通信用光器件
通信用光器件
子数的反常态分布称为粒子（电子）数反转分布。 粒子数反转分布状态是使物质产生光放大而发光的首要条件。
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1.1 激光器的工作原理
2．激光器的工作原理
激光器包括以下3个部分： • 必须有产生激光的工作物质（激活物质）； • 必须有能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源 （泵浦源）； • 必须有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。 （1）产生激光的工作物质 即处于粒子数反转分布状态的工作物质，称为激活物质或增益 物质，它是产生激光的必要条件。
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1.1 激光器的工作原理
图3-3 激光器示意图
15
1.1 激光器的工作原理
③ 光学谐振腔的谐振条件与谐振频率 设谐振腔的长度为L，则谐振腔的谐振条件为
2nL
q
（3-6）
或
f c cq
2nL
（3-7）
式中，c为光在真空中的速度，λ为激光波长，n为激活物质的折
射率，L为光学谐振腔的腔长，q=1，2，3…称为纵模模数。
图3-6 GaAlAs-GaAs激光器的光谱
23
1.2 半导体激光器
随着驱动电流的增加，纵模模数逐渐减少，谱线宽度变窄。当 驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵 模激光器。
普通激光器工作在直流或低码速情况下，它具有良好的单纵模 谱线，所对应的光谱只有一根谱线，如图3-6（a）所示。而在高码 速调制情况下，其线谱呈现多纵模谱线。如图3-6（b）所示。
式中，h为普朗克常数，f 12 为吸收或辐射的光子频率。 当处于低能级E1 的电子受到一个光子能量∆E =hf12的光照射时， 该能量被吸收，使原子中的电子激发到较高的能级E2 上去。
光纤通信系统与光器件光器件
三、多层介质膜滤波器TFF
Multilayer Dielectric Thin-Film Filter 多层介质膜：通过某一波长，阻止其它波长
Thin-Film resonant Multicavity Filter (TFMF) 薄膜多共振腔滤波器
TFMF的传输特性： 腔越多滤波器顶越平
边缘越陡
Output 1 /2+L+ /2= L+ Output 2 /2+L- /2= L
L=2neff L /=k
k为奇数 k为偶数
Output 1 Output 2
五、体光栅滤波器
在Si衬底上沉积环氧树脂后制造成光栅。多波长信号经光纤 输入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上，反射光栅将各 波长分开，然后经透镜将各个波长的光聚焦在各自的光纤。
光衰减器—Attenuator
根据工作原理分类：
横向位移型光衰减器
位移型光衰减器
纵向位移型光衰减器
光衰 减器
直接镀膜型光衰减器 （吸收模或反射模型）
衰减片型光衰减器
液晶型光衰减器
光衰 减器
固定光 衰减器
可变光 衰减器
尾纤式固定光衰减器
转\变换器式 固定光衰减器
SC—FC型、 FC— ST型、 SC—ST型、
对输入信号 进行分路的 3dB耦合器
长度相差L的两根波 导，用来在两臂间产 生与波长有关的相移
在输出端将 信号复合的 3dB耦合器
通过分裂输入光束以及在一条通路上引进一个相移，重组 的信号将在一个输出端产生相加性干涉，而在另一个输出 端产生相消性干涉，信号最后只会在一个输出端口出现。
Input 1
反射中 2neff 光栅
心波长
光电子器件在通信领域中的重要应用
光电子器件在通信领域中的重要应用光电子器件是一类能够在光与电信号之间转换的器件，其在通信领域中扮演着极其重要的角色。
随着通信技术的不断发展，光电子器件的应用越来越广泛，包括光纤通信、无线通信、卫星通信等。
本文将重点介绍光电子器件在通信领域中的关键应用，并探讨其在未来的发展前景。
在现代通信系统中，光纤通信已经成为主流技术，其高带宽、低损耗以及抗干扰等优点使之成为大容量数据传输的理想选择。
而光电子器件在光纤通信中的应用则是至关重要的。
首先，光电子器件在光纤收发模块中起着关键作用。
光纤收发模块负责将光信号转换为电信号或者将电信号转换为光信号。
其中的光电调制器件和光电检测器件扮演着核心角色。
光电调制器件负责将电信号调制到光信号上，而光电检测器件则负责将光信号转换为电信号。
二者的性能直接关系到整个通信系统的数据传输速率和信号质量。
其次，光电开关器件也是光纤通信中不可或缺的部分。
光电开关器件可以根据需要切换光路，实现光信号的分配和选择。
