《光纤通信用光器件介绍_Roger.Huang_2006.4.12》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光纤通信用光器件介绍_Roger.Huang_2006.4.12（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光纤通信用光器件介绍光纤通信用光器件介绍 Roger Huang Apr.10 2006 2006-4- 2 主要内容主要内容 光纤通信系统光纤通信系统 缩略语缩略语 LD的基本工作原理及其关键性能指标的基本工作原理及其关键性能指标 TOSA分类及其基本结构分类及其基本结构 TOSA生产工艺生产工艺 TOSA测试原理测试原理 PD的基本工作原理及其关键性能指标的基本工作原理及其关键性能指标 ROSA的分类及基本结构的分类及基本结构 ROSA的生产工艺的生产工艺 ROSA测试原理测试原理 TOSA/ROSA常见问题常见问题 BOSA - 单纤双向应用单纤双向应用 2006-4- 3 光纤通信系统
2、基本链路框图光纤通信系统基本链路框图 电子 发射器 电子 发射器 光 发射器 光 发射器 光 接收器 光 接收器 电子 接收器 电子 接收器 信息信息信息信息 语音 视频 数据 语音 视频 数据 调制 复用 调制 复用 电信号光信号电信号电信号光信号电信号 解调 解复 用 解调 解复 用 语音 视频 数据 语音 视频 数据 光纤 传输 光纤 传输 幅度 时间 幅度 时间 幅度 时间 幅度 时间 光发射器光发射器+传输光纤传输光纤+光接收器光接收器=基本的光纤通信系统基本的光纤通信系统 2006-4- 4 光纤通信系统中的器件光纤通信系统中的器件 波分复用波分复用 薄膜滤波器薄膜滤波器 光纤光柵
3、光纤光柵 列阵波导光柵列阵波导光柵 全息光柵全息光柵 光环行器光环行器 光交错复用器光交错复用器 分波分波/合波摸 块 合波摸 块 增益放大增益放大 光纤放大器光纤放大器 光隔离器光隔离器 分路耦合器分路耦合器 泵浦激光器泵浦激光器 光增益平衡器光增益平衡器 光衰减器光衰减器 半导体光放大 器 半导体光放大 器 光开关光开关 光插分复用 器 光插分复用 器 光交叉联接 器 光交叉联接 器 波长变换器波长变换器 可调滤波器可调滤波器 可调激光器可调激光器 开关交换开关交换发送接收发送接收 信号激光器信号激光器 光调制器光调制器 光电探测器光电探测器 锁波器锁波器 光发送摸块光发送摸块 光接收摸块
4、光接收摸块 光收发摸块光收发摸块 产品超过产品超过9000 品种品种 系统管理系统管理 光性能监控 管理摸块 光性能监控 管理摸块 色散补偿器色散补偿器 偏振模色散 管理摸块 偏振模色散 管理摸块 2006-4- 5 这些器件用在哪？这些器件用在哪？ 通信网络：通信网络： 2006-4- 6 缩略语缩略语 TOSA: Transmitting Optical Sub-Assembly, 光发射组件光发射组件 ROSA: Receiving Optical Sub-Assembly, 光接收组件光接收组件 BOSA: Bi-Directional Optical Sub-Assembly, 光发
5、射接收组件光发射接收组件 LD: Laser Diode, 激光二极管激光二极管 PD: Photo-Diode, 光电二极管光电二极管 MD: Monitor Diode, 监控光电二极管监控光电二极管 FP: Fabry-Perot, 法布里法布里-珀罗激光二极管珀罗激光二极管 DFB: Distributed Feedback Laser, 分布反馈式激光二极管分布反馈式激光二极管 VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 垂直腔面发射激光器垂直腔面发射激光器 PIN: Positive Intrinsic Negative, 同质同质
