光通信技術(shù)-高新講座 (2)課件

光通信技術(shù)信息技術(shù)

IT：InformationTechnology包括四個部分：信息獲取，信息傳輸，信息處理和信息應(yīng)用。信息技術(shù)革命主要體現(xiàn)在三個方面：微電子技術(shù)數(shù)字技術(shù)光通信技術(shù)第一章引言第二章傳輸光路第三章光發(fā)射機第四章光接收機第五章光放大光纖通信的概念光通信的概念

光通信是利用光波來傳送信息的。通信技術(shù)電通信光通信根據(jù)使用的電磁波頻率范圍分類：有線通信無線通信光纖通信是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸介質(zhì)的光信息傳輸技術(shù)。LASER通信是通過某種媒體進行的信息傳遞。光纖通信優(yōu)點GOOD損耗低，0.2dB/km傳輸容量大，400nm，50THz重量輕，體積小，27g/kmfiber資源豐富，石英抗電磁干擾，不易串音，抗雷擊，通信質(zhì)量高防爆性能好寬帶寬，大容量，能量集中，器件尺寸小，功耗低。。。。。。1.探索時期的光通信

?在這個時期，美國麻省理工學(xué)院利用He-Ne激光器和CO2激光器進行了大氣激光通信試驗。由于沒有找到穩(wěn)定可靠和低損耗的傳輸介質(zhì)，對光通信的研究曾一度走入了低潮。?1960年，美國人梅曼(Maiman)發(fā)明了第一臺紅寶石激光器，給光通信帶來了新的希望。激光器的發(fā)明和應(yīng)用，使沉睡了80年的光通信進入一個嶄新的階段。?1880年，美國人貝爾(Bell)發(fā)明了用光波作載波傳送話音的“光電話”。貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型。?原始形式的光通信:中國古代用“烽火臺”報警，歐洲人用旗語傳送信息。

2現(xiàn)代光纖通信

指明通過“原材料的提純制造出適合于長距離通信使用的低損耗光纖”這一發(fā)展方向1966年，英籍華裔學(xué)者高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖(OpticalFiber)進行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信——光纖通信的基礎(chǔ)。光纖發(fā)明人高錕CharlesK.Kao論文：《光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》1966（Dielectric-FiberSufaceWaveguideforOpticalFrequency)提出：制造石英光纖可實現(xiàn)光纖通信指出三點：光纖的容量很大高純石英光纖的損失可低達20dB/km

單模光纖的原理構(gòu)造高錕——光纖之父光纖通信發(fā)明家高錕(左)

1998年在英國接受IEE授予的獎?wù)?970年，光纖研制取得了重大突破

?1970年，美國康寧(Corning)公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖。把光纖通信的研究開發(fā)推向一個新階段。

?1972年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到4dB/km。

?1973年，美國貝爾(Bell)實驗室的光纖損耗降低到2.5dB/km。1974年降低到1.1dB/km。

?1976年，日本電報電話(NTT)公司將光纖損耗降低到0.47dB/km(波長1.2μm)。

?在以后的10年中，波長為1.55μm的光纖損耗：1979年是0.20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。1970年康寧研制出低損失光纖Corning的3位科學(xué)家Dr.DonalKeck,Dr.BobMaurer,Dr.PeterSchultz于1970年研制出低損失光纖.光纖長度(米)29, 28.1損失(dB/km)17,18.2芯直徑(微米) 3.7(單模)(Dr.Keck的實驗室記錄)Corning展覽館

實用光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展

?1976年，美國在亞特蘭大(Atlanta)進行了世界上第一個實用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗。

?1980年，美國標(biāo)準(zhǔn)化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用。?1976年和1978年，日本先后進行了速率為34Mb/s的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速率為100Mb/s的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗。

?1983年敷設(shè)了縱貫日本南北的光纜長途干線。

?隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋TAT-8海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成。

?第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了全面展開，促進了全球通信網(wǎng)的發(fā)展。光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個階段：

