第4章：光通信器件

第四章光通信器件本章內(nèi)容物質(zhì)與光的互作用半導(dǎo)體發(fā)光機(jī)理半導(dǎo)體激光器（LD）半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）光放大器半導(dǎo)體光檢測(cè)器工作原理

PIN-PD和APD的工作特性無(wú)源器件4.1物質(zhì)與光的互作用電子的躍遷介質(zhì)材料中，存在著三種電子的躍遷過(guò)程，對(duì)應(yīng)著三種光與物質(zhì)的互作用過(guò)程受激吸收自發(fā)發(fā)射受激發(fā)射hυhυhυhυhυE2E1E1E2E1E2受激吸收自發(fā)發(fā)射受激發(fā)射發(fā)光與光的放大在熱平衡狀態(tài)下，分布為：受激吸收和受激發(fā)射的速率分別比例與N1和N2N1>N2---正常狀態(tài)---受激吸收>受激發(fā)射----吸收物質(zhì)N1<N2---粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)---受激發(fā)射>受激吸收----激活物質(zhì)如果外部有合適頻率的光信號(hào)進(jìn)入粒子數(shù)反轉(zhuǎn)區(qū)，則在受激輻射的作用下，該光信號(hào)被放大、光子數(shù)倍增，原有光波特點(diǎn)保留4.2半導(dǎo)體發(fā)光機(jī)理純凈半導(dǎo)體晶體的能帶半導(dǎo)體晶體的晶格結(jié)構(gòu)使分立的能級(jí)形成具有一定寬度的能帶在共價(jià)晶體中，最外層的電子和相鄰的原子形成共價(jià)鍵通常把價(jià)電子所占據(jù)的能帶稱(chēng)為價(jià)帶價(jià)帶以上的能帶（被自由電子占據(jù)）稱(chēng)為導(dǎo)帶價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底之間的能量差為Eg，稱(chēng)為禁帶寬度或帶隙半導(dǎo)體晶體的能帶在熱平衡狀態(tài)，能量為E的能級(jí)被電子占據(jù)的概率為費(fèi)米分布材料的費(fèi)米能級(jí)

Ef

是一個(gè)參考能級(jí)，E>Ef

的能級(jí)，被電子占據(jù)的可能性小于1/2，而對(duì)于E<Ef

的能級(jí)，被電子占據(jù)的可能性大于1/2。PN結(jié)的形成P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸時(shí)，在邊界面上，由于載流子濃度不同，出現(xiàn)擴(kuò)散P區(qū)空穴濃度高，向N區(qū)擴(kuò)散N區(qū)電子濃度高，向P區(qū)擴(kuò)散載流子擴(kuò)散后，打破了原先的電平衡，在P區(qū)和N區(qū)的界面附近形成自建場(chǎng)，方向從N區(qū)指向P區(qū)載流子在自建場(chǎng)作用下發(fā)生漂移，方向與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相反載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)終將取得平衡，此時(shí)PN結(jié)形成自建場(chǎng)空間電荷區(qū)-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+P區(qū)N區(qū)PN結(jié)的特點(diǎn)自建場(chǎng)的方向由N區(qū)指向P區(qū)空間電荷區(qū)幾乎沒(méi)有載流子存在，又稱(chēng)為耗盡區(qū)PN結(jié)具有單向?qū)щ娦援?dāng)在N區(qū)加正電壓P區(qū)接地時(shí)，外加電場(chǎng)與自建場(chǎng)方向一致，加強(qiáng)了自建場(chǎng)，在漂移作用下，耗盡區(qū)變寬，PN結(jié)電阻愈大，幾乎不導(dǎo)電當(dāng)在P區(qū)加正電壓N區(qū)接地時(shí)，外加電場(chǎng)與自建場(chǎng)方向相向，抵消了自建場(chǎng)，當(dāng)完全抵消自建場(chǎng)時(shí)，在載流子的擴(kuò)散作用下，PN結(jié)開(kāi)始導(dǎo)電有源區(qū)的形成P區(qū)N區(qū)熱平衡狀態(tài)下，費(fèi)米能級(jí)統(tǒng)一P區(qū)N區(qū)Ef外加正向電壓時(shí)，費(fèi)米能級(jí)分裂，形成兩個(gè)準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)（Ef）c（Ef）v有源區(qū)增益區(qū)有源區(qū)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，自發(fā)輻射和受激輻射將占優(yōu)勢(shì)，半導(dǎo)體發(fā)光，且光子能量滿(mǎn)足：就會(huì)產(chǎn)生放大作用。Eg<hυ

