《光电子器件I》PPT课件.ppt

1、第四章,光电子器件I,光器件与电器件的类比,光电子器件II,光纤定向耦合器 光调制器 光复用器 光放大器 衰减器、环形器、隔离器和连接器,光滤波器 光开关,1、光纤定向耦合器,P2,P1,P0,将光信号按照一定比例进行功率分配,光纤定向耦合器,一、分类： 标准耦合器(40nm) 宽带耦合器(80nm) 双窗口宽带耦合器(1310/1550nm) 二、原理 熔锥型 磨抛型 波导,耦合器的分类,光纤耦合器,波导耦合器,衬底,SiO2,研磨法光纤耦合器原理示意图,22 光纤耦合器,拉伸区 2L + W,L：由拉伸时决定,W：由加热的火焰宽度决定,P1和P2跟什么因素有关?,耦合器内的光功率分布：随位

2、移的变化,假设耦合器无损耗,k 是耦合系数,P1和P2与拉伸区宽度有关,耦合器内的光功率分布：随波长的变化,P1和P2与入射波长有关,例如成品上会标注：1550 nm 50 : 50,影响耦合光功率的参数,注入光束的波长,拉伸区长度2L+W,光纤折射率分布,拉伸区内逐渐变小 的光纤半径r,耦合区中两根光纤的半径差Dr,耦合光功率,22光纤耦合器的参数,星形耦合器,光耦合器,22,NN 星型耦合器,多根光纤一起熔融技术难度大，主要是众多光纤之间的耦合响应控制比较困难，因此难以制作大规模的光耦合器,P,P/N,级联的办法构造大规模光耦合器,构成一个NN耦合器所需3 dB耦合器的数量：,一个NN星形

3、耦合器附加损耗：,级联光耦合器的损耗,其中FT (01) 为通过每个3 dB耦合器的附加损耗比。,光电子器件II,光纤定向耦合器 光调制器 光复用器 光放大器 衰减器、环形器、隔离器和连接器,光滤波器 光开关,2、光调制,Why ？,RS-232串口通信最远距离是15米,标准波特率4800 、 9600 、 19.2Kbps 、33.6Kbps 、 56Kbps,调制,加大传输距离,提高传输速率,串口按位（bit）发送和接收字节（基带信号）,光调制器,利用LiNbO3 晶体的线性电光效应或声光效应，通过外加激励引起光波导介质折射率变化，进而引起导波光传播的相位变化，所形成的器件称为LiNbO3

4、 波导相位调制器 光纤调制器：在纤芯两侧包层区做2个金属电极，利用光纤材料的Kerr效应，当电极上有外加电压时，纤芯中将引起双折射效应，从而构成光相位调制器。石英材料的Kerr效应很弱，但可以利用光纤长作用区获得足够大的相移。,电光相位调制器,结构,Integrated Mach-Zehnder Optical Modulators,器件结构,z,x,y,工作原理,Bias Voltage,Modulator Construction,LiNbO3 Material cuts: Z-cut +- 0.7 fixed chirp X-cut Zero chirp, or small fixed

5、chirp applications,Z,Z-cut,Z,+,-,-,+,-,-,Waveguide,Electrode,Electric Field,Modulator: System Implementation,Modulator,Optical Input From Laser,Mod Bias and Mod,Driver Control,Circuitry,Optical Output,Power Monitor,Mod Bias Voltage Monitor,Mod Driver,Output Level Adjustment,Driver Crossing,Level Adj

6、ustment,Bias,Voltage,PD Output,RF Power,Amplitude &,Crossing Control, Dither Signal,Power,Control,Optical Output To Fiber Link,RF In,DC Bias In,Mod Driver Amp,Electrical Data from MUX,Voltage,Transmission,0,1,-Vp/2,Vp/2,Fiber transmission,Electrical data in at data rate,Optical data out at data rate

7、,NRZ Transmission,Biased at quadrature,0,Voltage,Transmission,0,1,-Vp,Vp,to encoder,Clock signal input at 20GHz,Optical pulsed output at 40GHz,Carrier Suppressed - RZ Transmission,Biased at minimum,0,Clock modulator(RZ),Data modulator(NRZ),RZ - NRZ Modulator,Integrate both devices on single substrat

8、e Provides footprint and cost reduction Reduced non-linear sensitivity allows longer transmission distances,光电子器件II,光纤定向耦合器 光调制器 光复用器 光放大器 衰减器、环形器、隔离器和连接器,光滤波器 光开关,光时分复用,光波分复用,光频分复用,光码分复用,3、复用技术,尽管目前光纤通信单信道实用化系统的传输速率发展到了10Gbit/s，线路的利用率有了很大提高，但与光纤巨大的带宽潜力相比还微不足道。,波分复用(WDM)全光网关键技术,WDM的工作原理,在13001600 nm

9、光谱范围内，以一定的间隔隔开的多个波长可以在同一根光纤中独立传播。,例： 这两个低损耗波长 窗口可以容纳 290 个40-Gb/s PSK信号,点到点的波分复用系统,波分复用器,100 GHz间隔的WDM信道频谱,基于相位阵列的WDM器件,相邻波导 长度差DL,阵列波导光栅 AWG是MZI的扩展,NN,波分复用与解复用器(WDM),WDM是用于光纤通信的FDM(频分复用)技术，其中，多个光信道是在单根光纤上以不同的光波波长承载的。可以将每个波长想象成可以携带数据的红外范围内不同颜色的光。,棱镜型复用/解复用器,复用,解复用,光路可逆原理,光栅型复用/解复用器,反射光栅,波分复用的分类,初期是双信道l310/l550nm系统。,CWDM的波长间隔为大约1020nm，而DWDM的波长间隔为大约12nm。,OTDM 技术,光码分复用,光码分复用(OCDM)技术是CDM(Code Division Multiplexing)技术和光纤通信技术相结合的产