电吸收外调制/激光器集成电吸收外调制/激光器传输性能 发送端眼图发送端眼图传输传输8 8X80kmX80km后眼图后眼图Mach-Zehnder外调制器l啁啾系数容易控制，可以为，也可以为负LiNbO3外调制器集成III-V外调制激光器DWDM激光器的要求波长稳定l波长稳定技术温度反馈控制技术波长反馈控制技术l激光器波长的长时间漂移：0.10.2nml采用无源器件进行波长锁定，可以有效防止波长随着时间的漂移，波长漂移5GHz波长锁定技术原理 采用Fabry-Perot标准具OXC激光器的要求波长可调l传统的DFB激光器的波长调节利用温度调节0.1nm/OC范围有限l可调波长激光器多段DFBDBRVSECL外腔激光器多段DFB激光器DBR激光器可调EML激光器VCSEL原理可调波长的VCSEL外腔激光器各种可调激光器的性能对比光发送器件的其它应用lEDFA泵浦激光器980nm/1480nmlRaman放大器光发送器件的安全性要求谢谢