有源光器件专题-光收发器件.ppt

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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PNV0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PN

2、V0耗尽区IPIN的结构APD光电二极管利用“雪崩”效应倍增PNV0耗尽区I++吸收增益PAPD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

3、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2.5Gb/s信号，要求达到~1.8GHz10Gb/s信号，要求达到~8GHz低频响应2.5Gb/s信号，要求达到~300kHz10Gb/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）transittime零场区光生载流

4、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10Gb/sPIN/FET2.5Gb/sAPD/FETAPD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

5、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~0.01nm/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chirpDFB激光器的速率方程----分析激

6、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：2.5Gb/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

7、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8X80km后眼图Mach-Zehnder外调制器啁啾系数容易控制，可以为０，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：0.1~0.2nm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

8、.1nm/OC范围有限可调波长激光器多段DFBDBRVSECL外腔激光器多段DF