第五章 光有源器件概述
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光通信用光器件分类:光无源器件OpticalPassiveDevices〔光被动器件〕光有源器件OpticalActiveDevices( 光主动器件)简介:光无源器件光纤通信系统中应用的光无源器件有光连接器、光耦合器、光隔离器、光衰减器、光开关,光滤波器和光波分复用器等。
光无源器件在光纤通信系统中的功能是对输入的光信号作被动操作,如光束的分波和合波、分束和合束、光的开关、衰减和偏振控制等。
类似于电子电路中的电阻、电容和电感元件。
简介:光有源器件泵浦光源、探测器、光调制器和光放大光纤通信系统中应用的光有源器件有信号光源、器等。
光有源器件在光纤通信系统中的功能是对光信号作主动操作,包括光信号的发射、探测和放大、光调制和波长变换等。
并非接通电源的光器件都是有源器件。
光无源器件详细知识虽然对各种光无源器件的特性有不同的要求,但普遍的要求是插入损耗小、反射损耗大、工作温度范围宽、性能稳定、寿命长、体积小、隔离度高、价格廉价,许多光无源器件还要求便于集成。
光纤连接及光纤连接器光纤连接:永久性连接,活动性连接永久性连接主要采用熔接法实现,借助光纤熔接机完成;活动性连接主要利用光纤连接器实现。
光纤连接器根本构成:两个配合插头和一个耦合管。
五种结构:套管结构,双锥结构,V型槽结构,球面定心结构,透镜耦合结构连接器种类:性能指标:插入损耗:回波损耗:重复性和互换性我们的器材参数:所有的光无源器材都是FC/APC接口,光源是FC/PC接口〔通过PC-APC跳线转接〕。
插入损耗:左右〔以FaradayRotator为例〕回波损耗:60db左右〔以FaradayRotator为例〕光耦合器附:光纤分束器是将一根光纤内的波长、能量、偏振等特性进行重新分配到不同光纤的一种器件。
分能量的一般叫光纤分路器或者光纤耦合器;分波长的是波分复用器;分偏振的是偏振分束器;作用:使传输中的光信号在特殊结构的耦合区发生耦合并进行再分配。
类型:定向耦合器〔X型〕;Y型分路器;星型耦合器;树形耦合器定向耦合器:光信号从端1传输到端3,一局部从端4输出,端2无输出;光信号从端3传输到端1,一局部从端2输出,端4无输出。
光有源器件光有源器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件,是光传输系统的心脏。
将电信号转换成光信号的器件称为光源,主要有半导体发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。
将光信号转换成电信号的器件称为光检测器,主要有光电二极管(PIN)和雪崩光电二极管(APD)。
光纤放大器成为光有源器件的新秀,当前大量应用的是掺铒光纤放大器(EDFA),很有应用前景的是拉曼光放大器。
半导体激光二极管(LD)即半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器,由于物质结构上的差异,产生激光的具体过程比较特殊。
常用材料有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。
激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。
半导体激光器件,可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。
同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件,而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
半导体激光器工作原理是激励方式,利用半导体物质(电子)在能带间跃迁发光,用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜,组成谐振腔,使光振荡、反馈、产生光的辐射放大,输出激光。
半导体激光器的特性有封装技术、驱动电流、输出功率、峰值波长和光谱宽度等。
半导体激光器封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的,但却有很大的特殊性。
一般情况下,分立器件的管芯被密封在封装体内,封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。
而半导体激光器封装则是为了隔绝环境,避免损害,保证清洁;为器件提供合适的外引线;提高机械强度,抵抗恶劣环境;提高光学性能。
通常情况下,半导体激光器的发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/℃,光谱宽度随之增加,影响颜色鲜艳度。