光电开关器件的高速、低插入损耗以及低驱动电压等特性对于提高通信系统的灵活性和效率至关重要。
除了光纤通信，光电子器件在无线通信领域中也发挥着重要作用。
随着无线通信设备的快速发展，市场上需要更高的数据传输速率和更大的网络容量。
为了满足这些需求，光电子器件在无线通信设备中得到了广泛应用。
例如，在5G通信系统中，光电转换器件用于将无线信号转换为光信号，以实现长距离和高速的数据传输。
此外，光电放大器和光电调制器件也在无线通信系统中起着重要作用，能够增强信号的传输距离和质量，并提高通信网络的容量。
另一个重要的应用领域是卫星通信。
卫星通信是一种在地球上的两个或多个终端之间利用卫星来传输电信信号的通信方式。
光电子器件作为卫星通信系统中的重要组成部分，能够实现信号的光电转换和解调，以及光信号的放大和调制。
通过使用光电子器件，卫星通信系统可以实现更高的带宽和更远的传输距离，提供更稳定和高质量的通信服务。
光纤通信用光器件介绍
光纤通信用光器件介绍光纤通信是利用光纤传输光信号进行通信的技术，其核心是通过光器件来发射、接收和调制光信号。
光器件是光纤通信系统中非常重要的组成部分，能够直接影响到通信系统的性能和稳定性。
在这篇文章中，我将介绍几种常见的光器件，并介绍它们的工作原理和应用。
第一种光器件是光纤激光器。
光纤激光器是一种能够发射强聚焦、单一波长、狭谱宽的光信号的器件。
它的工作原理是通过激光材料受到光电势驱动而产生的受激辐射来产生光信号。
光纤激光器具有很高的光输出功率和较窄的光谱特性，使其在长距离传输和高速通信中具有很大的优势。
第二种光器件是光纤调制器。
光纤调制器是一种能够改变光信号的特征以传输信息的器件。
它的工作原理是通过改变光的相位、幅度或频率，来调制光信号传递的信息。
光纤调制器在光纤通信中广泛应用于多种信号调制技术，如振幅调制、频率调制和相移键控等。
第三种光器件是光纤增益器。
光纤增益器是一种能够增强光信号的器件。
它通过将光信号输入到光纤中，通过光放大的原理来增强信号的强度。
光纤增益器在光纤通信系统中被广泛应用于信号放大和信号传输的中继，使得信号能够在长距离的传输中保持高强度和低损耗。
第四种光器件是光纤光栅。
光纤光栅是一种能够选择性反射或散射特定波长的光信号的器件。
它的工作原理是通过将光纤中的折射率周期性改变，产生布拉格衍射，从而实现对特定波长的光信号选择性反射或散射。
光纤光栅在光纤通信中被广泛应用于波长选择多路复用和分光分集等技术中。
第五种光器件是光纤检测器。
光纤检测器是一种能够接收光信号并转换为电信号的器件。
它的工作原理是通过光电效应将光信号转化为电信号。
光纤检测器在光纤通信系统中被广泛应用于光信号的接收和调制等过程中。
除了上述介绍的几种光器件外，还有许多其他类型的光器件，在光纤通信系统中起到了各种不同的作用。
例如，光纤散射器用于分配光信号，光纤滤波器用于调制光信号波长，光纤耦合器用于将多个光纤连接在一起等等。
这些光器件为光纤通信提供了更多的灵活性和多样性，使得通信系统能够更好地适应不同的需求和环境。
光通信光器件封装介绍
光通信光器件封装介绍
光通信光器件封装主要分为三个部分：光电器件（TOSA/ROSA）、贴有电子元器件的电路板（PCBA）和光接口（外壳）。
光发射部分由光源、驱动电路、控制电路（如APC）等构成，主要测试光功率、消光比这两个参数。
光接收部分则由PIN管和限幅放大器组成，将输入的光信号通过PIN管转换成光电流，再通过限幅放大器转换成电压信号。
封装则是指光模块的外形，随着科技的进步，封装也在不断进化，体积正逐渐变小。
封装类型有很多，如SFP系列、QSFP系列等。
这些封装类型具有更小的体积，更适用于网络设备的端口密度，适应了网络迅猛发展的趋势。
此外，还有一些常见的封装类型如TO-CAN同轴封装、蝶形封装、BOX封装和COB（Chip On Board）封装等。
这些封装工艺在速率、功耗、距离、成本等方面也在不断地向前发展。
总的来说，光通信光器件封装是光模块中非常关键的部分，它决定了光模块的性能、可靠性以及适用性。
随着技术的不断发展，未来还可能出现更多先进的光器件封装形式。
光纤通信用光器件介绍
• FP: Fabry-Perot, 法布里-珀罗激光二极管
• DFB: Distributed Feedback Laser, 分布反馈式激光二极管
• VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 垂直腔面发射激光器
• PIN: Positive Intrinsic Negative, 同质PN结光电二极管
器
• 光开关 • 光插分复用
器
• 光交叉联接 器
• 波长变换器 • 可调滤波器 • 可调激光器
•光性能监控 管理摸块
•色散补偿器 •偏振模色散 管理摸块
2011-3-27
4
通信网络：
这些器件用在哪？
2011-3-27
5
缩略语
