光纖通信課件03

1、第3章 通信用光器件 8/16/20221第3章 通信用光器件 本章內(nèi)容 光源：半導體激光器和發(fā)光二極管的工作原理、基本結構和工作特性。 光電檢測器：PIN和APD光電二極管的工作原理、基本結構和工作特性。 光連接器、光衰減器、光耦合器和光開關、光放大器等器件的功能與用途。8/16/20222本章重點 激光器的工作原理。 半導體激光器和發(fā)光二極管工作原理及其工作特性。 光電檢測器的工作原理及其工作特性。 光連接器、光衰減器等無源器件的功能及主要性能。 EDFA的基本結構及應用。本章難點 發(fā)光機理、各種器件的工作原理。第3章 通信用光器件 8/16/20223學習本章目的和要求 了解半導體激光器

2、工作的物理基礎。 掌握半導體激光器和發(fā)光二極管工作原理及其工作特性。 熟悉光源驅動電路的工作原理。 掌握光電檢測器的工作原理及特性。 掌握光連接器、光衰減器、光耦合器和光開關等器件的功能及主要性能。 了解光放大器的類型，掌握EDFA的基本結構及應用。 第3章 通信用光器件8/16/202243.1 光源 光源是光纖通信設備的核心器件，它的作用是將電信號轉換成光信號并送入光纖線路中進行傳輸。 目前，光纖通信中普遍采用的光源器件是半導體激光器（LD）和半導體發(fā)光二極管（LED）。在高速率、遠距離的傳輸系統(tǒng)中均采用光譜寬度很窄的分布反饋式半導體激光器（DFB-LD）和量子阱激光器（MQW-LD）。8

3、/16/202253.1.1 激光器的工作原理 半導體激光器：是向半導體P-N結注入電流，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布，產(chǎn)生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩輸出激光。 1激光器的物理基礎 （1）光子的概念 愛因斯坦的光量子學說認為，光是由能量為hf 的光量子組成的，其中h=6.6281034 Js（焦耳秒），稱為普朗克常數(shù)，f 是光波頻率，人們將這些光量子稱為光子。 不同頻率的光子具有不同的能量。而攜帶信息的光波，它所具有的能量只能是hf 的整數(shù)倍。當光與物質相互作用時，光子的能量作為一個整體被吸收或發(fā)射。8/16/202263.1.1 激光器的工作原理 （2）原子能級 物質是由

4、原子組成，而原子是由原子核和核外電子構成。當物質中原子的內(nèi)部能量變化時，可能產(chǎn)生光波。 電子在原子核外以確定的軌道繞核旋轉，電子離核越遠，其能量越大，這樣就使原子形成不同穩(wěn)定狀態(tài)的能級。 最低的能級E 1稱為基態(tài)，能量比基態(tài)大的所有其他能級E i（i=2，3，4，）都稱為激發(fā)態(tài)。當電子從較高能級E2躍遷至較低能級E1時，其能級間的能量差為E =E2E1，并以光子的形式釋放出來，這個能量差與輻射光的頻率f 12之間有以下關系式8/16/202273.1.1 激光器的工作原理 反之，當處于低能級E1 的電子受到一個光子能量E =hf12的光照射時，該能量被吸收，使原子中的電子激發(fā)到較高的能級E2

5、上去。 光纖通信用的發(fā)光元件和光檢測元件就是利用頻率與這兩能級間的能量差（E）成比例的光的輻射和光的吸收現(xiàn)象。8/16/202283.1.1 激光器的工作原理 （3）光與物質的三種作用形式 光可以被物質吸收，也可以從物質中發(fā)射。愛因斯坦指出光與物質的相互作用，可以歸結為光與原子的相互作用，將發(fā)生受激吸收、自發(fā)輻射、受激輻射三種物理過程。如圖3-1所示。圖3-1 能級和電子躍遷8/16/202293.1.1 激光器的工作原理 受激吸收。 在正常狀態(tài)下，電子通常處于低能級（即基態(tài)） E1 ，如圖3-1（a）所示，在入射光的作用下，電子吸收光子的能量后躍遷到高能級（即激發(fā)態(tài)） E2 ，產(chǎn)生光電流，這

6、種躍遷稱為受激吸收。半導體光電檢測器就是按照這種原理工作的。 受激吸收的特點是：不是自發(fā)的，必須在外來光子的激勵下才會產(chǎn)生。外來光子的能量等于電子躍遷的能級差，hf12 E2 E1。8/16/2022103.1.1 激光器的工作原理 自發(fā)輻射。 處于高能級E2 上的電子是不穩(wěn)定的，即使沒有外界的作用，也會自發(fā)地躍遷到低能級E1上與空穴復合，釋放的能量轉換為光子輻射出去，這種躍遷稱為自發(fā)輻射，如圖3-1（b）所示。半導體發(fā)光二極管是按照這種原理工作的。 自發(fā)輻射的特點是：發(fā)光過程是自發(fā)的，輻射出的光子頻率、相位和方向都是隨機的，輸出的是非相干光，光譜范圍較寬。8/16/2022113.1.1 激

7、光器的工作原理 受激輻射。 處于高能級E2 上的電子，受到能量為hf12 的外來光子激發(fā)時，使電子被迫躍遷到低能級E1 上與空穴復合，同時釋放出一個與外來光子同頻率、同相位、同偏振方向、同傳播方向的光子（稱為全同光子）。由于這個過程是在外來光子的激發(fā)下產(chǎn)生的，所以這種躍遷稱為受激輻射，如圖3-1（c）所示。半導體激光器是按照這種原理工作的。 受激輻射的特點是：發(fā)光過程不是自發(fā)的，而是受外來光子的激發(fā)引起的。輻射出的光子是外來光子的全同光子，可實現(xiàn)光放大，輸出的光是相干光，光譜范圍較窄。8/16/2022123.1.1 激光器的工作原理 （4）粒子數(shù)反轉分布與光的放大 在正常分布狀態(tài)下，即熱平衡

8、狀態(tài)下，低能級上的電子多，高能級上的電子少。如設低能級上的粒子密度為N1 ，高能級上的粒子密度為N2，在正常狀態(tài)下， N1 N2，那么，在單位時間內(nèi)，從高能級躍遷到低能級上的粒子數(shù)，總是少于從低能級躍遷到高能級上的粒子數(shù)，因此，總是受激吸收大于受激輻射。即在熱平衡條件下，物質不可能有光的放大作用。 要想物質能夠產(chǎn)生光的放大，就必須使受激輻射大于受激吸收，也就是使N2 N1（高能級上的電子數(shù)多于低能級上的電子數(shù)），這種粒子數(shù)的反常態(tài)分布稱為粒子（電子）數(shù)反轉分布。因此，粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)是使物質產(chǎn)生光放大而發(fā)光的首要條件。 8/16/2022133.1.1 激光器的工作原理 2激光器的工作原理

