光通信无源器件技术.ppt

2020/5/11,1,第9章光通信无源器件技术,本章主要内容：光通信历史光电子器件类型,2020/5/11,2,4.1光通信的历史,4.1.1光通信系统介绍,2020/5/11,3,通讯系统基本要素1.信息源2.发送单元3.传输介质4.接收单元5.信息终端,2020/5/11,4,对通信系统的要求1.提高传输保真度2.提高数据率3.增加传输距离载波：光频电磁波光通信系统组成：1.电端机2.光端机3.光纤、光缆4.光端机5.电端机,2020/5/11,5,2020/5/11,6,器件1.光发射机2.光调制器3.光纤（光缆）4.光放大器5.光接收机6.其它器件,2020/5/11,7,最早的光通信烽火？手势？旗语？1883:AlexanderGrahamBell光电话实验：200米，太阳光关键问题可靠的光源相干性合适当传播介质损耗低可靠性高,4.1.2光通信的历史,2020/5/11,8,1960Maiman：红宝石激光器1962GaAs二极管激光器：脉冲方式，77K.1966高锟、Hockham及Werts：石英光纤的损耗可以减小到适合作为传输介质1970两大重要突破康宁公司：单模光纤，损耗20dB/km，传输介质的阈值贝尔实验室：室温连续AlGaAs半导体激光器波长850nm寿命几分钟数小时结构：GaAs材料上外延生长双异质结AlGaAs,2020/5/11,9,随后的其它技术突破：多模光纤：4dB/km，SiO2掺GeO2AlGaAs激光二极管：寿命-几十万小时(1978107小时）第一代光纤通信系统1976-45Mb/s野外实验，Atlanta，MMF，0.85m1977-45Mb/s芝加哥，商业应用，2办公室，7km第二代光纤通信系统1976两大进步NTT：MMF，损耗1dB/km0.5dB/km，1.3m&1.55mLincoln实验室：室温长波长InGaAsP/InP激光器1981，1.3mMMF通信系统-第二代光通信系统.,2020/5/11,10,第三代光纤通信系统1.3m,SMF,0.5dB/km,140Mb/s(1984)1.3m,SMF,565Mb/s,1.7Gbits/s(1986生产，1987商用)2.488Gbits/s(1991商用化)实验：10Gb/s,2020/5/11,11,1986第四代光纤通信系统两大技术革新：波分复用（WDM）光放大器（EDFA）1.55m,SMF,0.2dB/km商用:410Gb/s40Gb/s(Nortel)810Gb/s80Gb/s(Lucent)805Gb/s400Gb/s(Lucent:wavestarTMOLS400G)实验:Tb/s,2020/5/11,12,下一代光孤子？全光网络？智能光网络？对器件要求集成化小型化,2020/5/11,13,4.1.3光器件简介,概念基础应用类型分立器件集成器件功能集成和数量集成光电集成和光光集成单片集成和混合集成,2020/5/11,14,2020/5/11,15,光电子器件类型（通信）,有源,激光器光放大器探测器光调制器波长转换器,光隔离器光耦合器光滤波器光开关光衰减器色散补偿器偏振控制器偏振模补偿器,无源,2020/5/11,16,9.2光通信系统的无源器件,光纤连接器光开关光衰减器光调制器光隔离器,2020/5/11,17,光纤连接器,光纤连接器的主要指标：光纤连接器的类型：,2020/5/11,18,2、光纤连接器件,光纤连接器件的作用是一根光纤中的光最大限度地传到另一光纤中，或光信号在不同光纤之间耦合传递。广义上连接器分为两种类型：可拆卸型连接器。它被设计成可被连接，必要时又可拆开。永久型连接器。它被一次型连接使用，不能在拆开后重复使用。