?第一階段(1966~1976年)，這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期。?第二階段(1976~1986年)，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標(biāo)和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時期。

?第三階段(1986~)，這是以超大容量、超長距離為目標(biāo)、全面深入開展新技術(shù)研究的時期。

3.光纖通信的應(yīng)用光纖可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號。光纖在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)與計算機網(wǎng)，以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，都得到了廣泛應(yīng)用。光纖寬帶干線傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)發(fā)展迅速，是當(dāng)前研究開發(fā)應(yīng)用的主要目標(biāo)。光纖通信的各種應(yīng)用可概括如下：①通信網(wǎng)②構(gòu)成因特網(wǎng)的計算機局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)③有線電視網(wǎng)（CATV）的干線和分配網(wǎng)數(shù)字機頂盒(STB-SetTopBox)，寬帶雙向的多媒體通信網(wǎng)。

④綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)電/光光/電前端前端網(wǎng)卡電信號輸入網(wǎng)卡電信號輸出傳輸光路光纖通信系統(tǒng)的基本組成第一節(jié)光纖第二節(jié)無源光器件第二章傳輸光路傳輸光路要求

傳輸光路指的是從光信號的產(chǎn)生到接收的整個光通路

要求:

1.沒有光能的損失

2.沒有色散和脈沖展寬（延遲問題）3.

光強的響應(yīng)是線性的4.偏振不敏感性、相位穩(wěn)定性

2.1.1光纖的一般理論射線理論光是一種頻率很高的電磁波，而光纖本身是一種介質(zhì)波導(dǎo)。全反射原理 光線在均勻介質(zhì)中是以直線傳播的，但在兩種不同介質(zhì)的分界面會產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象：入射光反射光折射光折射率n1折射率n2n1>n2θ1當(dāng)n1>n2θ1>θc時發(fā)生全反射θc：臨界角光纖中光波的傳輸原理-全反射“之”字線傳輸只要滿足全內(nèi)反射條件連續(xù)改變?nèi)肷浣堑娜魏喂馍渚€都能在光纖纖芯內(nèi)傳輸。當(dāng)光在光纖中發(fā)生全反射現(xiàn)象時，由于光線基本上全部在纖芯區(qū)進行傳播，沒有光跑到包層中去，所以可以大大降低光纖的衰耗。n2n1光纖全反射纖芯8-10um包層125um涂覆層250umn1n2當(dāng)光從折射率高(n1)的媒質(zhì)入射到折射率低(n2)的媒質(zhì)，入射角超過臨界角時，光線在兩種媒質(zhì)的界面上不發(fā)生折射現(xiàn)象，只有反射。臨界角：sinc

=n2/n1橫向諧振：2

βta=nπ

纖芯主要采用高純度的SiO2二氧化硅，并摻有少量的摻雜劑，提高纖芯的光折射率n1；

包層也是高純度的二氧化硅，也摻雜一些摻雜劑，主要是降低包層的光折射率n2；

涂層采用丙烯酸酯、硅橡膠、尼龍，增加機械強度和可彎曲性。2.1.2通信光纖的結(jié)構(gòu)1.光纖的結(jié)構(gòu)1.光纖的結(jié)構(gòu)石英光纖芯層包層涂敷層護套:緊套松套芯包層樹脂被覆層ncore>nclad2.光纖的類型光纖的分類方法很多：按照光纖截面折射率分布來分類；按照光纖中傳輸模式數(shù)的多少來分類；按照光纖使用的材料來分類；按照傳輸?shù)墓ぷ鞑ㄩL來分類。(1)按光纖截面上折射率分布分類