9、所謂激光器就是激光自激振蕩器。它包括以下3個部分： 必須有產(chǎn)生激光的工作物質（激活物質）； 必須有能夠使工作物質處于粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)的激勵源（泵浦源）； 必須有能夠完成頻率選擇及反饋作用的光學諧振腔。 （1）能夠產(chǎn)生激光的工作物質 工作物質是能夠發(fā)光的介質，其在泵浦源的激發(fā)下，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布，是產(chǎn)生激光的前提。 8/16/2022143.1.1 激光器的工作原理 （2）泵浦源 使工作物質產(chǎn)生粒子數(shù)反轉分布的外界激勵源，稱為泵浦源。物質在泵浦源的作用下，使粒子數(shù)從低能級躍遷到高能級，使得N2N1，在這種情況下，受激輻射大于受激吸收，從而有光的放大作用。這時的工作物質已被激活，成為激活物質或

10、增益物質。8/16/2022153.1.1 激光器的工作原理 （3）光學諧振腔 激活物質只能使光放大，只有把激活物質置于光學諧振腔中，以提供必要的反饋及對光的頻率和方向進行選擇，才能獲得連續(xù)的光放大和激光振蕩輸出。 光學諧振腔的結構 在激活物質的兩端的適當位置，放置兩個反射系數(shù)分別為r1和r2的平行反射鏡M1和M2，就構成了最簡單的光學諧振腔。 如果反射鏡是平面鏡，稱為平面腔；如果反射鏡是球面鏡，則稱為球面腔。對于兩個反射鏡，要求其中一個能全反射，另一個為部分反射。如M1 為全反射，其反射系數(shù)r1 =1。 M2 為部分反射，其反射系數(shù)r2 1。產(chǎn)生的激光由M2 射出。8/16/2022163.

11、1.1 激光器的工作原理圖3-2 光學諧振腔的結構圖3-3 激光器示意圖8/16/2022173.1.1 激光器的工作原理 諧振腔產(chǎn)生激光振蕩過程 如圖3-3所示，當工作物質在泵浦源的作用下，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布，由于高能級上的粒子不穩(wěn)定，會產(chǎn)生自發(fā)輻射。只有與諧振腔軸線平行的自發(fā)輻射光子才能存在，繼續(xù)前進。當它遇到一個高能級上的粒子時，將使之感應產(chǎn)生受激躍遷，激發(fā)出一個全同的光子，這就是受激輻射。這兩個光子繼續(xù)運動，又在激活物質中來回穿行。當受激輻射光在諧振腔內(nèi)來回反射一次，相位的改變量正好是2的整數(shù)倍時，則向同一方向傳播的若干受激輻射光相互加強，產(chǎn)生諧振。達到一定強度后，就從部分反射鏡M2透

12、射出來，形成一束筆直的激光。當達到平衡時，受激輻射光在諧振腔中每往返一次由放大所得的能量，恰好抵消所消耗的能量時，激光器即保持穩(wěn)定的輸出。8/16/2022183.1.1 激光器的工作原理 可見，要構成一個激光器，必須具備3個部分：工作物質、泵浦源和光學諧振腔。 工作物質在泵浦源的作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉分布，成為激活物質，從而具有光的放大作用，激活物質和光學諧振腔是產(chǎn)生激光振蕩的必要條件。8/16/2022193.1.1 激光器的工作原理 起振的閾值條件 任何激光器都存在一定的損耗。要使激光器產(chǎn)生自激振蕩，最低限度應要求激光器的增益剛好能抵消掉它的衰減，將激光器能產(chǎn)生激光振蕩的最低限度稱為激光器

13、的閾值條件。如以G th表示閾值增益系數(shù)，則起振的閾值條件 為光學諧振腔內(nèi)激活物質的損耗系數(shù)，L為光學諧振腔的腔長，r1，r2為光學諧振腔兩個反射鏡的反射系數(shù)。 由上式可見，激光器的閾值條件決定于光學諧振腔的固有損耗。損耗越小，閾值條件越低，激光器越容易起振。8/16/2022203.1.1 激光器的工作原理 光學諧振腔的諧振條件與諧振頻率 在諧振腔中諧振，只有那些與諧振腔軸平行，且往返一次的相位差（）等于2的整數(shù)倍的光才能形成正反饋，產(chǎn)生諧振，使光波加強，不滿足此條件的光波會因損耗而消失。即 q 1，2，3稱為縱模模數(shù)，設諧振腔的長度為L，光在工作物質中傳播時的波長為q，則有 由上面兩式可知

14、光學諧振腔的諧振波長為 8/16/2022213.1.1 激光器的工作原理 當工作物質的折射指數(shù)為n時，折射到真空的光學諧振腔的諧振波長0q和諧振頻率f0q為 由上面兩式可見，0q和f0q與光學諧振腔內(nèi)材料的折射率n有關。 隨著q的一系列的分立取值，對應于0q和f0q也有一系列不連續(xù)的值，存在多個諧振頻率。但只有那些有增益，且增益系數(shù)大于損耗系數(shù)的光波才存在。8/16/2022223.1.2 半導體激光器 用半導體材料作為工作物質的激光器，稱為半導體激光器（LD）。它由工作物質、光學諧振腔和激勵源組成。 LD是有閾值器件，LED是無閾值器件，同屬半導體發(fā)光器件。 光纖通信系統(tǒng)對半導體發(fā)光器件的

15、基本要求如下。 （1） 光源的發(fā)光波長應符合目前光纖的三個低損耗窗口。 （2） 能夠在室溫下長時間連續(xù)工作，并能提供足夠的光輸出功率。 （3） 與光纖耦合效率高。 （4）光源的譜線寬度要窄。 （5） 壽命長，工作穩(wěn)定。8/16/2022233.1.2 半導體激光器 1半導體激光器的基本結構和工作原理 （1）基本結構 在半導體激光器中，從光振蕩的形式上來看，主要有兩種方式構成的激光器。 一種是用天然解理面形成的F-P腔（Fabry Perot，法布里-珀羅諧振腔），這種激光器稱為F-P腔激光器； 另一種是分布反饋型（DFB）激光器。首先介紹F-P腔激光器。 F-P腔激光器從結構上可分為同質結半導

