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1、光纤通信系统中的 光接收与光发送器件,2001-06,主要内容,光纤通信系统对光接收发送器件的需求 光接收器件基本原理 光接收器件发展趋势 光发送器件基本原理 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,更长的工作波长，更高的波长响应度 更快的响应速度 更小的噪声 更好的温度特性 更小的体积 更长的寿命,光接收器件基本原理,光电效应 接收机组件,光电效应,不同材料的接收器件响应度,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,PIN的
2、结构,APD光电二极管,利用“雪崩”效应倍增,APD的结构,PIN的主要指标,光电转换效率/响应度 暗电流 响应速度(带宽),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）,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,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,光接收器件组件的主要指标,接收机灵敏度 接收机的光口反射,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,影响接
3、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,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1.8GHz 10Gb/s信号，要求达到8GHz 低频响应 2.5Gb/s信号，要求达到300kHz 10Gb/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,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 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
4、雪崩倍增建立时间,接收器件的响应速度(3) RF接头,10Gb/s PIN/FET,2.5Gb/s APD/FET,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,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,更长的工作波长 更稳定的波长特征+更灵活的波长特征 更快的响应速度 更小的RIN噪声及线宽 更高的集成度 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： 谐振腔 增益物质 激励,DFB激光器原理,DFB激光器的耦合波方程 -分析激光器的静态特征,温度对DFB激光器的影响,阈值电流变大 阈值
5、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,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,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,DFB激光器的速率方程 -分析激光器的动态特征,DFB激光器的直接调制性
6、能,张弛振荡不可避免 啁啾系数较大:0.7,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,啁啾缩短传输距离,随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽 无啁啾光源的传输距离： 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) 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,电吸收外调制器 Mach-Zehnder外调制器 LiNbO3外调制器 III-V外调制器,电吸收外调制器,集成电
7、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,传输8X80km后眼图,Mach-Zehnder外调制器,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,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,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,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DFB DBR VSECL 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,EDFA泵浦激光器980nm/1480nm Raman放大器,光发送器件的安全性要求,谢谢,
