有源光器件专题-光收发器件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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,P,N,V,0,耗尽区,光功率,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,P,N,V,0,耗尽区,I,PIN,的结构,APD,光电二极管,利用“雪崩”效应倍增,P,N,V,0,耗尽区,I,+,+,吸收,增益,P,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(1,e-12),时，要求的最小输入光功率,量子极限灵敏度,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,影响接收机灵敏度的因素-带宽,高频响应,2.5,Gb,/s,信号，要求达到1.8,GHz,10,Gb,/s,信号，要求达到8,GHz,低频响应,2.5,Gb,/s,信号，要求达到300,kHz,10,Gb,/s,信号，要求达到100,kHz,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,雪崩倍增建立时间,接收器件的响应速度(3),RF,接头,10,Gb,/s PIN/FET,2.5,Gb,/s APD/FET,APD,的,温度特征,温度升高，,Vb,增大，,M,下降,dVb,/,dT,0.1V/,o,C,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 0.01,nm/,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：,2.5,Gb,/s：G.652,光纤传输1000,km(17000ps/nm),10Gb/s：G.652,光纤传输60,km(1000ps/nm),直接调制激光器的传输距离：,2.5,Gb,/s：G.652,光纤传输180,km(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8,X80km,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：0.10.2,nm,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5,GHz,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0.1,nm/,O,C,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980,nm/1480nm,Raman,放大器,光,发送器件的安全性要求,谢谢,