16、體激光器、單異質半導體激光器和雙異質半導體激光器。它們的共性是在P-N結上外加正向偏壓作泵浦源，半導體P-N結構成光學諧振腔，由半導體的天然解理面拋光形成兩個反射鏡。8/16/2022243.1.2 半導體激光器 目前，光纖通信用的激光器大多采用如圖3-4所示的銦鎵砷磷（InGaAsP）雙異質結條形激光器。圖3-4 InGaAsP雙異質結條形激光器的基本結構8/16/2022253.1.2 半導體激光器 （2）工作原理 用半導體材料做成的激光器，當激光器的P-N結上外加的正向偏壓足夠大時，使注入結區(qū)（也稱為有源區(qū)）的電子足夠多時，使得P-N結的結區(qū)出現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)，在P-N結區(qū)出現(xiàn)自發(fā)輻

17、射，并引起受激輻射。產(chǎn)生的光子再經(jīng)P-N結構成的光學諧振腔來回反射，光強不斷加強，經(jīng)諧振腔選頻，從而形成激光。8/16/2022263.1.2 半導體激光器 2半導體激光器的工作特性 （1）發(fā)射波長 半導體激光器的發(fā)射波長取決于導帶的電子躍遷到價帶時所釋放出的能量，這個能量近似等于禁帶寬度Eg(eV)，由式（3-1）得到 hf = Eg 式中， ，f (Hz)和(m)分別為發(fā)射光的頻率和波長，c=3108m/s為光速， h=6.6281034Js為普朗克常數(shù)，leV=1.6010-19 J為電子伏特，代入上式 (m)由于能隙與半導體材料的成分及其含量有關，因此根據(jù)這個原理可以制成不同發(fā)射波長的

18、激光器。8/16/2022273.1.2 半導體激光器 （2）閾值特性 對于半導體激光器，當外加正向電流達到某一數(shù)值時，輸出光功率將急劇增加，這時將產(chǎn)生激光振蕩，這個電流稱為閾值電流，用Ith 表示。如圖3-5所示。 當I Ith時，發(fā)出的是自發(fā)輻射光，是非相干的熒光； 當I Ith后，輸出光功率隨著激光器注入電流的增加而急劇增加，這時激光器發(fā)出的是受激輻射光，即相干的激光。這個曲線即是半導體激光器的輸出特性（PI）曲線。 可見半導體激光器的輸出特性曲線上，前一段為熒光區(qū)，后一段為激光區(qū)。為了使光纖通信系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作，閾值電流越小越好。8/16/2022283.1.2 半導體激光器圖3-5

19、 典型半導體激光器的輸出特性曲線 8/16/2022293.1.2 半導體激光器 （3）光譜特性 光譜特性是指激光器輸出的光功率隨波長的變化情況，一般用光源譜線寬度來表示。 光譜寬度取決于激光器的縱模數(shù) 對于多縱模激光器，可畫出輸出光功率的包絡線，其譜線寬度定義為輸出光功率峰值下降3dB的半功率點對應的寬度。 對于單縱模激光器，則以光功率峰值下降20dB時的功率點對應的寬度評定。 譜線寬度用表示，值越大，表示光信號中包含的頻率成分越多；值越小，則光源的相干性就越強。因而，譜線寬度越小，性能越好。8/16/2022303.1.2 半導體激光器 半導體激光器的光譜寬度還隨激勵電流的變化而變化。當I

20、Ith時，發(fā)出的是熒光，光譜很寬，可達數(shù)百埃。當IIth后，發(fā)射光譜突然變窄，譜線中心強度急劇增加，表明發(fā)出激光。 隨著驅動電流的增加，縱模模數(shù)逐漸減少，譜線寬度變窄。當驅動電流足夠大時，多縱模變?yōu)閱慰v模，這種激光器稱為靜態(tài)單縱模激光器。 普通激光器工作在直流或低碼速情況下，具有良好的單縱模譜線，所對應的光譜只有一根譜線，如圖3-6（a）所示。然而，在高碼速調(diào)制情況下，其線譜呈現(xiàn)多縱模譜線，如圖3-6（b）所示。8/16/2022313.1.2 半導體激光器圖3-6 GaAlAs-GaAs激光器的輸出光譜8/16/2022323.1.2 半導體激光器 （4）轉換效率 半導體激光器實質上是把電功

21、率直接轉換成光功率的器件。其電光功率轉換效率常用微分量子效率d表示，其定義為激光器達到閾值后，輸出光子數(shù)的增量與注入電子數(shù)的增量之比，其表達式為 由此得 式中，P為激光器的輸出光功率；I為激光器的輸出驅動電流，Pth為激光器的閾值功率；Ith為激光器的閾值電流；hf 為光子能量；e為電子電荷。8/16/2022333.1.2 半導體激光器 （5）溫度特性 激光器的閾值電流和輸出光功率隨溫度變化的特性為溫度特性。閾值電流隨溫度的升高而加大，一般溫度每升高10，Ith就會增大5%25%，P-I特性曲線隨溫度升高向右平移，其變化情況如圖3-7所示。圖3-7 激光器閾值電流隨溫度變化的曲線8/16/2

22、022343.1.3 分布反饋半導體激光器 多縱模的存在將使光纖中的色散增加，在長距離、大容量的光纖通信系統(tǒng)中，為了降低色散的影響，希望激光器工作在單縱模工作狀態(tài)，以降低光譜寬度。分布反饋半導體激光器是一種可以產(chǎn)生動態(tài)控制的單縱模激光器（即動態(tài)單縱模激光器），即在高速調(diào)制下能以單縱模工作的半導體激光器。它是在異質結激光器具有光放大作用的有源層附近，刻有波紋狀的周期光柵而構成，如圖所示。圖3-8 DFB-LD結構示意圖8/16/2022353.1.4 量子阱半導體激光器 量子阱半導體激光器與一般雙異質激光器類似，只是有源區(qū)的厚度很薄，如圖3-9所示。這種激光器有源區(qū)的厚度一般只有幾十埃，很薄的G