• TOSA: Transmitting Optical Sub-Assembly, 光发射组件
1 234
DUT 待测器件
Computer/GPIB 带GPIB计算机
Optical Spectrum Analyzer 光谱分析仪
Operator switch
manually 操作员手动切
换
Optical Head 光头及适配器
2011-3-27
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TOSA分类
应用
SDH/SONET GBE
工作速率
155M 622M 1.244G 2.488G
1.0625G
FC
1.0625/2.125G
CWDM DWDM
155M~2.67G 155M~2.67G
10G (SDH, Ethernet,
FC shared)
9.953~10.709G
• LD驱动特性
光通信原理及光器件介绍
1400
光波长（nm）
全波光纤
1600
1800
9
光纤通讯系统知识介绍－光纤结构
光纤
光纤的结构
涂敷层
包层 纤芯
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光纤结构
光纤（Optical Fiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴 组成的圆柱形细丝。
纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量 主要在纤芯内传输。
包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机 械保护作用。
突变型多模光纤（Step-Index Fiber, SIF） 渐变型多模光纤（Graded-Index Fiber, GIF） 单模光纤（Single-Mode Fiber, SMF） 相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径 都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤。
13
横截 面
偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统， 这种系统 最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。
17
光纤传输优点
1、通信容量大 从理论上讲，一根仅有头发丝粗细的光纤可以同时传输1000 亿个话路 2、中继距离长 3、保密性能好 光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有光“泄露”出去，因 此其保密性能极好 4、适应能力强 适应能力强是指，不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀，可挠性强 5、体积小、重量轻、便于施工维护 光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空 6、原材料来源丰富，潜在价格低廉 制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅即砂子，而砂子在大自然界中 几乎是取之不尽、用之不竭的。因此其潜在价格是十分低廉的
DFB LD module
Dual-baalog)
DFB LD module
1x4 Splitter
光通信知识-常用光器件 ppt课件
i
例 如 对 于 规 范 X 形 耦 合 器 ， 1 ∶ 1
或50∶50代表了同样的分光比，即
4.
方向性也是光耦合器所特有的一
个技术术语，它是衡量器件定向传 输性的参数。以规范X形耦合器为例， 方向性定义为在耦合器正常任务时， 输入端非注入光端口的输出光功率 (图4.8中的I2)与总注入光功率的比 值，以分贝(dB)为单位的数学表达 式为：
图4.3 V形槽构造
(4) 球面定心构造由两部分组成，一
部分是装有精细钢球的基座，另一部分 是装有圆锥面(相当于车灯的反光镜)的 插针。
(5) 透镜耦合又称远场耦合，它分为
球透镜耦合和自聚焦透镜耦合两种，其 构造分别如图4.5、图4.6所示。
图4.5 球透镜耦合构造 图4.6 自聚焦透镜耦合
第四章 常用光无源器件
4.1 光 纤 连 接 器 4.2 光纤耦合器 4.3 波分复用/解复用器 4.4 光 开 关
4.1 光 纤 连 接 器
4.1.1 光纤衔接器的构造与种类 光纤(缆)活动衔接器是实现光
纤(缆)之间活动衔接的光无源器 件，它还具有将光纤(缆)与其他 无源器件、光纤(缆)与系统和仪
经过活动衔接器之后，其输出光 功率相对输入光功率的比率的分 贝数，表达式为：
2.
