光纤通信刘增基第3章配套自学.ppt

第 3 章 通信用光器件 3.1光源 3.2光-检测器 3.3光 无 源 器 件 图 3.29光纤型耦合器 (a)定向耦合器； (b) 8×8星形耦合器； (c) 由12个2×2耦合器组成的8×8星形耦合器 光纤型把两根或多根光纤排列，用熔拉双锥技术制作各种器件。这种方法可以构成T型耦合器、定向耦合器、星型耦合器和波分解复用器。图3.29(a)和(b)分别示出单模2×2定向耦合器和多模n×n星形耦合器的结构。单模星形耦合器的端数受到一定限制，通常可以用2×2耦合器组成，图3.29(c)示出由12个单模2×2耦合器组成的8×8星形耦合器。  图3.29(a)所示定向耦合器可以制成波分复用/解复用器。 如图3.30，光纤a(直通臂)传输的输出光功率为Pa，光纤b(耦合臂)的输出光功率为Pb，根据耦合理论得到 Pa=cos2(CλL) (3.28a) Pb=sin2(CλL) 图 3.30 光纤型波分解复用器原理 式中，L为耦合器有效作用长度，Cλ为取决于光纤参数和光波长的耦合系数。 设特定波长为λ1和λ2，选择光纤参数，调整有效作用长度，使得当光纤a的输出Pa(λ1)最大时，光纤b的输出Pb(λ1)=0；当Pa(λ2)=0时，Pb(λ2)最大。对于λ1和λ2分别为1.3μm和1.55 μm的光纤型解复用器，可以做到附加损耗为0.5 dB，波长隔离度大于20 dB。 微器件型用自聚焦透镜和分光片(光部分透射， 部分反射)、滤光片(一个波长的光透射，另一个波长的光反射)或光栅(不同波长的光有不同反射方向)等微光学器件可以构成T型耦合器、定向耦合器和波分解复用器，如图3.31所示。 图 3.31微器件型耦合器 (a) T形耦合器； (b) 定向耦合器； (c) 滤光式解复用器； (d) 光栅式解复 波导型在一片平板衬底上制作所需形状的光波导，衬底作支撑体，又作波导包层。波导的材料根据器件的功能来选择，一般是SiO2，横截面为矩形或半圆形。图3.32示出波导型T型耦合器、定向耦合器和用滤光片作为波长选择元件的波分解复用器。  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。  图3.32 波导型藕合器 由此可定义功率分路损耗Ls：  Ls=10lg 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  Le=10 lg 插入损耗Lt是一个指定输入端的光功率Pic和一个指定输出端的光功率Poc的比值，用分贝表示  Lt=10lg 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 DIR=10lg 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。  表3.6、表3.7列出波长为1.31 μm或(和)1.55 μm单模光纤型耦合器和波分复用器/解复用器的一般性能。  3.3.3光隔离器与光环行器 耦合器和其他大多数光无源器件的输入端和输出端是可以互换的，称之为互易器件。然而在许多实际光通信系统中通常也需要非互易器件。隔离器就是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。插入损耗和隔离度是隔离器的两个主要参数，对正向入射光的插入损耗其值越小越好，对反向反射光的隔离度其值越大越好， 目前插入损耗的典型值约为1 dB，隔离度的典型值的大致范围为40~50 dB。  PIN光电二极管具有如下主要特性：  (1) 量子效率和光谱特性。 光电转换效率用量子效率η或响应度ρ表示。量子效率η的定义为一次光生电子 -空穴对和入射光子数的比值  响应度的定义为一次光生电流IP和入射光功率P0的比值  ρ= 式中， hf为光子能量， e为电子电荷。  量子效率和响应度取决于材料