23、aAs有源層夾在兩層很寬的AlGaAs之間，因此，它是屬于雙異質結器件。 理論分析表明，當有源區(qū)的厚度非常小時，則在有源層與兩邊相鄰層的能帶將出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象，在有源區(qū)的異質結將產(chǎn)生一個勢能阱，因此，將產(chǎn)生這種量子效應的激光器稱為量子阱半導體激光器。圖3-9 量子阱半導體激光器8/16/2022363.1.5 發(fā)光二極管 1LED的工作原理 發(fā)光二極管（LED）是非相干光源，是無閾值器件，它的基本工作原理是自發(fā)輻射。 發(fā)光二極管與半導體激光器在材料、異質結構上沒有很大差別。二者的差別是：發(fā)光二極管沒有光學諧振腔，不能形成激光。發(fā)光二極管的發(fā)光僅限于自發(fā)輻射，所發(fā)出的是熒光，是非相干光，由于不是激

24、光振蕩，所以沒有閾值。 8/16/2022373.1.5 發(fā)光二極管 2LED的結構 LED的結構和LD相似，大多采用雙異質結芯片，把有源層夾在P型和N型限制層中間。不同的是LED沒有解理面，即沒有光學諧振腔。 按照器件輸出光方式不同，LED分為面發(fā)光型和邊發(fā)光型兩種，面發(fā)光型LED輸出的光束方向垂直與有源區(qū)；邊發(fā)光型LED輸出的光束方向平行與有源區(qū)，其結構如圖3-10所示。 8/16/2022383.1.5 發(fā)光二極管圖3-10 常用的兩類發(fā)光二極管（LED） 面發(fā)光型LED是在電極部分開孔，光通過透明窗口自孔中射出，發(fā)光面一般為3575m，為了提高與光纖的耦合效率，大多采用透鏡。 邊發(fā)光型

25、LED發(fā)光的方向性比面發(fā)光型LED好，與光纖的耦合效率較高，發(fā)光亮度也高，但其發(fā)光面積小。8/16/2022393.1.5 發(fā)光二極管 2LED的結構 LED的結構和LD相似，大多采用雙異質結芯片，把有源層夾在P型和N型限制層中間。不同的是LED沒有解理面，即沒有光學諧振腔。 按照器件輸出光方式不同，LED分為面發(fā)光型和邊發(fā)光型兩種，面發(fā)光型LED輸出的光束方向垂直與有源區(qū)；邊發(fā)光型LED輸出的光束方向平行與有源區(qū)，其結構如圖3-10所示。 8/16/2022403.1.5 發(fā)光二極管 3LED的工作特性 （1）光譜特性 LED譜線寬度比激光器寬得多。 一般短波長GaAlAs-GaAs LED

26、譜線寬度為30nm50nm，長波長InGaAsP-InP LED譜線寬度為60nm120nm。圖3-11是InGaAsP LED的輸出光譜。 圖3-11 InGaAsP LED的發(fā)光光譜 8/16/2022413.1.5 發(fā)光二極管 （2）輸出光功率特性 由于LED是無閾值器件，加上電流后，即有光輸出，且隨著注入電流的增加，輸出光功率近似呈線性地增加。 驅動電流I較小時，P-I曲線的線性較好；當I過大時，由于P-N結發(fā)熱而產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，使P-I曲線的斜率減小。圖3-12 LED的PI特性8/16/2022423.1.5 發(fā)光二極管 （3）調(diào)制特性 LED在調(diào)制過程中，其輸出光功率受調(diào)制頻率和有

27、源區(qū)中載流子壽命時間的限制。它們的關系式如下 式中，P(0)和P()是頻率為0和頻率為時LED的輸出光功率，是有源區(qū)中載流子壽命時間。為了提高調(diào)制頻率，應設法減小。但調(diào)制頻率提高后，輸出光功率可能下降。這樣就縮小了LED可供使用的范圍。通常LED用于低速的光纖通信系統(tǒng)中。8/16/2022433.1.5 發(fā)光二極管 （4）溫度特性 溫度特性主要影響LED的平均發(fā)送光功率、P-I特性的線性及工作波長。當溫度上升時，LED的平均發(fā)送光功率會下降；線性工作區(qū)變窄，使得光發(fā)送電路噪聲增加，系統(tǒng)性能下降；峰值工作波長向長波長方向漂移，附加損耗增大。但由于LED是無閾值器件，其溫度特性比LD的要好得多，一

28、般不需加溫度控制電路。 （5）耦合效率 LED發(fā)射出的光束的發(fā)散角較大，一般為40120，因此與光纖的耦合效率較低。一般只適于短距離傳輸。8/16/2022443.1.6 半導體光源的應用 LED通常和多模光纖耦合，用于1.31m或0.85m波長的小容量、短距離的光通信系統(tǒng)。因為LED發(fā)光面積和光束輻射角較大，而多模光纖具有較大的芯徑和數(shù)值孔徑，有利于提高耦合效率，增加入纖功率。 LD通常和單模光纖耦合，用于1.31m或1.55m大容量、長距離光通信系統(tǒng)，這種系統(tǒng)廣泛的應用。 分布反饋半導體激光器（DFB-LD）主要也和單模光纖或特殊設計的單模光纖耦合，用于1.55m超大容量的新型光纖系統(tǒng)，這

29、是目前光纖通信發(fā)展的主要趨勢。 8/16/2022453.2 光電檢測器 光電檢測器完成將接收到的光信號轉換成電信號。對光檢測器的基本要求是： （1）在系統(tǒng)的工作波長上具有足夠高的響應度，即對一定的入射光功率，能夠輸出盡可能大的光電流。 （2）具有足夠快的響應速度，能夠適用于高速或寬帶系統(tǒng)。 （3）具有盡可能低的噪聲，以降低器件本身對信號的影響。 （4）具有良好的線性關系，以保證信號轉換過程中的不失真。 （5）具有較小的體積、較長的工作壽命等。 目前在光纖通信系統(tǒng)中，常用的半導體光電檢測器有PIN光電二極管和APD雪崩光電二極管。8/16/2022463.2.1 光電檢測器的工作原理 光電檢測

30、器由半導體材料P-N結組成，是利用半導體材料的光電效應實現(xiàn)光電轉換的。 半導體材料的光電效應是指光照射到半導體的P-N結上，若光子能量hf足夠大，大于或等于半導體材料的禁帶寬度Eg時，則占據(jù)低能級（價帶）的電子吸收光子能量，越過禁帶到達較高能級（導帶），在導帶中出現(xiàn)光電子，在價帶中出現(xiàn)光空穴，即光電子光空穴對，又稱光生載流子，如圖3-13（a）所示。這種現(xiàn)象稱為半導體的光電效應。8/16/2022473.2.1 光電檢測器的工作原理 光生載流子在外加負偏壓和內(nèi)建電場的作用下，光電子向N區(qū)漂移，光空穴向P區(qū)漂移，于是P區(qū)有過剩的空穴，N區(qū)有過剩的電子積累，即在P-N結兩邊產(chǎn)生光生電動勢，如果P-

