现代通信技术课件第9章光纤通信技术.pptVIP

PIN光电二极管基本原理和结构工作原理:受激吸收PIN结构:在高掺杂P型和N型半导体材料之间生长一层本征半导体材料或低掺杂半导体材料，称为I层。使得光子在耗尽区内能够被充分吸收，以利于提高量子效率和响应速度。主要特性波长响应范围：光子能量hf大于半导体材料的禁带宽度Eg时，才能产生光电效应。这一条件限制了光电二极管使用的上限波长,称为光电二极管的截止波长。响应度和量子效率响应度和量子效率表征了光电二极管的光电转换效率。响应度:量子效率:响应速度响应速度是光电二极管的一个重要参数。响应速度通常用响应时间来表示。响应时间为光电二极管对矩型光脉冲的响应—电脉冲的上升时间或下降时间。P为人射到光电二极管上的光功率；IP为光生电流。R的单位为A/W2.雪崩光电二极管（APD:AvalanchePhotodiodes）基本原理和结构基本原理:雪崩倍增效应:雪崩光电二极管能够获得内部增益是基于碰撞电离效应。当PN结上加高的反偏压时，耗尽层的电场很强，光生载流子经过时就会被电场加速，当电场强度足够高时，光生载流子获得很大的动能，它们在高速运动中与半导体晶格碰撞，使晶体中的原子电离，激发出新的电子—空穴对，这个过程称为碰撞电离。碰撞电离产生的电子—空穴对在强电场作用下同样又被加速，重复前一过程，这样多次碰撞电离的结果使载流子迅速增加，电流也迅速增大，形成雪崩倍增效应。APD拉通型（RAPD）结构APD的特性APD的雪崩倍增因子响应度和量子效率响应度：APD具有电流增益，所以APD的响应度比PIN的响应度大大提高量子效率：只与初级光生载流子数目有关，不涉及倍增问题。APD的响应速度APD的响应速度主要取决于载流子完成倍增过程所需要的时间、载流子在耗尽层的渡越时间以及结电容和负载电阻的RC时间常数等因素。IP是APD的输出平均电流IP0是平均初级光生电流9.3.4光接收机光接收机的组成9.4光纤通信系统电端机光发送端机光中继器光接收端机备用系统备用系统包括光端机、光纤和光中继器，但电端机一般无备用系统。备用系统可供一个或多个主用系统共用，当某一个主用系统出现故障时，即可倒换至备用系统。辅助系统辅助系统是为了保证光纤通信系统的信号可靠传送，以及整个光纤通信网络的管理、运行和维护而设置的。它包括监控管理系统、公务通信系统、自动倒换系统、告警处理系统、电源供给系统等。9.5光放大技术9.5.1光放大器半导体光放大器半导体光放大器是一个具有或不具有端面反射的半导体激光器。结构和工作原理:与LD非常相似。当给器件加偏置电流时，电流可以使半导体增益物质产生粒子数反转，使电子从价带跃迁到导带，从而产生自发辐射，当外光场人射时会发生受激辐射。受激辐射产生信号增益。特点:尺寸很小；增益较高，一般在15～30dB；频带宽，一般为50～70nm。存在的主要问题:与光纤的耦合损耗大，为5～8dB；由于增益与偏振态、温度等因素有关，因此稳定性差；在高速光信号的放大上，仍存在问题；输出功率小，噪声系数较大。光纤放大器光纤放大器分为稀土掺杂光纤放大器和利用非线性效应制作的常规光纤放大器。掺铒光纤放大器（EDFA：Erbium-DopedFiberAmplifiers）利用光纤中稀土掺杂物质引起的增益机制实现光放大。掺杂的稀土元素有铒（Er）、镨（Pr）、铒镱（Er:Yb）共掺杂等。掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为1550nm波段。典型结构图9.32第9章光纤通信技术9.1光纤通信概述9.1.1电磁波谱信息的传输是以电磁波为媒介进行的。通信所用的波段是在波长为千米至微米数量级范围。由于通信容量与电磁波频率成正比例的增大，所以探索将更高频率的电磁波用于通信技术是人们追求的目标。9.1.2光纤通信系统基本结构与特点光纤通信系统和其他通信系统相比具有的优点：频带宽，通信容量大传输损耗低，无中继距离长抗电磁干扰光纤通信串话小，必威体育官网网址性强，使用安全体积小，重量轻，便于敷设材料资源丰富9.2光纤传输原理与特性9.2.1光纤的结构和分类纤芯(Core);包层(Cladding);涂敷层(Coating)按光纤横截面的折射率分布分类阶跃光纤(SIF：Step-IndexFiber)：纤芯折射率n1，包层折射率n2。纤芯和包层的折射率都是均匀分布的，折射率在纤芯和包层的界面上发生突变。渐变光纤(GI