第三章光端机(精编).ppt

第 3 章 通信用光器件 3.1 光源 DH激光器工作原理 由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后， P层的空穴和N层的电子注入有源层。 P层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒，注入到有源层的电子不可能扩散到P层。 同理， 注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。 这样，注入到有源层的电子和空穴被限制在厚0.1~0.3 ?m的有源层内形成粒子数反转分布，这时只要很小的外加电流，就可以使电子和空穴浓度增大而提高效益。 另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源区内，因而电/光转换效率很高，输出激光的阈值电流很低，很小的散热体就可以在室温连续工作。  LED的P——I特性曲线 3.2 光检测器 3.3 光 无 源 器 件 3. 主要特性 说明耦合器参数的模型如图3.33所示， 主要参数定义如下。 耦合比CR 是一个指定输出端的光功率Poc和全部输出端的光功率总和Pot的比值，用%表示 (3.29) 由此可定义功率分路损耗Ls： Ls=10lg (3.30) 附加损耗Le 由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，是全部输入端的光功率总和Pit和全部输出端的光功率总和Pot的比值，用分贝表示 插入损耗Lt 是一个指定输入端的光功率Pit和一个指定输出端的光功率Poc的比值，用分贝表示 (3.31) (3.32) 方向性DIR(隔离度) 是一个输入端的光功率Pic和由耦合器反射到其它端的光功率Pr的比值，用分贝表示 一致性U 是不同输入端得到的耦合比的均匀性，或者不同输出端耦合比的等同性。 (3.33) -40~+70 -40~+70 工作温度/oC 1~1.25 0.8~2.0 稳定性/dB 40~55 方向性/dB 0 4×4 7~8 8×8 11~12 32 ×32 17~19 3.4 5.6/1.8 10.8/0.7 插入损耗/dB 分路比 0.5/0.5 0.3/0.7 0.1/0.9 1.31或1.55 1.31或1.55 工作波长/ n×n星型 2×2型 耦合器 表3.6 耦合器的一般特性 (二) 响应时间和频率特性。 光电二极管对高速调制光信号的响应能力用脉冲响应时间τ或截止频率fc(带宽B)表示。 对于数字脉冲调制信号，把光生电流脉冲前沿由最大幅度的10%上升到90%，或后沿由90%下降到10%的时间，分别定义为脉冲上升时间τr和脉冲下降时间τf。 当光电二极管具有单一时间常数τ0时，其脉冲前沿和脉冲后沿相同，且接近指数函数exp(t/τ0)和exp(-t/τ0)，由此得到脉冲响应时间  τ=τr=τf=2.2τ0 (3.16) 对于幅度一定，频率为ω=2πf 的正弦调制信号，用光生电流I(ω)下降3dB的频率定义为截止频率fc。当光电二极管具有单一时间常数τ0时， (3.17) PIN光电二极管响应时间或频率特性主要由光生载流子在耗尽层的渡越时间τd和包括光电二极管在内的检测电路RC常数所确定。 当调制频率ω与渡越时间τd的倒数可以相比时， 耗尽层(I层)对量子效率η(ω)的贡献可以表示为 (3.18)   由η(ω)/η(0)= 得到由渡越时间τd限制的截止频率 （3.19） 式中，渡越时间τd=w/vs，w为耗尽层宽度，vs为载流子渡越速度， 比例于电场强度。 由式(3.19)和式(3.18)可以看出， 减小耗尽层宽度w，可以减小渡越时间τd，从而提高截止频率fc，但是同时要降低量子效率η。 图3.23 内量子效率和带宽的关系 由电路RC时间常数限制的截止频率  式中，Rt为光电二极管的串联电阻和负载电阻的总和，Cd为结电容Cj和管壳分布电容的总和。 式中，ε为材料介电常