有源光器件专题-光收发器件.ppt

光纤通信系统中的光接收与光发送器件,2001-06,主要内容,光纤通信系统对光接收发送器件的需求光接收器件基本原理光接收器件发展趋势光发送器件基本原理光发送器件发展趋势,光纤通信系统中光接收发送器件的应用,终端设备（光发送机）,终端设备（光接收机）,光接收器件,光纤通信系统的光接收机,光通信系统对光接收器件的要求,更长的工作波长，更高的波长响应度更快的响应速度更小的噪声更好的温度特性更小的体积更长的寿命,光接收器件基本原理,光电效应接收机组件,光电效应,不同材料的接收器件响应度,PIN光电二极管,I:增加的一层重搀杂的N层，用于增大耗尽区的宽度，提高量子效率,PIN的结构,APD光电二极管,利用“雪崩”效应倍增,APD的结构,PIN的主要指标,光电转换效率/响应度暗电流响应速度(带宽),APD的主要指标,光电转换效率暗电流雪崩倍增噪声（APD）雪崩倍增因子M（APD）响应速度（增益带宽积）,光接收器件组件PIN/FET及APD/FET,光接收器件组件中的前置放大器,互阻放大器的优点,放大器增益受限于反馈电阻，容易实现放大器带宽宽，无须额外的均衡电路，从而提高动态范围较低的噪声指数,光接收器件组件的主要指标,接收机灵敏度接收机的光口反射,接收机灵敏度,定义：BER达到特定指标(1e-12)时，要求的最小输入光功率量子极限灵敏度,影响接收机灵敏度的因素-噪声,接收器件噪声量子噪声APD器件的雪崩噪声前置放大器件的噪声偏置电阻的热噪声放大电路的噪声,影响接收机灵敏度的因素-带宽,高频响应2.5Gb/s信号，要求达到1.8GHz10Gb/s信号，要求达到8GHz低频响应2.5Gb/s信号，要求达到300kHz10Gb/s信号，要求达到100kHz低频响应直接影响允许的长0及长1码个数,接收器件的响应速度（1）封装电容及电阻,PIN放大器Cd-分布电容Rs接触电阻Gd-分布电阻Rb偏置电阻,接收器件的响应速度（2）transittime,零场区光生载流子的扩散时间耗尽区光生载流子的漂移时间雪崩倍增建立时间,接收器件的响应速度(3)RF接头,10Gb/sPIN/FET,2.5Gb/sAPD/FET,APD的温度特征,温度升高，Vb增大，M下降dVb/dT0.1V/oC温度升高，噪声电平提高,光发送器件,光纤通信系统的光发射机,光通信系统对光发送器件的要求,更长的工作波长更稳定的波长特征+更灵活的波长特征更快的响应速度更小的RIN噪声及线宽更高的集成度更长的寿命,光发送器件基本原理,半导体发光原理,半导体激光器,发光三要素：谐振腔增益物质激励,DFB激光器原理,DFB激光器的耦合波方程-分析激光器的静态特征,温度对DFB激光器的影响,阈值电流变大阈值波长向长波长方向移动,注入电流时激光器的空间载流子及光子浓度分布,注入电流对激光器的影响,注入电流增加使得激光器的输出光功率变大注入电流增加使得激光器的有源区空间载流子浓度变大,导致波长向短波长方移动:脉冲注入电流注入电流增加使得激光器的有源区的温度升高,导致波长向短波长方移动综合以上:连续注入电流时0.01nm/mA,外光路反馈的影响,DFB激光器外光路的反馈等价于激光器端面反射率的变化外光路的反馈引起的激光器的波长变化量与相位有关引起的激光器的波长最大变化与反射率有关在动态调制时引入额外的chirp,DFB激光器的速率方程-分析激光器的动态特征,DFB激光器的直接调制性能,张弛振荡不可避免啁啾系数较大:0.7,直接调制DFB激光器的啁啾,定义正啁啾与色散的影响类似，导致脉冲展宽，缩短传输距离,啁啾缩短传输距离,随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽无啁啾光源的传输距离：理想无啁啾光源传输距离：2.5Gb/s：G.652光纤传输1000km(17000ps/nm)10Gb/s：G.652光纤传输60km(1000ps/nm)直接调制激光器的传输距离：2.5Gb/s：G.652光纤传输180km(3200ps/nm),外调制技术,电吸收外调制器Mach-Zehnder外调制器LiNbO3外调制器III-V外调制器,电吸收外调制器,集成电吸收外调制/激光器,集成电吸收外调制/激光器传输性能,发送端眼图,传输8X80km后眼图,Mach-Zehnder外调制器,啁啾系数容易控制，可以为，也可以为负,LiNbO3外调制器,集成III-V外调制激光器,DWDM激光器的要求波长稳定,波长稳定技术温度反馈控制技术波长反馈控制技术激光器波长的长时间漂移：0.10.2nm采用无源器件进行波长锁定，可以有效防止波长随着时间的漂移，波长漂移5GHz,波长锁定技术原理采用Fabry-Perot标准具,OXC激光器的要求波长可调,传统的DFB激光器的波长调节利用温度调节0.1nm/OC范围有限可调波长激光器多段DFBDBRVSECL外腔激光器,多段DFB激光器,DBR激