有源光器件专题光收发器件.pptx

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1、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）第1页/共67页光接收器件第2页/共67页光纤通信系统的光接收机第3页/共67页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更长的寿命第4页/共67页光接收器件基本原理光电效应接收机组件第5页/共67页光电效应PNV0耗尽区光功率第6页/共67页不同材料的接收器件响应度第7页/共67页PIN光电二极管I:增加的一层重搀杂的N层，用于增大耗尽区的宽度，提高量子效率PNV0耗尽区I第8页/共67页PIN的结构第

2、9页/共67页APD光电二极管利用“雪崩”效应倍增PNV0耗尽区I+吸收增益P第10页/共67页APD的结构第11页/共67页PIN的主要指标光电转换效率/响应度暗电流响应速度(带宽)第12页/共67页APD的主要指标光电转换效率暗电流雪崩倍增噪声（APD）雪崩倍增因子M（APD）响应速度（增益带宽积）第13页/共67页光接收器件组件PIN/FET及APD/FET第14页/共67页光接收器件组件中的前置放大器第15页/共67页互阻放大器的优点放大器增益受限于反馈电阻，容易实现放大器带宽宽，无须额外的均衡电路，从而提高动态范围较低的噪声指数第16页/共67页光接收器件组件的主要指标接收机灵敏度接

3、收机的光口反射第17页/共67页接收机灵敏度定义：BER达到特定指标(1e-12)时，要求的最小输入光功率量子极限灵敏度第18页/共67页影响接收机灵敏度的因素-噪声接收器件噪声量子噪声APD器件的雪崩噪声前置放大器件的噪声偏置电阻的热噪声放大电路的噪声第19页/共67页第20页/共67页第21页/共67页影响接收机灵敏度的因素-带宽高频响应2.5Gb/s信号，要求达到1.8GHz10Gb/s信号，要求达到8GHz低频响应2.5Gb/s信号，要求达到300kHz10Gb/s信号，要求达到100kHz低频响应直接影响允许的长0及长1码个数第22页/共67页接收器件的响应速度（1）封装电容及电阻

4、PIN 放大器 Cd-分布电容 Rs接触电阻 Gd-分布电阻 Rb偏置电阻第23页/共67页接收器件的响应速度（2）transit time零场区光生载流子的扩散时间耗尽区光生载流子的漂移时间雪崩倍增建立时间第24页/共67页第25页/共67页第26页/共67页接收器件的响应速度(3)RF接头10Gb/s PIN/FET2.5Gb/s APD/FET第27页/共67页APD的温度特征温度升高，Vb增大，M下降dVb/dT 0.1V/oC温度升高，噪声电平提高第28页/共67页光发送器件第29页/共67页光纤通信系统的光发射机第30页/共67页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

5、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更长的寿命第31页/共67页光发送器件基本原理第32页/共67页半导体发光原理第33页/共67页半导体激光器发光三要素：谐振腔增益物质激励第34页/共67页DFB激光器原理第35页/共67页DFB激光器的耦合波方程-分析激光器的静态特征第36页/共67页温度对DFB激光器的影响阈值电流变大阈值波长向长波长方向移动第37页/共67页注入电流时激光器的空间载流子及光子浓度分布第38页/共67页注入电流对激光器的影响注入电流增加使得激光器的输出光功率变大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

6、长方移动:脉冲注入电流 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综合以上:连续注入电流时 0.01nm/mA第39页/共67页外光路反馈的影响DFB激光器外光路的反馈等价于激光器端面反射率的变化外光路的反馈引起的激光器的波长变化量与相位有关引起的激光器的波长最大变化与反射率有关在动态调制时引入额外的chirp第40页/共67页DFB激光器的速率方程-分析激光器的动态特征第41页/共67页DFB激光器的直接调制性能张弛振荡不可避免啁啾系数较大:0.7第42页/共67页直接调制DFB激光器的啁啾定义正啁啾与色散的影响类似，导致脉冲展宽，缩短传输距离第43页/共67页啁啾缩短

7、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)第44页/共67页外调制技术电吸收外调制器Mach-Zehnder外调制器LiNbO3外调制器III-V外调制器第45页/共67页电吸收外调制器第46页/共67页集成电吸收外调制/激光器第47页/共67页集成电吸收外调制/激光器传输性能 发送端眼图发送端眼图传输传输8X80k

8、m8X80km后眼图后眼图第48页/共67页Mach-Zehnder外调制器啁啾系数容易控制，可以为，也可以为负第49页/共67页LiNbO3外调制器第50页/共67页集成III-V外调制激光器第51页/共67页DWDM激光器的要求波长稳定波长稳定技术温度反馈控制技术波长反馈控制技术激光器波长的长时间漂移：0.10.2nm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第52页/共67页波长锁定技术原理 采用Fabry-Perot标准具第53页/共67页OXC激光器的要求波长可调传统的DFB激光器的波长调节利用温度调节0.1nm/OC范围有限可调波长激光器多段DFBDBRVSECL外腔激光器第54页/共67页第55页/共67页多段DFB激光器第56页/共67页DBR激光器第57页/共67页可调EML激光器第58页/共67页VCSEL原理第59页/共67页可调波长的VCSEL第60页/共67页第61页/共67页外腔激光器第62页/共67页各种可调激光器的性能对比第63页/共67页光发送器件的其它应用EDFA泵浦激光器980nm/1480nmRaman放大器第64页/共67页光发送器件的安全性要求第65页/共67页谢谢第66页/共67页感谢您的观看！第67页/共67页