31、N結外電路構成回路，就會形成光電流。如圖3-13（b）所示，從而在電阻R上有信號電壓產(chǎn)生。這樣，就實現(xiàn)了輸出電壓跟隨光信號變化的光電轉換作用。負偏壓是指P區(qū)接負極，N區(qū)接正極。由圖可見，外加負偏壓產(chǎn)生的電場方向與內(nèi)建電場方向一致，有利于耗盡層的加寬。8/16/2022483.2.1 光電檢測器的工作原理圖3-13 半導體材料的光電效應8/16/2022493.2.1 光電檢測器的工作原理 當入射光子能量hf 小于禁帶寬度Eg時，不論入射光有多強，光電效應也不會發(fā)生，即產(chǎn)生光電效應必須滿足以下條件 hfEg 即光頻fc 的入射光是不能產(chǎn)生光電效應的，將fc 轉換為波長，則c = 。這就是說，只有

32、波長c的入射光，才能使這種材料產(chǎn)生光生載流子，故c 為產(chǎn)生光電效應的入射光的最大波長，又稱為截至波長，相應的fc 稱為截至頻率。 8/16/2022503.2.2 PIN光電二極管 利用光電效應可以制造出簡單的P-N結光電二極管，但光電轉換效率低。為此，在制造時，在P型、N型材料之間，加一層輕摻雜的N型材料或不摻雜的本征材料，稱為I（Intrinsic，本征的）層，如圖3-14（a）所示。 由于是輕摻雜，因此電子濃度很低，經(jīng)擴散作用后可形成一個很寬的耗盡區(qū)。同時，為了降低P-N結兩端的接觸電阻，以便與外電路連接，將P區(qū)和N區(qū)做成重摻雜的P+層和N+層。將這種結構的光電二極管稱為PIN光電二極管

33、，如圖3-14（b）所示。其光電轉換效率和響應速度大大提高了。制造這種晶體管的本征材料是Si或InGaAs。8/16/2022513.2.2 PIN光電二極管圖3-14 PIN光電二極管8/16/2022523.2.3 雪崩光電二極管 雪崩光電二極管，又稱APD（Avalanche Photo Diode）。它不但具有光/電轉換作用，而且具有內(nèi)部放大作用，其放大作用是靠管子內(nèi)部的雪崩倍增效應完成的。 1APD的雪崩效應 雪崩光電二極管的雪崩倍增效應，是在二極管的P-N結上加高反向電壓（一般為幾十伏或幾百伏），在結區(qū)形成一個強電場；在高場區(qū)內(nèi)光生載流子被強電場加速，獲得高的動能，與晶格的原子發(fā)生

34、碰撞，使價帶的電子得到了能量；越過禁帶到導帶，產(chǎn)生了新的電子空穴對；新產(chǎn)生的電子空穴對在強電場中又被加速，再次碰撞，又激發(fā)出新的電子空穴對如此循環(huán)下去，形成雪崩效應，從而使光電流在管子內(nèi)部獲得了倍增。APD就是利用雪崩效應使光電流得到倍增的高靈敏度的檢測器。 8/16/2022533.2.3 雪崩光電二極管 2APD的結構 目前使用的雪崩光電二極管結構型式，有保護環(huán)型和拉通（又稱通達）型。 保護環(huán)型在制作時淀積一層環(huán)形N型材料，以防止在高反壓時使P-N結邊緣產(chǎn)生雪崩擊穿。 拉通型雪崩光電二極管（RAPD的結構示意圖和電場分布如圖3-15所示。圖3-15（a）所示的是縱向剖面的結構示意圖。圖3-

35、15（b）所示的是將縱向剖面順時針轉90的示意圖。圖3-15（c）所示的是它的電場強度隨位置變化的分布圖。 8/16/2022543.2.3 雪崩光電二極管圖3-15 RAPD的結構圖和能帶示意圖8/16/2022553.2.3 雪崩光電二極管 由圖可見，它仍然是一個P-N結的結構形式，只不過其中的P型材料是由三部分構成。光子從P+層射入，進入I層后，在這里，材料吸收了光能并產(chǎn)生了初級電子空穴對。這時光電子在I層被耗盡層的較弱的電場加速，移向P-N結。當光電子運動到高場區(qū)時，受到強電場的加速作用，出現(xiàn)雪崩碰撞效應。最后，獲得雪崩倍增后的光電子到達N+層，空穴被P+ 層吸收。 P+ 層之所以做成

36、高摻雜，是為了減小接觸電阻以利于與電極相連。 由圖3-15（c），拉通型APD（RAPD）器件就將電場分為兩部分，一部分是使光生載流子逐漸加速的較低電場，另一部分是產(chǎn)生雪崩倍增效應的高電場區(qū)。這種電場分布有利于降低工作電壓。8/16/2022563.2.4 光電檢測器的特性 PIN光電二極管和APD雪崩光電二極管的特性都包括響應度、量子效率、響應時間和暗電流。除此之外，由于APD中雪崩倍增效應的存在，APD的特性還包括雪崩倍增特性、溫度特性等。 1PIN光電二極管的特性 （1）響應度 響應度和量子效率表征了光電二極管的光電轉換效率。 響應度定義為 （A/W） 其中，Ip為光電檢測器的平均輸出電

37、流，Pin為入射到光電二極管上的平均光功率。 8/16/2022573.2.4 光電檢測器的特性 （2）量子效率 量子效率表示入射光子轉換為光電子的效率。它定義為單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光子數(shù)之比，即 其中，e為電子電荷，hf 為一個光子的能量，即 式中 m/s為光速， s為普朗克常數(shù)。 在工作波長一定時，與R具有定量的關系。圖3-16所示是不同材料的光電二極管的響應度曲線。 8/16/2022583.2.4 光電檢測器的特性圖3-16 不同材料的光電二極管的響應度曲線8/16/2022593.2.4 光電檢測器的特性 （3）響應速度 響應速度是指光電檢測器的光電轉換速度，一般用響應時間