回波损耗又称为后向反射损耗。
它是指光纤衔接处，后向反射光对 输入光的比率的分贝数，表达式为：
Ar＝-10lgPR/P0 (dB) 式中：Ar表示回波损耗；P0表示
输入光功率；PR表示后向反射光功 率。
3.
反复性是指光纤(缆)活动衔接器
系统技术与传统光技术相结合的新型机 械式光开关。
(2)
毛细管效应光开关是采用了电毛
光电器件在新型光通信中的应用
光电器件在新型光通信中的应用光通信是指通过光信号进行信息传输的通信方式。
相比传统的电信通信方式，光通信具备更高的带宽、更远的传输距离、更好的数据安全性等优点。
随着信息技术的快速发展，光通信已经成为人类社会信息交流中不可或缺的一部分。
而光电器件则是光通信技术能够发挥作用的重要基础。
一、什么是光电器件？光电器件是指那些可以将光信号和电信号进行互换的器件。
光电器件的种类很多，其中包括光电传感器、光电二极管、激光二极管、光电晶体管等。
二、光电器件在光通信中的应用1. 光纤通信光纤通信是一种将光信号转化为电信号进行传输的通信方式。
在光纤通信中，光信号需要被转化为电信号才能被传输。
而光纤通信的主要光源就是激光二极管。
激光二极管可以将电信号转化为光信号。
同时，激光二极管还具有体积小、寿命长、功耗低等优点。
2. 光电传感器光电传感器是指那些能够将光信号转换为电信号的传感器。
光电传感器的原理是利用光电效应。
光电传感器的应用范围比较广泛，包括了温度、气体、湿度等各种物理和化学参数的测量。
3. 光电晶体管光电晶体管可以将光信号转化为电信号。
光电晶体管运作时，光信号通过半导体材料激发电子，从而形成一个电流。
光电晶体管的优点是能够适应大功率输入，同时具有反应速度快等优点。
在光通信中，光电晶体管一般用于光检测方面。
三、光电器件在新型光通信中的发展趋势随着信息技术的发展，新型光通信技术正在不断涌现，如量子通信、自适应光通信等等。
随着新型光通信技术的应用，光电器件也需不断创新以满足新型光通信应用的需求。
1. 高速光通信技术随着高速光通信技术的不断发展，光电器件也需要满足高速传输的需求。
因此，新型高速光电器件的不断涌现成为必然。
目前，包括激光器、探测器、光学放大器、调制器等各种高速光器件已经成为了高速光通信技术的重要组成部分。
2. 光量子通信技术光量子通信技术是指一种基于量子原理的信息传输技术。
与传统光通信技术不同的是，光量子通信技术中传输的信息是由光子携带的量子态信息。
光纤通信用光器件介绍
光纤通信用光器件介绍光纤通信是一种利用光信号传输数据的通信方式。
它利用光纤作为传输介质，通过调制光信号的强度、频率或相位来传输信息。
在光纤通信系统中，光器件起着关键的作用，它们负责产生、放大、调制和检测光信号。
本文将介绍光纤通信中常用的光器件，包括光源、放大器、调制器和光检测器。
光源是光纤通信系统中的重要组成部分，负责产生光信号。
常见的光源有半导体激光器、气体激光器和光纤激光器。
半导体激光器是最常用的光源，它具有体积小、功耗低、调制速度快等优点。
气体激光器具有宽的谱带宽和高的输出功率，但体积较大。
光纤激光器结合了两者的优点，是一种理想的光信号源。
放大器是光纤通信系统中的另一个重要组成部分，用于增强光信号的功率。
光纤放大器是常用的放大器类型，它可以放大光信号而不需要将其转换为电信号。
最常见的光纤放大器是掺铒光纤放大器（EDFA），它利用掺铒光纤中的铕原子的能级跃迁来实现光信号的放大。
EDFA具有宽的增益带宽、高增益、低噪声等优点，是目前光纤通信系统中最常用的放大器。
调制器是光纤通信系统中用于调制光信号的器件。
光电调制器是常用的调制器类型，它利用光电效应或半导体材料的光学特性来实现光信号的调制。
光电调制器分为直接调制器和外调制器。
直接调制器利用半导体材料的直接带隙特性，通过改变注入电流来调制光信号的强度。
外调制器利用半导体材料的Kerr效应或电光效应来调制光信号的相位或强度。
光电调制器具有调制速度快、带宽宽、功耗低等优点。
光检测器是光纤通信系统中用于检测光信号的器件。
光电二极管是最常用的光检测器，它利用光束的能量转变为电流。
光电二极管具有高速度、高灵敏度、低噪声等优点，是目前光纤通信系统中最常用的光检测器。
其他常用的光检测器还包括光开关和光波导耦合器。
除了以上介绍的光器件，还有一些其他的光器件在光纤通信系统中扮演着重要角色。