<eV正向電壓大到一定的值時(shí)，準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的能量間隔大于禁帶寬度，

，在PN結(jié)區(qū)域會(huì)出現(xiàn)有源區(qū)。4.3半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）LED工作原理LED：Light-EmittingDiode，發(fā)光二極管發(fā)光原理：基于半導(dǎo)體PN結(jié)自發(fā)輻射機(jī)理適當(dāng)材料的半導(dǎo)體PN結(jié)加正向電壓就可構(gòu)成LED適當(dāng)材料：有源區(qū)電子-空穴可以產(chǎn)生輻射復(fù)合，從而產(chǎn)生發(fā)光的半導(dǎo)體材料直接帶隙半導(dǎo)體：導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂對(duì)齊---輻射復(fù)合間接帶隙半導(dǎo)體：導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂錯(cuò)位---非輻射復(fù)合硅為間接帶隙半導(dǎo)體，所以不能用于制作發(fā)光器件由三種及三種以上元素構(gòu)成的合金材料可以通過(guò)改變?cè)氐臉?gòu)成比例改變其帶隙能量和輻射波長(zhǎng)LED的結(jié)構(gòu)同質(zhì)結(jié)指制作P區(qū)和N區(qū)均使用同一種半導(dǎo)體摻雜制成同質(zhì)PN結(jié)發(fā)光效率比較低電子-空穴分布范圍大，濃度低，增益低PN結(jié)與P區(qū)和N區(qū)的相對(duì)折射率差小，雜散方向上光子多，不能有效反饋、輸出同質(zhì)結(jié)的效率問(wèn)題LED的結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)指在有源區(qū)的兩邊加上相異的寬帶隙的半導(dǎo)體材料異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，特別是雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，對(duì)載流子和光子都形成約束，大大提高了發(fā)光效率雙異質(zhì)結(jié)提高發(fā)光效率雙異質(zhì)結(jié)的工作原理LED的結(jié)構(gòu)根據(jù)光輸出位置不同可分為面發(fā)射型LED和邊發(fā)射型LED電極光纖膠有源區(qū)限流區(qū)Cu熱沉SiO2SiO2雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)金屬接觸層面發(fā)射型LED雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)襯底Cu熱沉電極金屬接觸邊發(fā)射型LED輻射方向：與PN結(jié)區(qū)垂直發(fā)光面：圓形輻射方向：是PN結(jié)有源區(qū)端面發(fā)光面：橢圓形LED的P-I特性輸出光功率基本上與注入電流成正比典型值：工作電流：50~100mA