按照截面上折射率分布的不同可以將光纖分為：階躍型光纖(Step-IndexFiber，SIF)和漸變型光纖(Graded-IndexFiber，GIF。根據(jù)芯區(qū)折射率徑向分布的不同，可分為：不同的折射率分布，傳輸特性完全不同(2)按傳輸模式的數(shù)量分類 按光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可以將光纖分為多模光纖(Multi-ModeFiber，MMF)和單模光纖(SingleModeFiber，SMF)。在一定的工作波上，當(dāng)有多個模式在光纖中傳輸時，則這種光纖稱為多模光纖。單模光纖是只能傳輸一種模式的光纖，單模光纖只能傳輸基模(最低階模)，不存在模間時延差，具有比多模光纖大得多的帶寬，這對于高碼速傳輸是非常重要的。(3)按光纖的工作波長分類按光纖的工作波長可以將光纖分為：短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖。(4)按ITU-T建議分類 按照ITU-T關(guān)于光纖類型的建議，可以將光纖分為G.651光纖(漸變型多模光纖)、G.652光纖(常規(guī)單模光纖)、G.653光纖(色散位移光纖)、G.654光纖(截止波長光纖)和G.655(非零色散位移光纖)光纖。 按套塑(二次涂覆層)可以將光纖分為松套光纖和緊套光纖。 現(xiàn)在實用的石英光纖通常有以下三種：階躍型多模光纖、漸變型多模光纖和階躍型單模光纖。單模光纖的種類標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（G.652光纖）色散位移單模光纖（G.653光纖）1550nm波長最低衰減光纖（G.654光纖）非零色散位移光纖（G.655光纖）色散補償光纖（G.65X光纖）色散平坦光纖在1310nm波長工作時，理論色散值為零，衰耗大；在1550nm波長工作時，傳輸損耗最低，色散系數(shù)較大。單通路速率達到STM-64時，需要采取色散調(diào)節(jié)手段。G.652光纖——標(biāo)準(zhǔn)單模光纖在我國占99%以上。雖稱1310nm性能最佳光纖，但絕大部分卻用于1550nm，其原因是在1310nm無實用化光放大器。它可傳輸2.5G或以2.5G為基群的WDM系統(tǒng)；但傳輸TDM的10G，面臨色散受限的難題（色度色散與PMD）。G.653光纖——色散位移單模光纖實現(xiàn)了在1550nm波長低衰減和零色散?？梢?0Gbit/s系統(tǒng)，不需任何色散補償。日本全國鋪設(shè)。在1550nm波長，衰耗和色散皆為最小值，可實現(xiàn)大容量長距離傳輸。因出現(xiàn)四波混頻效應(yīng)(FWM),限制了它在WDM（波分復(fù)用）方面的應(yīng)用。G.654光纖--1550nm波長最低衰減光纖選用純SiO2芯來降低光纖的衰減最大優(yōu)點：在1550nm波長的最低衰減為0.18dB/km制造困難，價格昂貴，不實用。截止波長移位的單模光纖，它的設(shè)計重點是降低1550nm波長處的衰減。1550nm損耗最小光纖，主要用于長再生中繼距離的海底光纜。因既可傳輸TDM（時分復(fù)用模式

）的10G，又可傳以2.5G或10G為基群的WDM系統(tǒng)，所以近年倍受青睞。但理想的G.655光纖無法實現(xiàn)，因為在光纖的有效橫截面積與色散斜率二方面難以均衡。目前，G.655光纖尚無國際統(tǒng)一規(guī)范?！蟮挠行娣e，會有效地避免非線性效應(yīng)，但將導(dǎo)致色散斜率的增加?！〉纳⑿甭蕦阌谏⒌难a償；但其有效面積卻減小。G.655光纖——非零色散位移光纖單模光纖主要技術(shù)規(guī)范光纖G.652G.653G.654G.655截止波長nm<1270<1270<1530<1470零色散波長nm1300-13241500-1600色散斜率ps/km.nm2<0.093<0.085最大色散值ps/km.nm1310<3.5<3.5<3.51550<20<20<6.0典型損耗值B/km13100.3-0.415500.15-0.250.19-0.250.15-0.190.19-0.25工作窗口nm1310和1550155015501550重點引起損耗的因素第二傳輸窗口第一傳輸窗外吸收紅外吸收瑞利散射0.22.5損耗(dB/km)波長(nm)OH離子吸收峰光纖損耗譜特性損耗主要機理：材料吸收、瑞利散射和輻射損耗第三傳輸窗口在1.55m處最小損耗約為0.2dB/km光纖通信的三個“窗口”——0.85μm,1.3μm,1,55μm重點160017001400130012001500Attenuation(dB/km)Wavelength(nm)