38、來表示，即從器件接收到光子時起到能夠有光生電流輸出的這段時間。顯然響應時間越短，響應速度越快，器件性能越好。 8/16/2022603.2.4 光電檢測器的特性 （4）暗電流 在理想條件下，當沒有光照時，光電檢測器應無光電流輸出。但是實際上由于熱激勵等，在無光情況下，光電檢測器仍有電流輸出，這種電流稱為暗電流。 暗電流主要由體內(nèi)暗電流和表面暗電流組成。PIN-PD的暗電流大小主要取決于其表面暗電流，而APD的暗電流大小主要取決于其體內(nèi)暗電流，由于倍增作用，APD的暗電流要比PIN-PD的暗電流大得多，且隨溫度升高，暗電流將會急劇增加。 暗電流會引起接收機噪聲增大。因此，器件的暗電流越小越好。8

39、/16/2022613.2.4 光電檢測器的特性 2 APD的特性 APD除了PIN的特性之外還包括雪崩倍增特性、溫度特性等。 （1）倍增因子 倍增因子g實際上是電流增益系數(shù)。在忽略暗電流影響的條件下，它定義為 g=I0/Ip I0為有雪崩倍增時光電流平均值，Ip為無倍增效應時光電流平均值。顯然，APD的響應度比PIN增加了g 倍。目前APD的g 值在40100之間。PIN光電二極管由于無雪崩倍增作用，所以g=1。 8/16/2022623.2.4 光電檢測器的特性 （2）溫度特性 隨著溫度的升高，倍增增益將下降。為保持穩(wěn)定的增益，需要在溫度變化的情況下進行溫度補償。 （3）噪聲特性 PIN光

40、電二極管的噪聲，主要為量子噪聲和暗電流噪聲，APD管還有倍增噪聲。8/16/2022633.3 無源光器件 無源光器件是指未發(fā)生光電能量轉換的部件，它是構成光纖通信系統(tǒng)的基本而且必不可少的器件。 光纖傳輸系統(tǒng)對無源光器件的要求是：插入損耗小，使用方便，規(guī)格標準，可靠性高，不易受反復操作、溫度變化和沖擊力的影響，體積小，質量輕等。8/16/2022643.3.1 光纖連接器 光纖連接器，又稱光纖活動連接器，俗稱活接頭，ITU-T建議將其定義為“用以穩(wěn)定地，但并不是永久地連接兩根或多根光纖的無源組件”。 作用：光纖連接器主要用于實現(xiàn)系統(tǒng)中設備與設備、設備與儀表、設備與光纖及光纖與光纖的非永久性固定

41、連接。8/16/2022653.3.1 光纖連接器 1光纖連接器的基本結構 光纖連接器一般采用某種機械和光學結構，使兩根光纖的纖芯對準并接觸良好，保證90%以上的光能夠通過，目前有代表性并且正在使用的光纖連接器主要有5種結構，如圖3-17所示。 （1）套管結構連接器由插針和套筒組成。 （2）雙錐結構連接器是利用錐面定位。 （3）V形槽結構連接器 （4）透鏡耦合結構:分為球透鏡耦合和自聚焦透鏡耦合兩種。8/16/2022663.3.1 光纖連接器圖3-17 光纖活動連接器的結構8/16/2022673.3.1 光纖連接器 2光纖連接器的性能 （1）插入損耗（介入損耗），指由于連接器的介入而引起傳

42、輸線路有效功率減小的量值，表達式為c10log/(dB)，該值越小越好。平均損耗值應不大于0.5dB。 （2）回波損耗（或稱后向反射損耗），指光纖連接器處后向反射光功率與輸入光功率之比的分貝數(shù)，其表達式為r10log/(dB)，該值越大越好，其典型值應不小于25dB。 （3）互換性，指連接器各部件互換時插入損耗的變化。每次互換后，其插入損耗變化量L越小越好。 8/16/2022683.3.1 光纖連接器 （4）重復性，指光纖活動連接器多次插拔后插入損耗的變化。每次插拔后插入損耗變化量L越小越好。 （5）穩(wěn)定性，指連接器連接后，插入損耗隨時間、環(huán)境溫度的變化，此值越小越好。 （6）插拔壽命（最大

43、可插拔次數(shù)），光纖連接器的插拔壽命一般由元件的機械磨損情況決定。目前，光纖連接器的插拔壽命一般可大于1000次，附加損耗不超過0.2dB。8/16/2022693.3.1 光纖連接器 3光纖連接器的種類 （1）FC型連接器 （2）SC型連接器 （3）ST型連接器 （4）固定連接8/16/2022703.3.2 光衰減器 光衰減器是用來對輸入的光信號功率進行一定程度的衰減，以滿足各種需要。主要用于調(diào)整中繼段的線路衰減，測量光系統(tǒng)的靈敏度及校正光功率計等。 （1）光衰減器按其衰減量的變化方式不同分固定式光衰減器和可變式光衰減器兩種。 固定式光衰減器，其造成的功率衰減值是固定不變的，一般用于調(diào)節(jié)傳輸

44、線路中某一區(qū)間的損耗。 可變式光衰減器，所造成的功率衰減值可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 可變衰減器又分為連續(xù)可變和分擋可變兩種。前者的衰減范圍可達60dB以上，衰減量誤差10%。通常將兩種可變衰減器組合起來使用。8/16/2022713.3.2 光衰減器 （2）光衰減器根據(jù)其工作原理，可分為耦合型光衰減器、位移型光衰減器和衰減片型光衰減器。 耦合型光衰減器 把輸入光纖的光信號經(jīng)過一耦合器，按一定比例分配給兩根輸出光纖，從而達到衰減光信號的目的。 位移型光衰減器 有意讓光纖在對接時發(fā)生一定錯位，使光能量發(fā)生損失，從而達到控制衰減量的目的。 衰減片型光衰減器 直接將具有衰減特性的衰減片固定在光纖的端面上或

45、光傳輸通路中，達到衰減信號的目的，可制成固定式光衰減器，也可制成可變式光衰減器。8/16/2022723.3.2 光衰減器圖3-18 光衰減器的結構示意圖8/16/2022733.3.3 光耦合器 光耦合器是分路或合路光信號的器件。它的功能是把一個輸入的光信號分配給多個輸出（分路），或把多個輸入的光信號組合成一個輸出（耦合）。 1耦合器類型 （1）T形耦合器 這是一種22的3端耦合器，如圖3-19（a）所示，其功能是把一根光纖輸入的光信號按一定比例分配給兩根光纖，或把兩根光纖輸入的光信號組合在一起，輸入一根光纖。這種耦合器主要用作不同分路比的功率分配器或功率組合器。8/16/2022743.3