正向電壓：1.2~1.8V入纖功率在-20dBm(10μw)量級(jí)PI頻譜特性L(fǎng)ED沒(méi)有諧振腔，其光譜就是半導(dǎo)體材料的自發(fā)輻射譜LED的發(fā)射譜線(xiàn)較寬GaAlAsLED譜線(xiàn)寬度約30~50nmInGaAsPLED譜線(xiàn)寬度約60~120nm面發(fā)光LED較邊發(fā)光LED的譜寬更寬邊發(fā)光LED面發(fā)光LED溫度特性溫度升高，輸出功率有所下降溫度升高，輸出光譜展寬，譜中心右移總體上，由于LED不是閾值器件，因此與LD相比，溫度對(duì)LED的影響相對(duì)較小I=100mAI=400mAP光束發(fā)射特性L(fǎng)ED發(fā)出的光束為非相干光，可視作朗伯光源，空間發(fā)散角較大面發(fā)光LED光束的輻射功率隨角度的變化而呈余弦變化，光束的半功率發(fā)散角為120°邊發(fā)光LED由于在平行于PN結(jié)的方向有異質(zhì)結(jié)的折射率變化約束，因此光束的垂直發(fā)射角小一些，約30~50°，另外一個(gè)方向上發(fā)射角較大，約120°LED的常用典型值出纖功率典型值：-20dBm調(diào)制帶寬100Mbps以上半功率譜線(xiàn)寬度50~120nm工作電流100mA4.4半導(dǎo)體激光器（LD）LD工作原理LD：LaserDiode，半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理：基于半導(dǎo)體PN結(jié)受激輻射機(jī)理構(gòu)成：對(duì)光頻具有放大作用的激活物質(zhì)、選頻機(jī)構(gòu)和反饋機(jī)構(gòu)激射條件當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓形成有源區(qū)后，還不能產(chǎn)生激光產(chǎn)生激光的兩個(gè)條件存在光學(xué)諧振腔（振蕩的必要條件：反饋）有源區(qū)對(duì)光的增益足夠大（振蕩的必要條件：克服損耗）條件的滿(mǎn)足普通LD通常使用晶體的天然解理面作為F-P諧振腔LD要產(chǎn)生激光，注入電流必須超過(guò)某一閾值，使有源區(qū)內(nèi)的增益大于損耗，此時(shí)才能產(chǎn)生激光。因此，LD是一種閾值器件4.4.1LD的結(jié)構(gòu)構(gòu)成：對(duì)光頻具有放大作用的激活物質(zhì)、選頻機(jī)構(gòu)和反饋機(jī)構(gòu)激活物質(zhì)---處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的有源區(qū)提供選頻機(jī)構(gòu)和反饋機(jī)構(gòu)---F-P諧振腔或光柵提供半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)：由一個(gè)簡(jiǎn)單的PN結(jié)合兩個(gè)自然解理面形成的F-P諧振腔構(gòu)成F-P諧振腔

圖激光器的構(gòu)成和工作原理

(a)激光振蕩；(b)光反饋閾值條件當(dāng)注入電流從零逐漸增大時(shí)，并不能立即產(chǎn)生激光由于諧振腔內(nèi)部會(huì)有各種損耗光場(chǎng)在諧振腔內(nèi)部往返一次所得的增益足以補(bǔ)償腔內(nèi)所有的損耗時(shí)才會(huì)形成穩(wěn)定的激光輸出閾值條件閾值條件閾值電流閾值增益系數(shù)主要決定于有源區(qū)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)濃度，或者說(shuō)決定于注入電