20

10

0-10-20Dispersion(ps/nmkm)0.10.20.30.40.50.6ConventionalFiber（1440－1625nm）230ch360chAllWaveFiber（1335－1625nm）5thAllWaveeliminatesthe1385nmwaterpeakAdditionalchannelsareinOptimumDispersionrangefor10Gb/sDWDMAllWaveoffers>50%moreDWDMchannels!3rd4th5thAllWavevs.ConventionalFiberMoreUsableOpticalSpectrumAllWave?光纖范崇澄FS-89第二節(jié)無源光器件主要功能：對信號(或能量)的傳輸路徑進行連接、合成、分支；對信號的形態(tài)進行變換以及有目的衰減其能量等光無源器件在光纖通信系統(tǒng)、光纖局域網(wǎng)(包括計算機光纖網(wǎng)、微波光纖網(wǎng)、光纖傳感網(wǎng)等)以及各類光纖傳感系統(tǒng)中是必不可少的重要器件，有著廣泛的應(yīng)用。第二節(jié)無源光器件

3.2.1光纖連接器3.2.2光纖耦合器3.2.3波長相關(guān)器件濾波器光纖光柵WDM3.2.4偏光器件PC3.2.5功率相關(guān)器件光衰耗器，光隔離器，光環(huán)形器

3.2.6自聚焦透鏡與光纖準(zhǔn)直器3.2.7光開關(guān)重點電/光光/電前端前端網(wǎng)卡電信號輸入網(wǎng)卡電信號輸出傳輸光路光纖通信系統(tǒng)的基本組成第三章光發(fā)射機電信號轉(zhuǎn)化為光信號的這部分電路被稱為光發(fā)射機。第一節(jié)光發(fā)射機使用的光源第二節(jié)光的調(diào)制重點“IM-DD”（強度調(diào)制-直接檢測）是這樣一種電路，其功能是將輸入的數(shù)字電信號轉(zhuǎn)化為用光的強度表征信息的數(shù)字光信號第一節(jié)光發(fā)射機使用的光源3.1.1半導(dǎo)體激光器（LD）3.1.2發(fā)光二極管(LED)3.1.1半導(dǎo)體激光器LD（laserdiode）1.法布里----珀羅諧振腔：晶體的天然解理面2.分布反饋激光器(DFB):光柵結(jié)構(gòu)3.Bragg反射激光器(DBR):光柵結(jié)構(gòu)常用的激光器——同軸型FP激光器法布里----珀羅諧振腔：晶體的天然解理面解理面NP耗盡層金屬電極金屬電極常用的激光器——

DFB激光器雙列直插蝶形封裝F-P光譜特性多譜線，模式多，選頻特性不好DFB光譜特性3.1.2.發(fā)光二極管LED(lightemittingdiode)LED是一種將電能轉(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管比較光譜特性出光功率溫度特性響應(yīng)速度相干性可靠性價格適用場合LD窄，色散影響小mW數(shù)量級影響大，動態(tài)范圍小較快易于高速調(diào)制較好較易損壞，壽命較短比較貴長距離、大容量系統(tǒng)LED寬，色散影響大μW和nW量級特性好，動態(tài)范圍大慢較調(diào)制頻率不能太高差不易損壞，可靠性高比較便宜近距離、中小容量系統(tǒng)重點第二節(jié)光的調(diào)制可能的承載信息的參量:光的幅度：幅度調(diào)制和強度調(diào)制光的頻率：頻率調(diào)制光的相位：相位調(diào)制光的偏振：偏振調(diào)制