6、PN结光电二极管结光电二极管 APD: Avalanche Photo-Diode, 雪崩光电二极管雪崩光电二极管 TIA: Transimpedance Amplifier, 跨阻放大器跨阻放大器 SDH: Synchronous Digital Hierarchy, 同步数字体系同步数字体系 SONET: Synchronous Optical Network, 光同步网络光同步网络 GBE: Gigabit Ethernet, 千兆以太网千兆以太网 WDM: Wave Division Multiplexing, 波分复用波分复用 2006-4- 7 LD基本工作原理基本工作原理-光的自
7、发辐射与受激辐射光的自发辐射与受激辐射 自发辐射自发辐射受激辐射受激辐射受激吸收受激吸收 E1 E2E2E2 E2E2E2 E1E1 E1 E1 E1 自发辐射光受激辐射光 入射光hf = E2 - E1入射光hf = E2 - E1 hf = E2 - E1hf = E2 - E1 原子吸收入 射光子跃迁 至高能级 窄谱宽、高功率 强定向性、相干性 窄谱宽、高功率 强定向性、相干性 宽谱宽、低功率 低定向性、相干性 宽谱宽、低功率 低定向性、相干性 2006-4- 8 LD基本工作原理基本工作原理-激光产生的基本条件激光产生的基本条件(1) 受激辐射与增益介质：受激辐射与增益介质： E2 E
8、2 E1 E1 受激辐射光 入射光hf = E2 - E1 hf = E2 - E1 频率频率(Hz) 增益增益/损耗损耗 f1f0f2 增益介质的增益函数曲线受激辐射产生的过程增益介质的增益函数曲线受激辐射产生的过程 2006-4- 9 LD基本工作原理基本工作原理-激光产生的基本条件激光产生的基本条件(2) 粒子数反转与激励源：粒子数反转与激励源： 实现粒子数反转的两种形式实现粒子数反转的两种形式 E3 E2 E1 E3 E2 E1 E0 三能级 体系 h=E2-E1四能级 体系 h=E2-E1 一般采用电流激励、光激励等方法，提供能量把低能级的电子抽运（激励）到高 能级，使高能级的粒子浓
9、度大于低能级的粒子浓度，造成粒子数反转。 一般采用电流激励、光激励等方法，提供能量把低能级的电子抽运（激励）到高 能级，使高能级的粒子浓度大于低能级的粒子浓度，造成粒子数反转。 2006-4- 10 LD基本工作原理基本工作原理-激光产生的基本条件激光产生的基本条件(3) ? 激光器是光学振荡器。除了粒子数反转产生光增益外，另一个基本 条件是提供光的反馈，将光放大器转变为光学振荡器，即需要将增 益介质构成光学谐振腔： 激光器是光学振荡器。除了粒子数反转产生光增益外，另一个基本 条件是提供光的反馈，将光放大器转变为光学振荡器，即需要将增 益介质构成光学谐振腔： P N 注入电流 激光发射激光发射
10、 反射镜面反射镜面 (解理面解理面) Z=0Z=L R1 R2 光学谐振腔与光反馈：光学谐振腔与光反馈： 有源区有源区 (增益介质增益介质) 反射镜面反射镜面 (解理面解理面) 有源区有源区 (增益介质增益介质) 2006-4- 11 LD基本工作原理基本工作原理-激光产生的基本条件激光产生的基本条件(4) ? 由于谐振腔中存在损耗及通过反射镜子的光辐射，受激辐射产生的 光子将不断消耗。只有当增益等于或超过总损耗时，才能建立起稳 定的振荡，这一临界增益称为阈值增益。为达到阈值增益所需的注 入电流称为阈值电流。 由于谐振腔中存在损耗及通过反射镜子的光辐射，受激辐射产生的 光子将不断消耗。只有当增
11、益等于或超过总损耗时，才能建立起稳 定的振荡，这一临界增益称为阈值增益。为达到阈值增益所需的注 入电流称为阈值电流。 P IIth 输 出 功 率 输 出 功 率 阈值电流阈值电流注入电流注入电流 阈值条件：阈值条件： 增益区长度增益区长度(mm) 增益增益 损耗损耗 增益 增益 增益 增益损耗损耗 2006-4- 12 LD基本工作原理基本工作原理-激光二极管的基本结构与类型激光二极管的基本结构与类型 金属 金属 金属 金属 解理面解理面 异质结激活区异质结激活区 + 正向电流正向电流 解理面解理面 光光 FP Laser DiodeDFB Laser Diode 光光 + 正向电流正向电流