流對(duì)于確定結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器必有一個(gè)確定的注入電流It，在此注入電流下，激光器的增益系數(shù)正好等于其總損耗系數(shù)如果注入電流再增加，增益就會(huì)超過(guò)損耗，激光器從自發(fā)輻射狀態(tài)轉(zhuǎn)換為受激輻射狀態(tài)It稱(chēng)為閾值電流F-P諧振腔諧振腔中的電磁場(chǎng)呈駐波分布，諧振腔中的諧振模式分為縱模和橫模光波在兩個(gè)鏡面之間來(lái)回反射，入射波和反射波疊加會(huì)形成穩(wěn)定的駐波分布。軸向形成穩(wěn)定駐波的條件是兩個(gè)反射鏡之間的距離即腔體的長(zhǎng)度L是腔體中電磁波半波長(zhǎng)的整數(shù)倍縱模F-P諧振腔縱模在頻率軸上是均勻分布的F-P諧振腔諧振腔在橫截面內(nèi)的電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)決定了諧振腔的橫模。諧振腔內(nèi)的場(chǎng)具有準(zhǔn)TEM場(chǎng)特性，可以用TEMmnq來(lái)代表F-P腔中的諧振模式。q：縱模序數(shù)（一般不寫(xiě)）m和n：橫模序數(shù)橫?；鶛M模狀態(tài)TEM00q，對(duì)于一個(gè)確定的縱模序數(shù)q，諧振頻率是確定的，即每一個(gè)縱模序數(shù)q對(duì)應(yīng)一條譜線(xiàn)。多橫模條件下，對(duì)應(yīng)確定的縱模序數(shù)，譜線(xiàn)將被展寬。F-P諧振腔的損耗腔內(nèi)光子數(shù)減少到初始值的1/e的時(shí)間間隔稱(chēng)為腔內(nèi)光子壽命由于存在損耗，確定縱模諧振頻率不再是確定值，而對(duì)應(yīng)于一條確定的諧振曲線(xiàn)。4.3.2LD的工作特性激光器的工作特性?xún)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面轉(zhuǎn)換效率溫度特性P-I特性光譜特性激光光束的空間特性轉(zhuǎn)換效率激光器的電/光轉(zhuǎn)換效率用外微分量子效率表示表征了閾值以上的輸出的光子數(shù)的增量與注入的電子數(shù)的增量之比，且隨溫度的升高而下降PIP-I特性激光器的P-I特性表現(xiàn)出明顯的閾值特性當(dāng)注入電流小于閾值電流時(shí)，不發(fā)射激光，輸出光功率隨注入電流的增加而緩慢增長(zhǎng)當(dāng)注入電流大于閾值電流時(shí)，發(fā)射激光，輸出光功率隨注入電流的增加而迅速線(xiàn)性增長(zhǎng)Ith溫度特性L(fǎng)D總體上是一個(gè)溫度敏感器件。溫度的變化對(duì)LD的工作狀態(tài)影響較大，主要存在以下幾個(gè)方面的影響溫度升高，閾值電流升高溫度升高，輸出功率降低溫度變化，波長(zhǎng)不穩(wěn)定光束發(fā)射特性半導(dǎo)體激光器的有源區(qū)是一個(gè)類(lèi)似于矩形平面介質(zhì)波導(dǎo)近區(qū)場(chǎng)呈橢圓形分布，長(zhǎng)軸在波導(dǎo)的寬邊方向，短軸在窄邊方向遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)也呈橢圓形分布，但長(zhǎng)軸在波導(dǎo)的窄邊方向，短軸在寬邊方向遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)表現(xiàn)出LD光束的發(fā)射特性，通常垂直發(fā)散角約300～400，水平發(fā)散角約