例如，光分路器用于将光信号分成多个通道，光耦合器用于将光信号从一根光纤传输到另一根光纤，光滤波器用于选择或剔除特定波长的光信号。
光通信系统中的重要有源光器件和无源光器件有源器件光
谐振型和传输型半导体光放大器的光谱特性
半导体光放大器的串音特性
光放大器增益的偏振特性
光放大器增益的偏振特性的消除
2。掺铒光纤光放大器的结构
Signal in λ = 1550 nm
Optical isolator
Er 3+ -doped fiber (10 - 20 m)
Wavelength-selective
couplerຫໍສະໝຸດ SpliceSplice
Optical isolator
Signal out λ = 1550 nm
Pump laser diode λ = 980 nm
Termination
掺铒光纤光放大器的特性
掺铒光纤光放大器的原理
Energy of the Er in the glass fiber
3 + ion
1.54 eV 1.27 eV
E 3
E3
Non-radiative decay
980 nm
Pump
0.80 eV 1550 nm
In
0
E2
1550 nm
Out E1
掺铒光纤光放大器增益谱特性
掺铒光纤结构
两种实际掺铒光纤光放大器结构
光通信系统中的重要 有源光器件和无源光器件
有源器件： 光放大器等
无源器件： 耦合器，波分复用器，滤波器， 隔离器，环行器等
光有源器件：光放大器
光通信系统中的几种光放大器
1。半导体光放大器
谐振型和传输型半导体光放大器
谐振型半导体光放大器
传输型半导体光放大器I
传输型半导体光放大器II
光放大器的增益饱和特性
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4.2 光检测器
如果PN结接收到相当能量的光照射，进入耗尽层的光子就 会产生电子--空穴对，在内电场的加速下，空穴向P区漂移， 电子则向N区漂移。很显然，光照的结果打破了原有结区的 平衡状态。这种光生载流子的运动，在一定条件下，就会产 生光电流。这就是半导体PN的光电效应。
当入射光子能量hf小于禁带宽度Eg时，不论入射光有多强， 光电效应也不会发生，因此产生光电效应的条件是
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4.2 光检测器
1. 光检测器作用及要求 （1）作用 在光纤通信系统中，光检测器的作用是；将光纤输出的光信
号变换为电信号，其性能的好坏将对光接收机的灵敏度产生 重要影响。 （2）对光检测器的基本要求 由于从光纤中传过来的光信号一般是非常微弱的，因此对光 检测器提出了非常高的要求。对光检测器的基本要求如下：
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4.2 光检测器
在系统的工作波长上具有足够高的响应度，即对一定的入射 光功率，能够输出尽可能大的光电流；
具有足够快的响应速度，能够适用于高速或宽带系统； 具有尽可能低的噪声，以降低器件本身对信号的影响； 具有良好的线性关系，以保证信号转换过程中的不失真； 具有较小的体积、较长的工作寿命； 工作电压尽量低，使用简便。
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4.2 光检测器
（3）APD主要特性参数
① APD的倍增系数。APD的倍增系数M定义为
M IM Ip
（4-6）
式中，IM为倍增后的总输出电流的平均值；
Ip为初始光电流（没有倍增时的光电流）。
APD的倍增与雪崩有关，即与外加的电压有关，因此M是外
加电压的函数，如图4-8所示。
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4.2 光检测器
2. 半导体PN结的光电效应 如图4-1所示，是一个未加电压的半导体PN结。在半导体材
料的PN结区，发生载流子相互扩散的运动，即P型半导体中 的空穴远比N型半导体的多，空穴将从P区扩散到N区；同样 N型半导体中的电子远比P型半导体的多，也要扩散到P区。 这种扩散运动的结果是在PN结内形成了一个内电场，在内 电场的作用下，使电子和空穴产生了与扩散运动方向相反的 漂移运动。当扩散与漂移达到动态平衡时，便在PN结中形 成了一个空间电荷区，即耗尽层。
功能性部件有光波分波器、光衰减器、光隔离器等，用于光 的分路、耦合、复用、衰减等方面。