光的量子態(tài)：量子態(tài)調(diào)制現(xiàn)在成熟利用的光的參量是強度調(diào)制重點直接強度調(diào)制和外調(diào)制的區(qū)別線路編碼驅(qū)動電路LD或LED控制電路電信號輸入光信號直接調(diào)制的光發(fā)射機線路編碼驅(qū)動電路LD或LED控制電路電信號輸入光信號外調(diào)制器件間接調(diào)制的光發(fā)射機直接調(diào)制用電信號直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動電流，使輸出光隨電信號變化而實現(xiàn)的。這種方案技術(shù)簡單，成本較低，容易實現(xiàn)。直接調(diào)制時,會引起激光器的譜線展寬,導(dǎo)致單模光纖色散增加,限制通信系統(tǒng)的容量。2.5Gb/s（10Gb/s）以下。

外調(diào)制把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開，用獨立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出光而實現(xiàn)的。外調(diào)制的優(yōu)點是調(diào)制速率高，缺點是技術(shù)復(fù)雜，成本較高，因此只有在大容量的波分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)中使用。適用高速系統(tǒng)2.5Gb/s（10Gb/s）以上。第三節(jié)直接調(diào)制光發(fā)射機電信號轉(zhuǎn)化為光信號的這部分電路被稱為光發(fā)射機。I調(diào)制電流信號輸出光功率半導(dǎo)體激光器（LD）PPI發(fā)光二極管（LED）I調(diào)制電流信號輸出光功率半導(dǎo)體激光器（LD）PLD的特點：工作電流超過閾值電流時才輸出激光，是有閾值的器件。LD驅(qū)動電路：驅(qū)動LD光源器件發(fā)光必須是直流偏置電流Ib和信號電流Im共同作用的結(jié)果。3.3.1激光器的驅(qū)動電路偏置部分調(diào)制部分IbsIb0有用信號恒流源～I0Is偏置電路是一個有用信號電流（調(diào)制部分）與直流電流的相加電路。偏置電路要求：1.直流偏置電流接近激光器的閾值；2.偏置電流不能過大。重點直流偏置脈沖信號-VccI0IsItotel驅(qū)動電路原理如果有兩個電流源并聯(lián)工作，那么總電流就等于這兩個電流源電流之和電流源，內(nèi)阻非常大的電源。晶體管偏置電路差動放大電路

恒流源恒流源調(diào)制電路要求：快的開關(guān)速度和保持良好的電流脈沖波形可以看做一個雙擲開關(guān)，通過控制2個開關(guān)的開合，達到調(diào)制的目的。K1K2差動放大電路T1T2驅(qū)動芯片36693.3.2激光器的控制電路溫度控制激光器的閾值、發(fā)光功率、甚至于波長均與溫度有關(guān)——穩(wěn)定激光器的各項指標(biāo)

激光器是高發(fā)熱器件，過高的結(jié)溫將導(dǎo)致激光器損壞——保護激光器不損壞光功率控制

重點溫度控制溫控原理激光器制冷器探測器QT圖溫度閉環(huán)控制電路放大溫度控制熱敏電阻溫度檢測電橋

+3VT+5V溫度的變化熱敏電阻阻值變化電壓的變化平衡電橋放大控制制冷器的制冷電流控制溫度溫度控制半導(dǎo)體制冷器（帕爾帖元件）逆熱電效應(yīng)：電流產(chǎn)生兩面的溫度差+-冷面熱面圖帕爾帖元件DRV591-FEATURES

LowSupplyVoltageOperation:2.8Vto5.5VHighEfficiencyGeneratesLessHeatOver-CurrentandThermalProtectionFaultIndicatorsforOver-Current,ThermalandUnder-VoltageConditionsPWMSchemeOptimizedforEMIDRV591外部連接關(guān)系光功率控制為什么要光功率控制溫度變化使光功率不穩(wěn)定平均光功率不穩(wěn)定帶來的問題造成判決時脈沖的前后沿抖動