46、.3 光耦合器圖3-19 常用耦合器的類型8/16/2022753.3.3 光耦合器 （2）星形耦合器 這是一種nm耦合器，如圖3-19（b）所示，其功能是把n根光纖輸入的光功率組合在一起，均勻地分配給m根光纖，m和n不一定相等。這種耦合器通常用作多端功率分配器。 （3）定向耦合器 這是一種22的3端或4端耦合器，其功能是分別取出光纖中向不同方向傳輸?shù)墓庑盘?。如圖3-19（c）所示，光信號從端1傳輸?shù)蕉?，一部分由端3耦合，端4無輸出；光信號從端2傳輸?shù)蕉?，一部分由端4耦合，端3無輸出。定向耦合器可用作分路器，不能用作合路器。 8/16/2022763.3.3 光耦合器 （4）波分復用器/解

47、復用器 這是一種與波長有關的耦合器，如圖3-19（d）所示。波分復用器的功能是把多個不同波長的發(fā)射機輸出的光信號組合在一起，輸入到一根光纖；解復用器是把一根光纖輸出的多個不同波長的光信號，分配給不同的接收機。前者稱為合波器，后者稱為分波器。8/16/2022773.3.3 光耦合器 2主要性能指標 表示光纖耦合器性能指標的參數(shù)有：隔離度、插入損耗和分光比等。下面以22定向耦合器為例來說明。 （1）隔離度A 如圖3-20（c）所示，由端1輸入的光功率P1應從端2和端3輸出，端4理論上應無光功率輸出。但實際上端4還是有少量光功率輸出（P4），其大小就表示了1、4兩個端口的隔離程度。隔離度A表示為

48、一般情況下，要求 8/16/2022783.3.3 光耦合器 （2）插入損耗L 它表示了定向耦合器損耗的大小。如由端1輸入光功率P1，應由端2和端3輸出光功率為P2和P3，插入損耗等于輸出光功率之和與輸入光功率之比的分貝值，用L表示為 一般情況下，要求L 8/16/2022793.3.3 光耦合器 （3）分光比T 分光比等于兩個輸出端口的光功率之比，如從端1輸入光功率，則端2和端3分光比為 一般情況下，定向耦合器的分光比為11110，由需要來決定。8/16/2022803.3.4 光隔離器與光環(huán)形器 1光隔離器 光隔離器是保證光波只能正向傳輸?shù)钠骷?。某些光器件，特別是激光器和光放大器，對光線路

49、中由于各種因素而產(chǎn)生的反射光非常敏感。通常隔離器放在最靠近激光器或光放大器的輸出端，以消除反射光的影響，使系統(tǒng)工作穩(wěn)定。8/16/2022813.3.4 光隔離器與光環(huán)形器 2光環(huán)行器 光環(huán)行器的典型結構有N（N3）個端口，如圖3-20所示，當光由端口1輸入時，光幾乎無損地由端口2輸出，其他端口幾乎沒有光輸出；當光由端口2輸入時，光也幾乎無損地由端口3輸出，其他端口幾乎沒有光輸出，依此類推。這N個端口形成了一個連續(xù)的通道。嚴格地講，若端口N輸入的光可以由端口1輸出，稱為環(huán)形器，若端口N輸入的光不可以由端口1輸出，稱為準環(huán)行器；通常人們并不在名稱上做嚴格區(qū)分，一般都稱為環(huán)行器。 8/16/202

50、2823.3.4 光隔離器與光環(huán)形器 圖3-20 光環(huán)形器示意圖圖3-21 光環(huán)形器用于單纖雙向通信示意圖8/16/2022833.3.4 光隔離器與光環(huán)形器 3光隔離器的性能指標 插入損耗和隔離度是光隔離器的兩個主要性能參數(shù)，它們都希望從輸入端口輸入的光信號到輸出端口時，衰減盡量小，即要求對正向入射光的插入損耗越小越好；對不應有輸出的端口，隔離度越大越好。 目前器件典型的插入損耗值約為1dB左右，隔離度為40dB50dB。8/16/2022843.3.5 光開關 能夠控制傳輸通路中光信號通或斷或進行光路切換作用的器件，稱為光開關。 1光開關的種類 （1）根據(jù)輸入和輸出端口數(shù)的不同，光開關可分

51、為11，12，1N，22，MN等多種。 11光開關，主要應用于光纖測試技術中，控制光源的接通和斷開。 12光開關，主要應用于光纖斷裂或傳輸發(fā)生故障時，環(huán)路中的主備光纖倒換。 1N光開關，可用于光網(wǎng)絡監(jiān)控和光纖通信的測試中。 22光開關，用此開關可組成MN光開關矩陣，主要用在OXC中實現(xiàn)動態(tài)的光路管理、光網(wǎng)絡故障保護等。8/16/2022853.3.5 光開關 （2）根據(jù)其工作原理不同，光開關可分為機械式光開關和電子式光開關。 機械式光開關的開關功能是通過機械方法實現(xiàn)的。它是依靠光纖或光學元件移動，使光路發(fā)生改變，從而實現(xiàn)光路切換。 電子式光開關，利用磁光、電光、聲光或熱光效應來改變波導折射率，

52、使光路發(fā)生改變，完成開關功能，稱為電子式光開關或波導光開關。 8/16/2022863.3.5 光開關 2光開關的性能指標 光開關的性能參數(shù)主要有插入損耗、隔離度、開關時間、回波損耗等。由于光開關的接入所引入的插入損耗越小越好，對不應有輸出的端口，隔離度越大越好，開關時間越短越好。 8/16/2022873.3.6 波長轉換器 能夠使信號從一個波長轉換到另一個波長的器件稱為波長轉換器。波長轉換器根據(jù)波長轉換機理可分為光電型波長轉換器和全光型波長轉換器。 （1）光電型波長轉換器 如圖3-22所示，接收機通過光電檢測器首先將波長為1的輸入光信號轉換為電信號，經(jīng)過放大器的放大以后，對激光器進行調(diào)制，