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4.3 无源光器件
1. 光纤连接器 光纤连接器又称为光纤活动连接器，俗称活接头，被定义为：
能稳定地，但并不是永久地，连接两根或多根光纤的无源组 件。可见光纤连接器是一种可拆卸使用的连接部件。 ① 光纤连接器的用途。光纤连接器主要用于光端机、光测仪 表等设备与光纤之间的连接以及光纤之间的相互连接，它是 组成光纤通信线路不可缺少的重要器件之一。 ② 光纤连接器的作用。光纤连接器的主要作用是将需要连接 起来的单根或多根光纤纤芯端面相互对淮、贴紧，并能够多 次使用。 ③ 对光纤连接的要求。光纤连接器需要满足下列要求：
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4.3 无源光器件
（2）光纤连接器的类型 按照不同的分类方法，光纤连接器可以分为不同的种类。 按传输媒介的不同可分为：单模光纤连接器和多模光纤连接
器； 按结构的不同可分为：FC、SC、ST、MU、LC、MT等各
种型式； 按连接器的插针端面形式可分为：FC、PC（UPC）和APC； 按光纤芯数分还有单芯、多芯之分。 如表4-1所示，是ITU-T建议的光纤连接器分类。
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4.2 光检测器
（2）PIN的特性参数
① 截止波长λc --截止波长与材料的禁带宽度Eg有关，它决
定了PIN工作波长的上限。截止波长λc可用下式计算
c
1.24 Eg
( m)
（4-2）
② 量子效率η-- 量子效率η是指单位时间内输出电子数与输
入光子数之比，即
生成光电流的电子 空穴对数 输入的光子数
光纤连接原理。通过光纤连接器，将光纤穿入并固定在插针 中，在耦合管中实现对准。插针的外组件采用金属或非金属 的材料制作。插针的对接端必须进行研磨处理，另一端通常 采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软缆以释放应力。耦合 管一般是由陶瓷、或青铜等材料制成的两半合成的、紧固的 圆筒形构件做成，多配有金属或塑料的珐琅盘，以便于连接 器的安装固定。为尽量精确地对准光纤，对插针和耦合管的 加工精度要求很高。
无源光器件种类繁多，功能各异，是一类实用性很强的器件， 主要产品有光纤连接器、光纤耦合器、光衰减器、光隔离器 与光环形器、光调制器、光开关、光波分复用器、光纤放大 器等。
无源光器件的作用是：连接光路，控制光的传输方向，控制 光功率的分配，实现器件与器件之间、器件与光纤之间的光 耦合、合波及分波。
芯严格对准并接触良好，为满足这一基本要求，有多种对中 方式得到采用，如套筒式、圆锥式、V型槽式等。目前，工 程上广泛应用的是套筒式对中结构，如图4-10所示。
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4.3 无源光器件
它是由三个部分组成的，有两个配合插头（插针体）和一个 耦合管（珐琅盘）。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起 对准套管的作用。
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4.2 光检测器
（2）APD工作原理 根据光电效应，雪崩光电二极管的光敏面上被光子照射之后，
光子被吸收而产生电子-空穴对。这些电子空穴对经过高速电 场（可达200kV/cm）之后被加速，初始电子(一次电子) 在高电场区获得足够能量而加速运动。高速运动的电子和晶 体原子相碰撞，使晶体原子电离，产生新的电子-空穴对，这 个过程称为碰撞电离。碰撞电离所产生的电子称为二次电子， 这些电子空穴对在高速场以相反的方向运动时又被加速，又 可能碰撞电离其他原子，如此多次碰撞，产生连锁反应，使 载流子数量迅速增加，反向电流迅速增大，形成雪崩倍增效 果，所以这种器件就称为雪崩光电二极管(APD)，其原理如 图4-6所示。 APD中电场强度随位置变化，如图4-7所示。
由于光纤具有三个低损耗窗口，即850nm、1310nm和 1550nm。相应的，用于850nm 波长的称为短波长光检 测器，用于1310nm和1550nm波长的则称为长波长光检 测器。