光功率控制光功率控制原理激光器偏置電路光探測器IP去偏置電路比較電壓設(shè)定第四節(jié)外調(diào)制--直接強度調(diào)制和外調(diào)制的區(qū)別線路編碼驅(qū)動電路LD或LED控制電路電信號輸入光信號直接調(diào)制的光發(fā)射機線路編碼驅(qū)動電路LD或LED控制電路電信號輸入光信號外調(diào)制器件間接調(diào)制的光發(fā)射機外調(diào)制的方法1電光效應(yīng)2聲光效應(yīng)3磁光效應(yīng)4EAM（電吸收調(diào)制）折射率隨所施加的電壓改變而改變的現(xiàn)象

電/光光/電前端前端網(wǎng)卡電信號輸入網(wǎng)卡電信號輸出傳輸光路光纖通信系統(tǒng)的基本組成第四章光接收機

第一節(jié)

光探測器第二節(jié)光接收機的性能要求光接收機的作用是將傳輸光路中的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。概述光纖通信系統(tǒng)的基本組成光發(fā)送機光接收機電端機電端機電信號輸入電信號輸出傳輸光路光纖通信系統(tǒng)光接收機重點光接收機光纖光前置放大部分光前端接口光檢測器前置放大器主放大主放大器均衡濾波AGC電路數(shù)字信號恢復(fù)判決電路再生放大時鐘提取譯碼部分譯碼器幀同步并行輸出光檢測器重點前置放大電路半導(dǎo)體光電二極管的等效電路三種放大電路(1)高阻抗放大:靈敏度高,帶寬迅低,動態(tài)范圍降低。用于低速系統(tǒng)。(2)低阻抗放大:帶寬提高，動態(tài)范圍有所改善，接收靈敏度低。信噪比低。(3)跨阻抗放大：輸入電阻比較小，動態(tài)范圍比較大。反饋電阻比較大，所以電阻上的熱噪聲比較小。

任務(wù)：將半導(dǎo)體光電二極管產(chǎn)生的微弱的光電流，無失真的轉(zhuǎn)化為較大的電信號，然后進入主放大器作進一步的放大。第一節(jié)光檢測器

光檢測的物理基礎(chǔ):光電效應(yīng)4.1.1PIN半導(dǎo)體光電二極管4.1.2APD雪崩光電二極管4.1.1PIN半導(dǎo)體光電二極管本征材料I（intrinsic）--不摻雜P區(qū)N區(qū)耗盡區(qū)I區(qū)步驟：1.在半導(dǎo)體表面被反射，損失一部分光能；2.透過不能產(chǎn)生電子空穴對的表面，進一步消耗一部分光能；3.剩余的光能到達能夠產(chǎn)生電子空穴對的耗盡區(qū)，產(chǎn)生電子空穴對；4.最后剩余的一部分光能，透過耗盡區(qū)而消耗掉。雪崩光電二極管（APD）可以對尚未進入后面放大器的輸入電路的初級光電流進行內(nèi)部放大。這樣可以顯著地增加接收機的靈敏度，因為在還沒有遇到接收機電路的熱噪聲之前就已放大了光電流。為了達到載流子的倍增，光生載流子必須穿過一個具有非常高的電場的高場區(qū)。4.1.2APD雪崩光電二極管在這個高場區(qū)，光生電子或空穴可以獲得很高的能量，因此它們高速碰撞在價帶上的電子使之產(chǎn)生電離，從而激發(fā)出新的電子—空穴對，這種載流子倍增的機理稱為碰撞電離。新產(chǎn)生的載流子同樣由電場加速，并獲得足夠的能量從而導(dǎo)致更多的碰撞電離產(chǎn)生，這種現(xiàn)象就是所謂的雪崩效應(yīng)。當(dāng)偏置電壓低于二極管的擊穿電壓時，產(chǎn)生的載流子總數(shù)是有限的。偏置電壓高于擊穿電壓時，產(chǎn)生的載流子就可以無限多了。APD雪崩光電二極管

