光通讯基础知识与产品知识培训

光通讯基础知识与产品知识培训第一大部分：光通讯基础知识光通讯基本概念光纤光缆光电器件光纤传输系统激光器使用注意事项光纤通信发展方向大纲：第二大部分：产品基础知识TO光电组件光电产品的基本参数器件发展方向第一大部分：光通讯基础知识一、光通讯基本概念1、光纤通信光纤通信是以光波为载波，以光纤（光导纤维）为传输媒体，将信号从某一点传送到另一点的通信方式。具有传输距离远（传输损耗小）、通信容量大（传输频带宽）、抗干扰性能好（不受电磁干扰）、保密性好（不产生光泄漏）、重量轻、体积小等优点。2、光纤通信基本组成光纤通信主要由信源、电端机、光端机、光纤和接受体构成。3、光纤通信发展1960年，世界上第一台激光器研制成功；1966年，英国华裔科学家高琨博士等人根据光波导理论，认为如果使光纤中损耗减低到20db/km以下，就可能进行光纤通信，从此开创了光纤通信的先河；1970年，第一根低损耗光纤（20dB/Km）研制成功（美国康宁公司）；美国贝尔实验室成功研制能在室温条件下连续工作的半导体激光器；1974年，美国贝尔实验室成功研制出损耗为1dB/Km的光纤（化学气相沉积法（MCVD）1976年，日本电话电报公司研制出损耗更低的光纤（0.5dB/Km）；20世纪80年代后期，光纤损耗已经降低到0.16dB/Km；1982年我国第一条34Mb/s光纤通信开通；1988年；第一条跨大西洋光缆投入运营；2002年，光纤通信单通道传输速率达到40Gb/s,DWDM传输光通信容量达10Tb/s；2002年后，光通信开始向最后一站——用户接入网迈进。二、光纤1、光纤的分类按工作波长：短波长（850nm)长波长（1310nm、1550nm）按传输模式：多模光纤和单模光纤按材料：石英光纤、塑料光纤等2，光纤的拉制3，光在光纤中的传输光在光纤中的传输遵循光的反射与折射定律。实际上，光在纤芯中全反射曲折前行。三、光缆含有光纤，符合现场实际使用要求的光、机械和环境规范的缆。由光纤、加强件和外护层等组成。光缆的分类：按芯数分为单芯、双芯、多芯按结构分为层绞式、骨架式、带状等按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、室内、水下、海底等按用途分为通信用光缆和非通信用光缆四、光电器件1、无源光器件光分路器/耦合器：1xN（树型）、NxN（星型）波分复用器：合波器和分波器、滤波器光纤连接器：活动（FC、ST、SC等）、适配器（直通）光开关光衰减器：固定、可变光隔离器：单方向传输光的器件2、有源光器件光源：发光二极管（LED）激光二极管（LD）光电检测器：PIN光电管、PIN-TIA组件雪崩光电二极管（APD）光纤放大器（EDFA）五、光纤传输系统1、光纤传输系统新技术延长中继距离的新技术 光放大器(EDFA) 外调制器(电光晶体LiNbO3) 色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅)提高通信容量的新技术 时分复用技术（TDM） 波分复用技术（WDM）2、光纤传输系统的基本框图如下电端机驱动光源光检测判决再生光源光检测放大电端机发送光发送机光纤光缆光中继器光接收机接收光纤光缆模拟通信：信噪比和谐波失真数字通信：误码率和相位抖动六，激激光器器使用用注意意事项项光通信信用激激光器器发射射出对对人眼眼有害害的、、肉眼眼看不不见的的红外外光，，如果果近距距离正正眼观观看，，可能能引起起人眼眼视网网膜瞬瞬间的的损伤伤。因因此，，在观观察激激光束束时，，千万万不要要用肉肉眼直直接观观察。。激光器器表面面贴有有激光光辐射射和方方向的的“警警告标标记””和““窗口口标记记”，，如下下图示示激光器器使用用需注注意以以下几几点a）热热的预预防激光器器是一一种高高功率率密度度的热热功耗耗器件件，使使用时时应尽尽量远远离热热源，，不得得在高高于规规定的的最高高工作作温度度下使使用，，否则则会造造成其其性能能和寿寿命的的快速速退化化。