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4.1 光器件简介
在光纤通信系统中，一般使用的都是光子类型的光检测器。 光检测器位于光接收机中。
一个完整的光纤通信系统，除光纤、光源和光检测器外，还 需要许多其它光器件，特别是无源器件。这些不用电源的无 源光器件（即无光电能量转换，是能量消耗型光学器件）， 对光纤通信系统的构成、功能的扩展或性能的提高，都是不 可缺少的，是构成光纤传输系统的重要部分。
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4.3 无源光器件
连接损耗小； 连接损耗的稳定性好，在-20-60℃范围温度变化时不应该
有附加的损耗产生； 具有足够的机械强度和使用寿命； 接头体积小，密封性好； 便于操作，易于放置和保护。 （1）光纤连接器的结构及原理 光纤连接器的结构。光线路的活动连接，须使被接光纤的纤
hf Eg
（4-1）
式（4-1）表明，只有波长λ≤λc的入射光，才能产生光生载 流子，这里的λc就是截止波长，相应的fc就是截止频率。
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4.2 光检测器
3. 光电二极管（PIN） （1）PIN的结构及其原理 PIN的结构。PIN的结构如图4-2所示，是在掺杂浓度很高
的P型、N型半导体之间，加一层轻掺杂的N型材料，称为I 层（本征层）。I层很厚，吸收系数很小，入射光很容易进入 材料内部被充分吸收而产生大量电子--空穴对，因而大幅度 提高了光电转换效率。两侧的P和N型半导体很薄，吸收入 射光的比例很小，I层几乎占据整个耗尽层，因而光生电流中 漂移分量占支配地位，从而大大提高了响应速度。另外，可 通过控制耗尽层的宽度，来改变器件的响应速度。
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4.3 无源光器件
（3）光纤连接器特性 光纤连接器的特性，首先是光学特性，还有光纤连接器的互
换性、重复性、抗拉强度、温度和插拔次数等。 光学特性--主要是插入损耗和回波损耗这两个最基本的参数。
插入损耗即连接损耗，是指因连接器的导入而引起的线路有 效光功率的损耗。插入损耗越小越好，一般要求应不大于 0.5dB；回波损耗是指连接器对线路光功率反射的抑制能力， 其典型值应不小于25dB。实际应用的连接器，插针表面经 过了专门的抛光处理，可以使回波损耗更大，一般不低于 45dB。 互换性与重复性--光纤连接器是通用的无源光器件，对于同 一类型的光纤连接器，一般都可以任意组合使用，并可以重 复多次使用，由此而导入的附加损耗一般都在小于0.2dB的 范围内。
后，淹没在放大器自身产生的噪声中，以致难以辨认。
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4.2 光检测器
4. 雪崩光电二极管(APD) （1）APD的结构 对于光电二极管（PIN），其输出电流I和反向偏压U的关系，
如图4-4所示。随着反向偏压的增加，光电流基本保持不变。 但当反向偏压增加到一定数值时，光电流急剧增加，最后器 件被击穿，这个电压称为击穿电压UB。APD就是根据这种 特性设计的器件，其结构如图4-5所示。
第四章 通信用光器件
4.1 光器件简介 4.2 光检测器 4.3 无源光器件
4.1 光器件简介
在光纤通信系统中，光器件可分为有源光器件和无源光器件 两类，其中有源光器件包括前章介绍的光源器件，还有本章 要介绍的光检测器等器件。
光检测器，又称光探测器或光检波器，有热器件和光子器件 两大类。前者是吸收光子使器件升温，达到探知入射光能的 大小；后者是将入射光转化为电流或电压，是以光子一电子 的量子转换形式完成光的检测目的，如光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）。
另外，APD的温度特性表明，APD的倍增系数受温度影响 较大，温度升高，则倍增系数下降。
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4.3 无源光器件
无源光器件是指除光源器件、光检测器件之外，不需要电源 的光通路部件。无源光器件可分为连接用的部件和功能性部 件两大类。