100～200

光譜特性使用天然解理面構(gòu)成F-P諧振腔的半導(dǎo)體激光器存在多縱模振蕩的情況，每一個(gè)縱模對(duì)應(yīng)一個(gè)振蕩波長(zhǎng)，因此總體上LD的頻譜呈現(xiàn)多譜線(xiàn)結(jié)構(gòu)，譜線(xiàn)包絡(luò)為高斯輪廓半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)取決于導(dǎo)帶的電子躍遷到價(jià)帶時(shí)所釋放的能量不同的半導(dǎo)體材料有不同的禁帶寬度，因而有不同的發(fā)射波長(zhǎng)鎵鋁砷-鎵砷(GaAlAs-GaAs)----0.85μm銦鎵砷磷-銦磷(InGaAsP-InP)----1.3~1.55μmLD輸出譜線(xiàn)隨注入電流的變化75mA2.3mW80mA4mW100mA10mW直流驅(qū)動(dòng)300Mb/s數(shù)字調(diào)制靜態(tài)單縱模激光器動(dòng)態(tài)單縱模激光器F-P諧振腔改變結(jié)構(gòu)分布反饋激光器動(dòng)態(tài)單縱模激光器4.3.3窄線(xiàn)寬激光器DFB和DBRBragg光柵P區(qū)N區(qū)Bragg光柵有源區(qū)DBR-LDDFB和DBR均可實(shí)現(xiàn)單縱模輸出，輸出波長(zhǎng)為布喇格波長(zhǎng)更好的溫度特性窄線(xiàn)寬特性波長(zhǎng)穩(wěn)定性好線(xiàn)性好動(dòng)態(tài)譜線(xiàn)好P區(qū)N區(qū)1/4波長(zhǎng)Bragg光柵有源區(qū)DFB-LDDFB分布反饋式半導(dǎo)體激光器DBR分布布拉格反射激光器LED與LD的區(qū)別在于：LED是非相干光源，以自發(fā)輻射為主沒(méi)有諧振腔發(fā)光過(guò)程中不一定需要實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，沒(méi)有閾值條件輸出光功率基本上與注入電流成正比LD與LED的比較出纖功率：通常LD較LED高10dB以上譜寬：LD尤其是動(dòng)態(tài)單縱模LD譜線(xiàn)比LED窄2~3個(gè)數(shù)量級(jí)調(diào)制速率：LD更高與光纖的耦合：LD發(fā)散角較小，耦合更方便生產(chǎn)成本：LED低P-I特性：LED基本是線(xiàn)性；LD為閾值器件溫度特性：LD對(duì)溫度變化更敏感壽命：LED更長(zhǎng)一些應(yīng)用場(chǎng)合：LD應(yīng)用于高速、長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)；LED應(yīng)用于對(duì)成本比較敏感的低速短距離光纖通信系統(tǒng)4.5光放大器光放大器的應(yīng)用長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)中的中繼放大器光發(fā)送機(jī)后級(jí)的功率提升放大器光接收機(jī)前置放大器廣泛使用的光放大器半導(dǎo)體激光放大器(SOA)光纖放大器摻鉺光纖放大器(EDFA)拉曼光纖放大器放大機(jī)理半導(dǎo)體激光放大器利用處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的半導(dǎo)體PN結(jié)對(duì)光的增益效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的放大光纖放大器對(duì)光纖進(jìn)行摻雜，利用受激輻射機(jī)制實(shí)現(xiàn)光的直接放大利用受激散射機(jī)制實(shí)現(xiàn)光的直接放大衡量放大器的參數(shù)增益噪聲系數(shù)經(jīng)過(guò)放大器后，系統(tǒng)信噪比的劣化程度為噪聲系數(shù)NF理想放大器，被放大光信號(hào)的SNR也會(huì)降低3dBEDFA放大原理鉺(Er)是一種稀土元素?fù)饺脬s元素的目的：促成被動(dòng)的傳輸光纖轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂蟹糯竽芰Φ闹鲃?dòng)光纖。因此，這種光纖的新特性--激光特性、光放大特性等與鉺離子的性質(zhì)密切相關(guān)。鉺未受到任何激勵(lì)的條件下，處于最低能級(jí)，即基態(tài)上；當(dāng)泵浦光射入，Er原子中的電子吸收泵浦光的能量，向高能級(jí)躍遷。處于高能級(jí)的粒子是不穩(wěn)定的，它會(huì)通過(guò)非發(fā)光躍遷迅速跳到壽命較長(zhǎng)的亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上；源源不斷的泵浦下，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子數(shù)不斷積累，實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；當(dāng)有外部光激勵(lì)時(shí)，載流子將以受激輻射的方式躍遷到基態(tài)并發(fā)射光子，形成光放大。980nm和1480nm的大功率半導(dǎo)體激光器是最常用的泵浦源。EDFA的結(jié)構(gòu)光耦合器光隔離器光隔離器光濾波器EDFINOUT泵浦光4.6半導(dǎo)體光檢測(cè)器工作原理