獲得雪崩增益的條件：

1）有足夠高的電壓作用，所以雪崩二極管都是工作在高壓下；2）需要一個產(chǎn)生雪崩效應(yīng)的工作區(qū)。APD雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)P+IPN+吸收增益電場距離參數(shù)單位硅檢測器鍺檢測器銦鎵砷檢測器PIN

APDPINAPDPINAPD波長范圍nm400~1100800~1800900~1700峰值波長nm900830155013001300(1550)1300(1550)響應(yīng)度,芯片耦合后A/W0.60.3~0.5577~13050~1200.65~0.7,0.5~0.653~282.5~250.63~0.8(0.75~0.97)0.5~0.7(.6~0.8)量子效率%65~907750~5555~7560~7060~70增益G倍數(shù)1150~25015~40110~30過剩噪聲指數(shù)x-0.3~0.5-0.95~1-0.7偏壓-V45~1002206~1020~355<30暗電流nA1-100.1~150~50010~5001~201~5結(jié)電容PF1.2~31.3~22~52~50.5~20.5上升時間ns0.5~10.1~20.1~0.50.5~0.80.06~0.50.1~0.5第二節(jié)光接收機的要求

（1)極低的誤碼率（2）較高的接收靈敏度（較低的接收光平）；（3）較寬的帶寬，即能夠接收較高速率的光信號碼流；（4）較大的動態(tài)范圍，即可以接收的最大的光信號和最小的光信號的范圍比較大；（5）較低的輸出噪聲。第五章光放大

第一節(jié)概述第二節(jié)半導(dǎo)體光放大器第三節(jié)摻鉺光纖放大器5-1概述光放大器的出現(xiàn)是繼光纖、激光器之后在光信息領(lǐng)域的新突破。在光纖通信中享有重要的地位。光放大器首先解決的是光路損耗的功率補償問題。光放大器能對光信號直接放大，省去光電轉(zhuǎn)換的麻煩，得到了廣泛的應(yīng)用。光放大器的出現(xiàn)，預(yù)示著光信息領(lǐng)域?qū)⒂行碌耐黄?。它將成為光信號處理、光邏輯門、各種光功能器件的基礎(chǔ)元件。光放大器的類型一般，光放大器都由增益介質(zhì)、泵浦源、輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)增益介質(zhì)不同分類根據(jù)泵浦源不同分類根據(jù)輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)不同分類放大器的基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)增益介質(zhì)的不同分類：活性介質(zhì)

半導(dǎo)體材料:半導(dǎo)體激光放大器摻稀土(Nd,Sm,Ho,Er,Pr,Tm.和Yb)光纖，利用受激輻射機直接放大,如摻雜光纖放大器；基于光纖的非線性效應(yīng)(受激散射)光纖喇曼放大器光纖布里淵放大器

光放大器的類型半導(dǎo)體光放大器摻雜光纖放大器

摻鉺光纖放大器受激散射光纖放大器光纖拉曼放大器根據(jù)泵浦類型不同分類電泵浦----半導(dǎo)體光放大器光泵浦----光纖放大器摻鉺光纖放大器光纖拉曼放大器光泵浦光泵浦是基于活性介質(zhì)吸收泵浦光，使粒子從低能級躍遷到高能級，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，各種摻雜光纖制作的光放大器屬于這一類。

電泵浦---半導(dǎo)體光放大器外建電場實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)利用半導(dǎo)體材料固有的受激輻射放大機制,實現(xiàn)相干光放大其原理和結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體激光器相似。當(dāng)偏置電流低于振蕩閾值時,激光二極管對輸入的相干光具有線性放大作用。當(dāng)偏置電流高于振蕩閾值時,通過注入鎖定,激光二極管可以作為激光器