光电耦合器的发展.doc

光电耦合器的发展 随着半导体技术和光电子学的发展，一种能有效地隔离噪音和抑制干扰的新型半导体器件——光电耦合器，于1966年问世了。 光耦合器是对光信号实现分路、合路和分配的无源器件，是波分复用、光纤局域网、光纤有线电视网以及某些测量仪表中不可缺少的光学器件。几种典型的光纤耦合器结构图如下所示：光耦合器件的工作原理如下： 4端口光耦合器是最简单的器件。4端口光耦合器的结构和原理如图3-33所示。 光耦合器件的性能参数如下： 插入损耗：插入损耗是指光功率从特定的端口到另一端口路径的损耗。从输入端口k到输出端口j的插入损耗可表示为： 附加损耗：附加损耗Le的定义是输入功率与总输出功率的比值。对于图3-33所示的4端口光耦合器有： 分光比：分光比是某一输出端口的光功率与所有输出端口光功率之比。它说明输出端口间光功率分配的百分比。对于4端口光耦合器可以表示为： 隔离度：隔离度也称为方向性或串扰，隔离度高意味着线路之间的串扰小。它表示输入功率出现在不希望的输出端的多少。对于4端口光耦合器，其数学形式是： 光电耦合的主要特点如下： 输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于10 10Ω，耐压一般可超过1kV，有的甚至可以达到10kV以上。 由于“光”传输的单向性，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。 由于发光器件（砷化镓红外二极管）是阻抗电流驱动性器件，而噪音是一种高内阻微电流电压信号。因此光电耦合器件的共模抑制比很大，所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。 容易和逻辑电路配合。 响应速度快。光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒极。 无触点、寿命长、体积小、耐冲击。 光电耦合器的优点是体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、能隔离噪音、工作温度宽，输入输出之间电绝缘，单向传输信号及逻辑电路易连接等。光电耦合器按光接收器件可分为有硅光敏器件（光敏二极管、雪崩型光敏二极管、PIN光敏二极管、光敏三极管等）、光敏可控硅和光敏集成电路。把不同的发光器件和各种光接收器组合起来，就可构成几百个品种系列的光电耦合器，因而，该器件已成为一类独特的半导体器件。其中光敏二极管加放大器类的光电耦合器随着近年来信息处理的数字化、高速化以及仪器的系统化和网络化的发展，其需求量不断增加。 光电耦合器是一种将发光二极管和光敏三极管组装在一起的新颖光电器件，它采用光信号来传递信息，从而使电路的输入与电气上处于完全隔离的状态，这种信息传递方式是所有采用变压器和继电器作隔离来进行信号传递的一般解决方案所不能相比的。由于光电耦合器具有可单向传递信息、通频带宽、寄生反馈小、消噪能力强、抗电磁干扰性能好等特点，因而无论在数字电路还是在模拟电路中均得到了越来越广泛的应用。 我国光纤无源器件虽然至今只有20多年的历史，但在技术上取得了长足的进步。从科研到小批量生产再到形成产业群，基本满足了我国各时期电信网、有线电视网和宽带网对光无源器件的需求。目前我国光纤连接器、光纤耦合器和二波长复用器的制造技术和一般性能已与国际先进水平相当。与此同时，由于相关技术基础较为薄弱，科技投入较少，所以在密集波分复用器方面只有薄膜滤波型产品，大端口数矩阵光开关还属空白，有待进一步开发。 我国光纤耦合器的制造技术、生产的产品与发达国家是一致的，都采用熔融拉锥设备制成熔融双锥体，然后进行一次和二次封装，所以其基本的光学性能也与国际先进水平相当。2×2或1×2耦合器的附加损耗一般≤0.2dB，隔离度≥ 55dB，分光比可以从1∶99到50∶50。其带宽性能分别有标准型(±20nm)、宽带型(±40nm)和波长平坦型(1310~1550nm)。国内所需的这些耦合器及其级连的树型耦合器、星型耦合器绝大部分都是采用国产的。 我国在熔融拉锥设备的制造技术方面也有很大提高。过去国产设备在工艺过程控制和产品质量的稳定性方面与进口设备的差距较大，经过有关专业公司的努力，现在这种差距已经逐步缩小，因此国产设备的市场份额有了明显的提高。 我国在研制特种光纤耦合器方面也有很大进步。例如2×2保偏光纤耦合器，其消光比可达25 dB，接近国际水平，但附加损耗为0.5 dB，略差于国外。这些耦合器已应用于光纤陀螺、光纤水听器的研制。 对于未来的光发展趋势，首先是继续提高耦合器的带宽性能。随着城域网、局域网以及接入网的不断发展，需要全波段工作的器件是必然趋势。对耦合器而言，工作波长需要从波长平坦型(1310~1550nm)发展到全波型(1260nm~1650nm)。 光纤耦合器技术的另一个重要发展趋势是提高产品的机械和环境性能。我国有些企业希望将生产的光纤耦合器以OEM方式销往国外，即以外国公司的牌子进行销售。但不管采用国产的还是进口的设备，产品往往很难通