器器件管管角的的焊接接时间间有严严格限限制（（一般般不得得超过过10秒钟钟），，焊接接温度度也必必须严严格控控制在在260℃℃以内内。b)力的预预防激光器及尾尾纤都十分分脆弱，无无论在安装装或操作时时都必须尽尽量避免过过大的扭绞绞力、牵引引力和扭矩矩。尾纤不不要扭绞，，牵引力不不得超过500克••力（5牛牛顿），其其弯曲半径径不得小于于30mm。c)电的的预防采取静电放放电（ESD）防护护和电流浪浪涌防护;对激光器器禁止施加加反向电压压。1、传输速速率达到Tb/s的的系统设备备2、掺杂有有关化学元元素（如铒铒、镨等））的光纤放放大器3、光交换换机4、密集波波分复用（（DWDM）设备5、适用于于长距离、、高速率、、能承受较较高光功率率密度的新新型光纤（（如非零色色散位移光光纤-G.655光光纤、无水水吸收峰光光纤-全波波光纤等））6、集成光光学器件及及其它光通通信元器件件7、能兼容容不同速率率、协议和和制式的全全光网络技技术等七、光纤通通信发展方方向第二大部分分：产品基基础知识一、TO1、LDTOLDTO主要材料料为TO帽帽、TO座座、LD芯芯片、背光光PD芯片片等。1.1LDTO帽最常用的有有普通球帽帽、2.0大球帽、、非球帽。。透镜材料料为BK7、SF6、SF8等，帽桶桶材料为KOVER。普通球帽的的耦合效率率大概在10%左右右，焦距在在6.3mm左右；；大球帽的的耦合效率率大概在15%左右右，焦距在在6.5mm左右；；非球帽的的耦合效率率大概在35%左右右，目前常常用的焦距距为7.5mm。普通球帽和和2.0大大球帽除了了一个透镜镜为φ1.5一个透透镜为φ2.0一点点不同之处处外，其他他尺寸基本本相同。所所以这两种种TO帽在在外观上不不好区分。。普通球帽透透镜并非标标准的圆形形，如图所所示：非球透镜帽帽的结构如如下图所示示：非球透镜TO的耦合合效率是最最高的，但但是我们平平常用的最最多的7.5焦距非非球透镜却却不是耦合合效率最高高的一种。。非球TO的的耦合效率率和TO帽帽的关系曲曲线如图：：由此看出非非球TO的的最大理论论耦合效率率-2.5dB（56%），，此时TO的焦距约约为f=1.27（（LD芯片片距TO底底座位置））+3.97-2.27（透透镜尺寸））+0.8(L1)+6（L2）=9.77mm。1.2LDTO座最常见的LDTO底座为肖肖特的TO56底座座。下边为为肖特一款款TO56座的外形形图：1.3LD芯片根据芯片性性能，LD芯片分为为FP和DFB。FP腔半导导体激光器器是利用两两个端面对对光进行集集中反馈。。DFB激光光器是内含含布拉格光光栅来实现现光的反馈馈的，因为为内含布拉拉格光栅选选择工作波波长，所以以DFB激激光器的谐谐振器损耗耗就有明显显的波长依依存性。所所以DFB的单色性性和稳定性性优于FP。两种芯片的的光谱特性性如下1.4背背光PD芯片片背光PD有PIN200和PIN300。。根据受受光面积积和PD芯片的的粘贴位位置来决决定LDTO的背光光电流大大小。2，PDTOPDTO主要要材料为为TO帽帽、TO座、PD芯片片、TIA、陶陶瓷电路路板和电电容。为为提高灵灵敏度，，防止串串扰，TO封装装要求：：1，PIN尽尽可能靠靠近IC。2，，打线尽尽可能短短。2.1PDTO帽帽探测器的的帽子越越高，焦焦点越近近，灵敏敏度越高高。最常常用的几几款PDTO帽的帽帽高为2.9mm、3.2mm和3.5mm等。。同时，PD芯片片的陶瓷瓷垫片的的高度也也可以调调节PD的焦距距。陶瓷瓷垫片有有0.25mm、0.4mm、0.5mm等。目前我们们使用的的帽高2.9的的PDTO如如图所示示。2.2PD芯芯片探测器芯芯片分PIN和和APD。对于PIN，光光敏面越越大耦合合时越好好找光，，但光敏敏面越大大带宽越越窄。目目前155M和和622M的PD光敏敏面为φφ75、、φ80，1.25G的PD光敏面面为φ55、φφ60。。APD为为雪崩二二极管，，是利用用光生载载流子的的雪崩效效应使反反向结电电流产生生倍增。。2.3TIATIA是是将探测测器芯片片产生的的光电流流进行差差分放大大输出的的作用。。