另外,当正向电流流经pn结,发热性损耗使结区产生温升,在室温附近,温度每升高1℃,半导体激光器的发光强度会相应地减少1%左右,封装散热;时保持色纯度与发光强度非常重要,以往多采用减少其驱动电流的办法,降低结温,多数半导体激光器的驱动电流限制在20mA左右。
光有源器件100131320 朱丹摘要:光有源器件是光纤通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件,是光传输系统的心脏。
将电信号转换成光信号的器件称为光源,主要有半导体发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。
将光信号转换成电信号的器件称为光检测器,主要有光电二极管(PIN)和雪崩光电二极管(APD)。
光纤放大器成为光有源器件的新秀,当前大量应用的是掺铒光纤放大器(EDFA),很有应用前景的是拉曼光放大器。
关键词:信息科学光波光纤通信技术综述光有源器件属于光纤通信技术的组成部分。
光导纤维通信就是利用光导纤维传输信号,以实现信息传递的一种通信方式。
光导纤维通信简称光纤通信。
可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。
实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤,而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。
光有源器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件,是光传输系统的心脏。
将电信号转换成光信号的器件称为光源,主要有半导体发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。
将光信号转换成电信号的器件称为光检测器,主要有光电二极管(PIN)和雪崩光电二极管(APD)。
近年来,光纤放大器成为光有源器件的新秀,当前大量应用的是掺铒光纤放大器(EDFA),正在研究并很有应用前景的是拉曼光放大器。
原理光纤由纤芯,包层和涂层组成,内芯一般为几十微米或几微米,比一根头发丝还细;中间层称为包层,通过纤芯和包层的折射率不同,从而实现光信号在纤芯内的全反射也就是光信号的传输;涂层的作用就是增加光纤的韧性保护光纤。
光源可分为:1.天然光源(如太阳、火焰、闪电、萤火虫等)2.人造光源(如点燃的蜡烛、发光的电灯、激光束等)注意:有些物体,比如月亮,本身并不发光,而是反射太阳光才被人看见的,所以月亮不是光源。
而人造光源一定要是正在发光的物体。
物理学上指能发出一定波长范围的电磁波(包括可见光与紫外线、红外线和X光线等不可见光)的物体。
第五章光源§1 概述任何把其它形式能量转化为光能并发射出来的物体叫做光源,可分为被动和主动发光的光源,因此,光源这个题目太大,如图5-1示,现只介绍在光学实验室里经常使用的光源,例如,热辐射类型和非热辐射类型。
图5-1 光源的分类热辐射类型光源就是将热能转化为光能的器件,从热辐射的量子理论,温度处于绝对零度的物体都可能辐射,即为温度辐射,已知黑体是完全的温度辐射体,其它的辐射体发射的能量在同一温度时少于黑体,理论和实验研究得出不同绝对温度下黑体的辐射亮度与光波长的关系曲线如图5-2示,绝对温度决定辐射的最大波长值,它们成反比关系,叫做维恩定律:λm=A/T,其中A是常数(A=2.896×10-3m.K),可见随着温度增高光波长的峰值移向短波方向。
非热辐射类型可能是电致发光,光致发光,化学发光或生物发光等等光源,使用者可视具体需求和可能选用某种光源。
我们只介绍常用的光源,如钨灯,钠灯,汞灯和激光器等。
图5-3和5-4分别给出卤素灯和氙气灯的发射谱线,它们来自产品广告资料。
图5-2黑体辐射图5-3 卤素灯光谱图5-4 氙灯光谱§2 连续光谱灯根据上述热辐射理论,光波长与温度满足一定的规律。
加热铁、碳或钨等物体,可以发射出连续光谱而成为光源。
常见的为钨制成的灯,因为钨具有蒸发速率较小、发光效率较高,灯的寿命较长等特点,钨可制成丝或带状,叫做钨丝灯或钨带灯。
钨的辐射本领见图5-5示,可见它发射的是连续谱线。
在灯泡内充氩或氮等惰性气体时,它们发射可见光波和近红外光波,构成连续谱线,图5-6中的a 表示光栅光谱仪测绘的白炽灯谱线,看起来颜色白里含黄红色。
钨灯工作电压用交流或直流电压,电压大小或功率大小可视需要选择。
灯泡里充有溴、碘、或其它卤元素时,是溴钨灯、碘钨灯、或卤钨灯。
溴钨灯也发射连续光谱(图5-6的c ),但更近白色,因为里边短波长成份比白炽灯发射的多。
图5-6的b 是钨带灯发射的谱线。