檢測(cè)器的基本功能：將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。分類(lèi)熱檢測(cè)器光電導(dǎo)型檢測(cè)器光伏檢測(cè)器-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+光電二極管工作原理利用PN結(jié)的光電效應(yīng)，在自建場(chǎng)的作用下產(chǎn)生光電流hυ自建場(chǎng)由PN結(jié)構(gòu)成，光電效應(yīng)對(duì)應(yīng)著物質(zhì)與光的互作用中的“受激吸收”hυ耗盡區(qū)反偏的PN結(jié)導(dǎo)帶價(jià)帶P區(qū)N區(qū)PN結(jié)響應(yīng)波長(zhǎng)產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件：截止波長(zhǎng)上截止波長(zhǎng)上截止波長(zhǎng)受禁帶寬度的限制，當(dāng)光子能量小于禁帶寬度時(shí)，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)Ge材料：1.6μm；Si材料：1.06μm下截止波長(zhǎng)半導(dǎo)體材料對(duì)入射光的吸收作用和波長(zhǎng)有關(guān)下截止波長(zhǎng)受0電場(chǎng)區(qū)吸收限制，當(dāng)光子頻率很高時(shí)，其穿透深度小于0電場(chǎng)區(qū)的厚度，不能到達(dá)耗盡區(qū)響應(yīng)度和響應(yīng)時(shí)間光電轉(zhuǎn)換效率用量子效率或響應(yīng)度表示：量子效率：一次光生電子-空穴對(duì)和入射光子數(shù)的比值響應(yīng)度：一次光生電流和入射光功率的比值響應(yīng)時(shí)間入射光功率呈階躍變化的條件下，檢測(cè)器的輸出電流從最大值的10%上升到90%所用的時(shí)間響應(yīng)度和響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間制約元素：檢測(cè)器的結(jié)電容和外電路電阻構(gòu)成電路的時(shí)間常數(shù)電荷載流子渡越耗盡區(qū)的時(shí)間響應(yīng)時(shí)間決定了器件的可用頻帶寬度普通PD存在的問(wèn)題普通PD直接使用P摻雜半導(dǎo)體和N摻雜半導(dǎo)體結(jié)合而成，工作時(shí)加反向偏壓存在問(wèn)題0電場(chǎng)區(qū)較厚量子效率低、響應(yīng)速度慢耗盡區(qū)較薄量子效率低、結(jié)電容大，影響響應(yīng)速度P區(qū)PN結(jié)N區(qū)0電場(chǎng)區(qū)0電場(chǎng)區(qū)耗盡區(qū)4.7PIN-PD和APD的工作特性PIN-PDPIN的結(jié)構(gòu)PIN使用三層結(jié)構(gòu)，與普通PD相比，在P層和N層之間增加一個(gè)I層，同時(shí)P層和N層均很薄I層是一個(gè)接近本征的，低摻雜濃度的N區(qū)，比較厚整個(gè)I區(qū)均沒(méi)有載流子，為耗盡區(qū)PINhvPIN的優(yōu)點(diǎn)量子效率高響應(yīng)速度快E光電流的倍增——APDAPD：AvalanchePhotoDiode，雪崩光電二極管

APD工作原理使用時(shí)加高反偏壓，在A(yíng)PD內(nèi)部建立一個(gè)高電場(chǎng)區(qū)（~3105V/cm）光生載流子在高電場(chǎng)區(qū)將被加速到較高速度高速載流子與晶格可能發(fā)生碰撞，從而使晶體中的原子發(fā)生電離，產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)二次電子-空穴對(duì)還可重復(fù)上述過(guò)程，直到逸出高場(chǎng)區(qū)上述雪崩過(guò)程將使APD的光電流產(chǎn)生倍增雪崩增益的大小工程應(yīng)用中，G

可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的式子來(lái)表示：V ——加在A(yíng)PD上的反向偏壓I ——APD的暗電流R ——APD電路的串聯(lián)電阻VB ——APD的反向擊穿電壓m ——由APD的材料和器件結(jié)構(gòu)決定的參量

其中：雪崩過(guò)程產(chǎn)生了光電流的倍增，倍增增益為：APD的過(guò)剩噪聲考察APD中光生載流子的倍增過(guò)程光生載流子可能發(fā)生倍增，也可能不發(fā)生可能發(fā)生一次倍增，也可能發(fā)生多次倍增電子倍增率和空穴倍概率極可能并不相同PD中本身存在的一些噪聲也被倍增以上過(guò)程均為隨機(jī)過(guò)程，可見(jiàn)APD雪崩增益的代價(jià)是倍增后的光電流附加上這些噪聲這種附加的噪聲被稱(chēng)為過(guò)剩噪聲APD的過(guò)剩噪聲用過(guò)剩噪聲系數(shù)來(lái)描述過(guò)剩噪聲系數(shù)過(guò)剩噪聲系數(shù)定義：