如图所所示。2.4PDTO座座最常见的的PDTO底底座为肖肖特的TO46底座。。下边为为肖特一一款TO46座座的外形形图：二，光电电组件目前的光光组件的的有TOSA、、ROSA、BOSA、Triplexer、蝶蝶形封装装光组件件等。TOSA内部结结构图ROSA内部结结构图BOSA内部结结构图Triplexer内内部结构构图蝶形封装装内部结结构图三，光电电产品的的基本参参数1，激光光器件的的最大额额定值1.1储存存温度（Tstg）器件不工作状状态下的最高高环境温度。。1.2工作作温度（Top）器件工作状态态下的最大管管壳温度。1.3正向向电流（If）可以施加到器器件上不引起起器件损坏的的最大连续正正向电流。1.4反向向电压（Vr）可以施加到器器件上不引起起器件损坏的的最大反向电电压。1.5背光光PD反向电电压（Vd））可以施加到背背光PD上不不引起器件损损坏的最大反反向电压。2，激光器的的光电特性参参数2.1正向向电压（Vf）当正向驱动电电流为一确定定值时对应激激光二极管的的正向电压。。2.2阈值值电流（Ith）激光二极管开开始产生震荡荡的正向电流流。2.3输出出光功率（P0）规定调制电流流下激光器输输出的光功率率。2.4峰值值波长（λp）在规定的输出出光功率时，，光谱内最大大强度的光谱谱波长为峰值值波长。2.5中心心波长（λc）峰值波长下降降3dB的连连线中心对应应的波长位置置。2.6谱宽宽（Δλ）对于FPLD，采用ITU-TG.957建建议的最大均均方根（RMS）宽度定定义光谱宽度度。对于DFBLD，采用用ITU-TG.957建议，峰值值波长跌落-20dB的的最大全宽。。2.7边模模抑制比（SMSR）在规定的出光光功率和调制制时，最高光光谱峰强度与与次高光谱峰峰强度之比。。2.8上升升/下降时间间（tr/tf）指LD输出光光功率的脉冲冲响应时间。。从额定光功功率的10%上升到90%的时间为为上升时间，，从额定光功功率的90%下降到10%的时间为为下降时间。。2.9开通通延迟（ton）开通延迟是指指调制的光脉脉冲上升沿在在电信号为““开”后到达达全幅度的10%对应的的时间。2.10串串联电阻（dV/dI））指在工作电流流处计算器件件的电压电流流的微分而确确定的。对于于一个激光二二极管，总是是希望有较小小的串联电阻阻。高的串联联电阻可能时时因为器件的的P边和N边边的低质量金金属化欧姆接接触的结果。。因此串联电电阻是评价淀淀积在激光二二极管上金属属化接触质量量的一个参数数。2.11背背光电流（Im）规定在LD输输出光功率时时，背光二极极管的光电流流。2.12背背光二极管暗暗电流（Id）背光二极管在在规定的反向向电压和没有有光照的情况况下的输出电电流，单位nA。2.13背背光PD电容容（Ct）指PD在规定定的反向电压压下阳极和阴阴极之间的电电容。2.14跟跟踪误差（TE）不同温度下，，背光相同时时的出光功率率之比。3，探测器的的最大额定值值3.1正向向电流（If）指探测器所能能承受的最大大连续正向电电流。3.2反反向电流（（Ir）指探测器所所能承受的的最大连续续正向电流流。3.3反反向电压（（Vr）指探测器所所能承受的的最大反向向电压。4，探测器器的光电特特性参数4.1正正向压降（（Vf）指在无光照照情况下，，通过正向向电流为规规定值时，，探测器正正负极之间间产生的压压降。4.2响响应度（R）探测器产生生的光电流流与入射光光强度之比比。4.3APD反向向击穿电压压（Vbr）APD载流流子倍增因因子达到无无穷大时的的电压。在在实际定义义时把击穿穿电压定义义为在无光光照情况下下，反向电电流达到一一个规定值值时的反向向电压。4.4击击穿电压温温度系数（（r）击穿电压随随温度变化化的系数。。指温度变变化时维持持一个倍增增因子不变变的电压随随温度变化化的系数。。4.5APD暗电电流（Id）在Vbr-3或90%Vbr情况下在在无入射光光的情况下下，器件内内部产生的的反向电流流。4.6灵灵敏度在有前置放放大器的情情况下，灵灵敏度是