53、輸出所需要的波長為2的光信號，即完成了光波長轉換。8/16/2022883.3.6 波長轉換器圖3-22 光電型波長轉換器圖3-23 全光型波長轉換器8/16/2022893.3.6 波長轉換器 （2）全光型波長轉換器 此種類型的波長轉換技術主要由半導體光放大器（SOA）構成。最簡單的一種是根據(jù)半導體光放大器的增益飽和效應而制成的全光型波長轉換器，如圖3-23所示。 波長為1的輸入光信號與需要轉換為波長為2的連續(xù)探測光信號同時耦合進SOA，當輸入光信號為高電平時，使SOA增益發(fā)生飽和，從而使連續(xù)的探測光受到調(diào)制，結果使得輸入光信號所攜帶的信息轉換到2上，通過濾波器取出2光信號，即可實現(xiàn)從1到2

54、的全光波長轉換。8/16/2022903.3.7 光波分復用器 在一根光纖中能同時傳輸多個波長光信號的技術，稱為光波分復用技術（WDM）。 波分復用系統(tǒng)的核心部件是波分復用器件，即光復用器和光解復用器（有時也稱合波器和分波器）。 合波器的功能是在系統(tǒng)發(fā)送端，將多個不同波長的光信號組合在一起，并注入到一根光纖中傳輸。分波器的功能是在系統(tǒng)接收端將組合在一起的光信號分離，送入不同的終端，與波分復用器正好相反。 原理上講，合波器與分波器是相同的，只需要改變輸入、輸出的方向。8/16/2022913.3.7 光波分復用器圖3-24 DWDM器件8/16/2022923.3.7 光波分復用器 1光波分復用

55、器的種類 （1）角色散型波分復用器 角色散型波分復用器是利用角色散原件來分離和合并不同波長的光信號，從而實現(xiàn)波分復用功能的器件。角色散原件有棱鏡和光柵，但實際中使用的主要是光柵，特別是衍射光柵，最流行的是反射型閃爍光柵，即光柵型波分復用器。如圖3-25所示。圖3-25 光柵型波分復用器8/16/2022933.3.7 光波分復用器 閃爍光柵的優(yōu)點：具有優(yōu)良的波長選擇性。插入損耗不會隨復用通路波長數(shù)的增加而增加，可以獲得較多的復用通路數(shù)。隔離度好。 閃爍光柵的缺點：插入損耗較大；光譜利用率不夠高；溫度漂移比較大。 這類光柵在制造上要求較精密，不適合于大批量生產(chǎn)，在實驗室的科學研究中應用較多。 8

56、/16/2022943.3.7 光波分復用器 （2）介質薄膜干涉型波分復用器 介質薄膜干涉型波分復用器是由多個介質薄膜干涉濾波器構成的器件。如圖3-26所示。圖3-26 介質薄膜干涉型波分復用器8/16/2022953.3.7 光波分復用器 優(yōu)點：插入損耗小，隔離度高，信號通帶平坦，邊沿陡峭，對波長漂移的容差較大。 缺點：當復用路數(shù)較多時，各路的插損差異較大。 在WDM系統(tǒng)中，當只有48個波長復用時，使用該種波分復用器件，是比較理想的。 8/16/2022963.3.7 光波分復用器 （3）光纖耦合型波分復用器 光纖耦合型波分復用器有兩類，應用較廣泛的是熔拉雙錐（熔錐）型波分復用器，即將兩根或

57、多根除去涂覆層的裸光纖以一定方式靠近，在熱熔融條件下拉成錐形，并稍加扭曲，使其熔接在一起，圖3-27所示為兩纖的X型熔錐型耦合器。 優(yōu)點：插入損耗小，不需波長選擇器件，結構緊湊，制造簡單，適合批量生產(chǎn)。 缺點：相鄰信道的隔離度較差，且尺寸較大。圖3-27 光纖耦合型波分復用器8/16/2022973.3.7 光波分復用器 （4）集成光波導型波分復用器 集成光波導型波分復用器是以光集成技術為基礎的平面波導型器件，它由輸入波導、輸出波導、兩個星形耦合器和波導陣列光柵組成，其結構如圖3-28所示。 優(yōu)點：波長間隔小、信道數(shù)多、通帶平坦、重復性好，易于批量生產(chǎn)，非常適合于超高速、大容量的WDM系統(tǒng)使用

58、。圖3-28 集成光波導型波分復用器8/16/2022983.3.7 光波分復用器 2光波分復用器的性能指標 （1）插入損耗。插入損耗是指系統(tǒng)接入光波分復用器件后所產(chǎn)生的附加損耗。目前此值可以做到0.5dB以下。 （2）信道隔離度。信道隔離度是指信道之間的串擾（串擾指某一信道中的信號耦合到了另一個信道中）程度，它表示i信道和j信道之間最大串擾信號功率的大小。 8/16/2022993.3.7 光波分復用器 3幾種常用波分復用器件的比較 表3-1幾種常用波分復用器性能比較器 件 類 型機 理批量生產(chǎn)通道間隔/nm通道數(shù)串音/dB插入損耗/ dB主要缺點衍射光柵型角色散一般0.5104131303

59、6溫度敏感介質薄膜型干涉/吸收一般11002322526通路數(shù)較少熔錐型波長依賴性較容易101002645100.20.5通路數(shù)少集成光波導型平面波導容易1543225611插入損耗大8/16/20221003.3.8 光濾波器 在光纖通信系統(tǒng)中，只允許一定波長的光信號通過的器件稱為光濾波器。如果所通過的光波長可以改變，則稱為波長可調(diào)諧光濾波器。目前，結構最簡單、應用最廣的光濾波器是F-P腔光濾波器。具體結構有兩類，一類為干涉濾波器，另一類為吸收濾波器，兩者均可用介質膜構成，具體結構和工作原理從略。8/16/20221013.3.9 光纖光柵 當摻鍺的石英光纖受到峰值波長為240nm的紫外光呈

60、空間周期性照射時，纖芯中折射率就會出現(xiàn)周期性變化，這就形成了光柵（FG）。 它是利用光纖中的光敏性而制成的，用紫外光照射，使得光纖纖芯折射率分布呈周期性變化，在滿足布拉格光柵條件的波長上全反射，而其余波長通過的是一種全光纖陷波濾波器。如光纖布拉格光柵濾波器。8/16/20221023.3.9 光纖光柵圖3-29 布拉格光柵濾波器8/16/20221033.4 光放大器 3.4.1 光放大器的概念與分類 光放大器是可對微弱的光信號直接進行放大的有源光器件，其主要功能是放大光信號，以補償光信號在傳輸過程中的衰減，增加傳輸系統(tǒng)無中繼距離。 有兩種主要類型的光放大器：半導體光放大器（SOA）和光纖放大