F(G)=<g2>/G2為了簡(jiǎn)化計(jì)算，過(guò)剩噪聲系數(shù)F(G)可表示為：F(G)=Gx，式中的x(0<x<1)即為噪聲指數(shù)x的大小取決于A(yíng)PD的材料和器件結(jié)構(gòu)，對(duì)Si-APD，x約為0.5；對(duì)Ge-APD，x約為0.6-1.0RAPDRAPD：拉通型APDN+PP+層結(jié)構(gòu)當(dāng)偏壓加大到某值后，耗盡區(qū)拉通到區(qū)，一直抵達(dá)P+接觸層繼續(xù)加壓時(shí)電場(chǎng)增量主要在P區(qū)和區(qū)分布，高場(chǎng)區(qū)變化不大雪崩區(qū)耗盡區(qū)碰撞電離所需的最小場(chǎng)強(qiáng)N+PP+4.8常見(jiàn)的無(wú)源光器件光纖通信系統(tǒng)中使用的器件有源光器件主動(dòng)工作，必須外加能源信號(hào)的產(chǎn)生、檢測(cè)與放大無(wú)源光器件被動(dòng)工作，無(wú)需能源完成光纖的接續(xù)、隔離、信號(hào)合/分路、衰耗、復(fù)用/解復(fù)用等功能常見(jiàn)的無(wú)源光器件光纖連接器活動(dòng)連接、半永久連接和永久連接光纖耦合器光波分復(fù)用/去復(fù)用器光隔離器光纖衰減器固定衰減器及可變衰減器光外調(diào)制器及光開(kāi)關(guān)光纖連接器光纖的連接永久連接光纜線(xiàn)路建設(shè)中使用，通常使用熔融法實(shí)現(xiàn)光纖的永久連接半永久連接通常用于光纖線(xiàn)路的搶修，常用套管+匹配液+粘接活動(dòng)連接用于可能需要經(jīng)常調(diào)整連接關(guān)系的地方，如端設(shè)備與外部光纜線(xiàn)路。對(duì)光纖連接器的基本要求損耗小可重復(fù)性（指反復(fù)插拔時(shí)插入損耗變化小）壽命長(zhǎng)強(qiáng)度高環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)連接損耗橫向偏移引起的連接損耗角度偏移引起的連接損耗縱向移位引起的連接損耗光纖活動(dòng)連接器的主要類(lèi)型及指標(biāo)衡量光纖活動(dòng)鏈接器的主要光學(xué)特性指標(biāo)插入損耗接續(xù)的連接器給系統(tǒng)造成的光功率衰減目前商用的連接器的損耗小于0.2dB回波損耗又稱(chēng)后向損耗，指在光纖連接處，后向反射光相對(duì)于輸入光的比率分貝數(shù)，值愈大愈好，以減少反射光對(duì)光源和系統(tǒng)的影響光纖活動(dòng)連接器的主要類(lèi)型及指標(biāo)一套光纖連接器習(xí)慣指兩個(gè)插頭加一個(gè)適配器；將裝有插頭的光纜叫做跳線(xiàn)，可裝一個(gè)頭，也可裝兩個(gè)頭，插頭可以是同一個(gè)型號(hào)，也可以不同型號(hào)，可以是單芯，也可以是多芯。把光纖插頭連接在一起，使光纖接通的器件叫適配器(法蘭盤(pán))，可以接相同型號(hào)的插頭，也可接不同的插頭。光纖活動(dòng)連接器的主要類(lèi)型及指標(biāo)連接類(lèi)型圓形帶螺紋光纖接頭---FC型卡接式圓形光纖接頭---ST型方形光纖接頭---SC型光纖活動(dòng)連接器的主要類(lèi)型及指標(biāo)連接類(lèi)型圓形帶螺紋光纖接頭---FC型卡接式圓形光纖接頭---ST型方形光纖接頭---SC型光纖活動(dòng)連接器的主要類(lèi)型及指標(biāo)連接類(lèi)型圓形帶螺紋光纖接頭---FC型卡接式圓形光纖接頭---ST型方形光纖接頭---SC型光纖活動(dòng)連接器的主要類(lèi)型及指標(biāo)端面接觸方式插針端面為球面，曲率半徑為15~25mm，回波損耗大于40dB---PC型插針端面為球面，曲率半徑為10~15mm，回波損耗大于50dB-

--UPC型光纖接頭端面傾斜，角度一般為8°，回波損耗大于60dB-

--APC型光纖連接器通常以連接類(lèi)