,2020/5/11,19,可拆卸型光纤连接器,2020/5/11,20,各种光纤连接器,2020/5/11,21,光开关一种具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件机械式和非机械式机械式插入损耗低，隔离度高，不受偏振和波长影响开关时间较长（毫秒量级），存在回跳抖动，重复性差移动光纤、移动套管、移动准直镜、移动反光镜、移动棱镜、移动耦合器、MEMS非机械式开关时间短，体积小，易于集成插损大，隔离度低，有的具有偏振和/或波长相关电光、磁光、声光、热光等,2020/5/11,22,机械式光开关,2020/5/11,23,机械式光开关（MEMS),MEMS：MicroElectronicandMechanicalSystem,利用硅材料和微电子加工技术制作的微机械装置,MEMS器件可调谐器件微F-P腔可调光衰减器光调制器低速率、低成本接入网光滤波器复用/解复用器光栅,2020/5/11,24,基于移动光纤式（MEMS),特点偏振无关机械可靠性高设计不受光纤种类限制开关速度慢（毫秒）,2020/5/11,25,基于微镜式（MEMS),特点偏振无关机械可靠性高扩展性好开关速度较快（10微秒）,组成部分活动微镜驱动执行单元输入/输出光纤,结构二维N2结构方案活动微镜只有两种状态运动方式：上下折叠、左右移动和旋转控制简单难以直接实现大端口数（最大32）用级联方式实现大端口数（可达数百）三维2N个微镜每个微镜有N个可能状态驱动结构极为复杂,2020/5/11,26,基于微镜式MEMS（二维）,2020/5/11,27,基于微镜式MEMS,2020/5/11,28,其它方式MEMS,2020/5/11,29,非机械式光开关（体器件）,电光开关,45,光的偏振方向,V=0,V=V,Iout=Iin,Iout=0,Kerr效应,2020/5/11,30,非机械式光开关（波导型）,基本构形,干涉型,方向耦合器型,X交叉型,MZI型,DOS型,Y分支型,非对称X交叉型,方向耦合器型,2020/5/11,31,方向耦合器型,方向耦合器的原理,x0,2020/5/11,32,方向耦合器的原理,2020/5/11,33,方向耦合器型光开关,一般为电光型,电极位置,紧凑制作精度要求高偏振灵敏,2020/5/11,34,干涉型光开关（波导型）,X交叉型,MZI型,通过电光或热光效应调节两臂之间的相位差，使得光束会合处出现相长干涉或相消干涉，从而达到切换输出端口的目的。,又称零间距方向耦合器型通过交叉部队光模式间的干涉实现切换输出端口的目的,2020/5/11,35,DOS型光开关（波导型）,非对称X型可以看作两个Y分支构成,Y分支型,非对称X交叉型,Y分支工作原理,仅为功率分配器：进入两波导分支的功率几乎相等,为模分配器：(TE)0输入变成在具有较大的分支波导中有(TE)0模式，而(TE)1输入变成在具有较大的分支波导中有(TE)0模式。,p为耦合区中场的平均衰减常数,对称Y分支热光光开关,2020/5/11,36,DOS型光开关（波导型）,Y分支光开关级联,Y分支型,非对称X交叉型,Y分支光开关的特点：结构简单偏振不敏感在某些波长范围内，波长不敏感电压控制精度要求低功耗高（特别是热光）尺寸大,2020/5/11,37,光衰减器按照用户要求对光信号进行预期的衰减用途：光通信线路、系统评估、研究光通信线路、系统调整、校正在波分复用光纤网络中用来调整各信道信号的强弱测试仪器的光功率衰减光放大器的功率平坦模拟光纤长距离传输检测传输系统的动态范围。,2020/5/11,38,光衰减器类型固定光衰减器可调光衰减器位移型光衰减片型波导型MEMS,2020/5/11,39,位移型光衰减器,横向位移型,d,特点仅用于固定衰减器回波损耗大，偏振无关体器件,2020/5/11,40,位移型光衰减器,纵向位移型,特点用于固定衰减器和一些小型可调光衰减器偏振无关体器件,2020/5/11,41,光衰减片型,特点不具备连续可变的衰减特性体器件,准直镜,准直镜,衰减片盘,衰减片,2020/5/11,42,波导型基本与光开关同样的结构方向耦合器MZI和对称X交叉Y分支和非对称X交叉直波导电光、热光或声光效应来控制衰减体积小、性能好和易于集成等优点,2020/5/11,43,Y分支型,2