12、 金属金属 金属 异质结激活区 金属 异质结激活区 光栅光栅 光光 VCSEL Laser Diode金属金属(正极正极) 金属金属(负极负极) 带量子阱的激活区带量子阱的激活区 布拉格 反射器 布拉格 反射器 /4 /4 2006-4- 13 LD基本工作原理基本工作原理-三种的三种的LD的主要特性与区别的主要特性与区别 Wavelength Power FP Spectrum Wavelength Power DFB Spectrum Wavelength Power VCSEL Spectrum 单横模 多纵模 单横模 多纵模 单纵模单纵模 单纵模单纵模 中心波长：中心波长：1310nm
13、, 1550nm 光谱宽度：光谱宽度：12nm 发射模式：单横模，多纵模 中心波长： 发射模式：单横模，多纵模 中心波长：1310nm, 1550nm 光谱宽度：光谱宽度：0.1nm 发射模式：单纵模 中心波长： 发射模式：单纵模 中心波长：850nm 光谱宽度：光谱宽度：1nm 发射模式：单纵模发射模式：单纵模 2006-4- 14 LD基本工作原理基本工作原理-激光器的偏置与调制激光器的偏置与调制 If(mA) P(mW) Ith 逻辑逻辑1 逻辑逻辑0 输入电脉冲输入电脉冲 IbIm Io=Ib+Im Po=(Ib+Im-Ith)/2 Po 数字调制数字调制 If(mA) P(mW) I
14、th 输入电信号输入电信号 Io=Ib+Im Po=(Ib-Ith) Po 模拟调制模拟调制 Ib Im 输出光脉冲输出光脉冲输出光脉冲输出光脉冲 2006-4- 15 LD基本工作原理基本工作原理-TOSA结构等效图结构等效图 LDPD Vcc 共阳型激光二极管共阳型激光二极管 LDPD GND 共阴型激光二极管共阴型激光二极管 2006-4- 16 TOSA关键性能指标关键性能指标 LD光谱特性光谱特性 ? 中心波长中心波长(p): 激光器发射出的所有光谱线的峰值波长。激光器发射出的所有光谱线的峰值波长。(nm) ? 光谱宽度光谱宽度(): 半高全宽，即光功率下降至峰值波长一半时光谱宽度。
15、半高全宽，即光功率下降至峰值波长一半时光谱宽度。(nm) ? 光谱移动光谱移动(p): 峰值波长随着温度变化的程度。峰值波长随着温度变化的程度。(nm/) LD驱动特性驱动特性 ? 阈值电流阈值电流(Ith): 为达到阈值增益所需的注入电流。(mA)为达到阈值增益所需的注入电流。(mA) ? 阈值电流漂移(阈值电流漂移(Ith) ): 阈值电流随温度变化的程度。阈值电流随温度变化的程度。(mA/) ? 输出光功率输出光功率(Pf): 典型工作电流下的输出光功率。典型工作电流下的输出光功率。(mW or dBm) ? 斜率效率斜率效率(SE): 激光器将电流转化为光功率的效率。激光器将电流转化为
16、光功率的效率。(mW/mA) ? 斜率效率漂移斜率效率漂移(SE/T): 斜率效率随温度变化的程度。斜率效率随温度变化的程度。(%/) ? 正向电压正向电压(Vf): 驱动电流维持额定输出光功率时激光器管两端的压降。驱动电流维持额定输出光功率时激光器管两端的压降。(V) ? 光上升光上升/下降时间下降时间: 光功率从光功率从20%上升至上升至80%的时间，反之为下降时间。的时间，反之为下降时间。(ps) 监控光电二极管监控光电二极管(MD)特性特性 ? 背光电流背光电流(Im): 额定输出光功率时监控光电二极管输出电流。额定输出光功率时监控光电二极管输出电流。(uA) ? 监控光电二极管暗电流监控光电二极管暗电流(Id): 在额定反偏电压下监控光电二极管输出电流。在额定反偏电压下监控光电二极管输出电流。(nA) ? 跟踪误差
