第四章 通信用光器件1要点

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1.0
£½90£¥
0.8
InGaAs
70£¥
0.6
Si
50£¥
Ge
0.4 30£¥
(¡¤W £-1)
0.பைடு நூலகம் 10£¥
0 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 m
图3-22 PIN光电二极管响应度、 量子效应率 与波长 的关系
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(二) 响应时间和频率特性。 光电二极管对高速调制光信号的响应能力 用脉冲响应时间τ或截止频率fc(带宽B)表示。
光电二极管一般性能和应用 表3.3和表3.4列出半导体光电二极管(PIN 和APD)的一般性能。 APD是有增益的光电二极管，在光接收机 灵敏度要求较高的场合，采用APD有利于延长 系统的传输距离。 灵敏度要求不高的场合，一般采用PIN-PD。
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表3.3 PIN光电二极管一般特性
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同理，APD暗电流产生的均方噪声电流
应为
〈 i2d〉=2eIdBg2+x
(3.27)
附加噪声指数x与器件所用材料和制造工 艺有关
Si-APD 的 x=0.3~0.5 ， Ge-APD 的 x=0.8~1.0，InGaAs-APD的x=0.5~0.7。
当式(3.26)和式(3.27)的g=1时，得到的结 果和PIN相同。 第32页/共90页
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PIN光电二极管的工作原理和结构见图 3.20和图3.21。
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光 抗反 射膜
电极
P＋
(n)
N＋ E
电极
图3. 21 PIN光电二极管结构
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中间的I层是N型掺杂浓度很低的本征半导 体，用Π(N)表示；两侧是掺杂浓度很高的P型 和N型半导体，用P+和N+表示。

06 光器件的发展前景与挑战
新材料与新工艺
新材料
新型光子晶体、二维材料等具有优异光学性能的新材料，为光器件的研发提供了更多可 能性。
新工艺
纳米光刻、电子束蒸发等新工艺，提高了光器件的制造精度和效率，降低了生产成本。
集成化与小型化
集成化
将多个光器件集成在一个芯片上，实现 多功能、高性能的光子集成回路，提高 光通信系统的集成度和可靠性。
光网络设备
光网络设备是实现光信号传输的核心设备，包 括光交换机、光路由器、光调制解调器等。
光网络设备利用光器件实现光信号的处理和交 换，支持高速、大容量的数据传输，广泛应用 于数据中心、云计算、物联网等领域。
光网络设备的技术发展迅速，不断涌现出新的 技术成果，如光子集成电路、光子晶体等，为 未来的光通信技术发展提供了更多可能性。
移动通信系统
移动通信系统是现代通信的重要组成部分，利用无线 电波传输信息，具有移动性、便捷性等特点。
光器件在移动通信系统中也发挥着重要作用，如用于 基站的光模块、用于光回传的光收发器等。
随着5G、6G等新一代移动通信技术的发展，光器件 在移动通信系统中的应用将更加广泛，对系统的性能
和稳定性要求也更高。
调制器
总结词
调制器是用于将信息加载到光波上的器件，通过改变光波的某些参数（如幅度、频率或相位）来传递信息。
详细描述
调制器通常由电光材料制成，当电场施加到材料上时，会改变其折射率，从而改变通过调制器的光波参数。常见 的调制器有电吸收型调制器和马赫-曾德尔调制器等。
探测器
总结词
探测器是用于检测光信号并将其转换 为电信号的器件，在光通信和光检测 等领域应用广泛。
光器件介绍京信通信系统

使N2 ＞ N1 （高能级上的电子数多于低能级上的电子数），这种粒
子数的反常态分布称为粒子（电子）数反转分布。 粒子数反转分布状态是使物质产生光放大而发光的首要条件。
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1.1 激光器的工作原理
2．激光器的工作原理
激光器包括以下3个部分： • 必须有产生激光的工作物质（激活物质）； • 必须有能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源 （泵浦源）； • 必须有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。 （1）产生激光的工作物质 即处于粒子数反转分布状态的工作物质，称为激活物质或增益 物质，它是产生激光的必要条件。
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1.1 激光器的工作原理
图3-3 激光器示意图
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1.1 激光器的工作原理
③ 光学谐振腔的谐振条件与谐振频率 设谐振腔的长度为L，则谐振腔的谐振条件为
2nL
q
（3-6）
或
f c cq
2nL
（3-7）
式中，c为光在真空中的速度，λ为激光波长，n为激活物质的折
射率，L为光学谐振腔的腔长，q=1，2，3…称为纵模模数。
图3-6 GaAlAs-GaAs激光器的光谱
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1.2 半导体激光器
随着驱动电流的增加，纵模模数逐渐减少，谱线宽度变窄。当 驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵 模激光器。
普通激光器工作在直流或低码速情况下，它具有良好的单纵模 谱线，所对应的光谱只有一根谱线，如图3-6（a）所示。而在高码 速调制情况下，其线谱呈现多纵模谱线。如图3-6（b）所示。
式中，h为普朗克常数，f 12 为吸收或辐射的光子频率。 当处于低能级E1 的电子受到一个光子能量∆E =hf12的光照射时， 该能量被吸收，使原子中的电子激发到较高的能级E2 上去。

光纤通信复习（各章复习要点）光纤通信复习（各章复习要点）第⼀章光纤的基本理论1、光纤的结构以及各部分所⽤材料成分2、光纤的种类3、光纤的数值孔径与相对折射率差4、光纤的⾊散5、渐变光纤6、单模光纤的带宽计算7、光纤的损耗谱8、多模光纤归⼀化频率，模的数量第⼆章光源和光发射机1、光纤通信中的光源2、LD的P-I曲线，测量Ith做法3、半导体激光器的有源区4、激光器的输出功率与温度关系5、激光器的发射中⼼波长与温度的关系6、发光⼆极管⼀般采⽤的结构7、光源的调制8、从阶跃响应的瞬态分析⼊⼿，对LD数字调制过程出现的电光延迟和张弛振荡的瞬态性质分析（p76）9、曼彻斯特码10、DFB激光器第三章光接收机1、光接收机的主要性能指标2、光接收机主要包括光电变换、放⼤、均衡和再⽣等部分3、光电检测器的两种类型4、光电⼆极管利⽤PN结的什么效应第四章光纤通信系统1、光纤通信系统及其⽹管OAM2、SDH系统3、再⽣段距离的设计分两种情况4、EDFA第五章⽆源光器件和WDM1、⼏个常⽤性能参数2、波分复⽤器的复⽤信道的参考频率和最⼩间隔3、啁啾光纤光栅4、光环形器的各组成部分的功能及⼯作原理其他1、光孤⼦2、中英⽂全称：DWDM 、EDFA 、OADM 、SDH 、SOA第⼀章习题⼀、单选题1、阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界⾯上（B）⽽是能量集中在芯⼦之中传输。

A、半反射B、全反射C、全折射D、半折射2、多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是（A）的。

A、连续变化B、恒定不变C、间断变换D、基本不变3、⽬前，光纤在（B）nm处的损耗可以做到0.2dB/nm左右，接近光纤损耗的理论极限值。

A、1050B、1550C、2050D、25504、普通⽯英光纤在波长（A）nm附近波导⾊散与材料⾊散可以相互抵消，使⼆者总的⾊散为零。

A、1310B、2310C、3310D、43105、⾮零⾊散位移单模光纤也称为（D）光纤，是为适应波分复⽤传输系统设计和制造的新型光纤。