光通信无源器件技术精.ppt
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1、光通信无源器件技术5/22/20231第1页,本讲稿共45页4.1 光通信的历史光通信的历史电话、摄象机、计算机、电视编码、调制、发射机信息源传输介质信息终端接收机、解调、解码光纤、双绞线、自由空间发送单元接收单元4.1.1 光通信系统介绍5/22/20232第2页,本讲稿共45页通讯系统基本要素1.信息源2.发送单元3.传输介质4.接收单元5.信息终端 5/22/20233第3页,本讲稿共45页对通信系统的要求1.提高传输保真度 2.提高数据率 3.增加传输距离 载波:光频电磁波 光通信系统组成:1.电端机2.光端机3.光纤、光缆4.光端机5.电端机 5/22/20234第4页,本讲稿共45
2、页光发射机、光调制器电端机光纤(缆)光端机电端机光端机光接收机光纤(光缆)、光放大器5/22/20235第5页,本讲稿共45页器件1.光发射机2.光调制器3.光纤(光缆)4.光放大器5.光接收机6.其它器件5/22/20236第6页,本讲稿共45页最早的光通信o烽火?手势?旗语?o1883:Alexander Graham Bell光电话实验:200米,太阳光 关键问题o可靠的光源n相干性o合适当传播介质n损耗低n可靠性高4.1.2 光通信的历史5/22/20237第7页,本讲稿共45页o1960 Maiman:红宝石激光器o1962 GaAs二极管激光器:脉冲方式,77K.o1966 高锟、
3、Hockham及Werts:n石英光纤的损耗可以减小到适合作为传输介质o1970两大重要突破n康宁公司:单模光纤,损耗 20dB/km,传输介质的阈值n贝尔实验室:室温连续AlGaAs半导体激光器o波长850nmo寿命几分钟数小时o结构:GaAs材料上外延生长双异质结AlGaAs 5/22/20238第8页,本讲稿共45页o随后的其它技术突破:n多模光纤:4dB/km,SiO2 掺 GeO2nAlGaAs激光二极管:寿命-几十万小时(1978107 小时)o第一代光纤通信系统n1976-45 Mb/s 野外实验,Atlanta,MMF,0.85mn1977-45 Mb/s 芝加哥,商业应用,2
4、办公室,7km o第二代光纤通信系统n1976两大进步oNTT:MMF,损耗 1dB/km0.5dB/km,1.3m&1.55moLincoln实验室:室温长波长InGaAsP/InP激光器n1981,1.3m MMF 通信系统-第二代光通信系统.5/22/20239第9页,本讲稿共45页o第三代光纤通信系统n 1.3m,SMF,0.5dB/km,140Mb/s (1984)n 1.3m,SMF,565Mb/s,1.7Gbits/s (1986生产,1987商用)n 2.488Gbits/s(1991商用化)n 实验:10Gb/s5/22/202310第10页,本讲稿共45页o1986第四代光
5、纤通信系统n两大技术革新:o波分复用(WDM)光放大器(EDFA)o1.55m,SMF,0.2dB/kmn商用:o410Gb/s 40Gb/s(Nortel)o810Gb/s 80Gb/s(Lucent)o805Gb/s 400Gb/s(Lucent:wavestarTM OLS 400G)n实验:Tb/s5/22/202311第11页,本讲稿共45页o下一代n光孤子?n全光网络?n智能光网络?o对器件要求n集成化n小型化 5/22/202312第12页,本讲稿共45页4.1.34.1.3 光器件简介光器件简介n概念o基础o应用n类型o分立器件o集成器件n功能集成和数量集成n光电集成和光光集成
6、n单片集成和混合集成5/22/202313第13页,本讲稿共45页主要应用有源无源器件光纤通信干线光交换接入网 DWDM OADM OTDM FTTC,B,O,H 位移、振动 温度、压力 应变、应力 电流、电压 电场、磁场 流量、浓度可以测量70 多个物理化学量 广告显示牌 激光手术刀 仪表照明 工艺装饰 电力输送 光纤面板 医用内窥镜 潜望镜 光收发模块 光接入模块 光开关模块 光放大模块 信号处理信息获取信息传输信息处理其它应用5/22/202314第14页,本讲稿共45页光电子器件类型(通信)光电子器件类型(通信)光电子器件类型(通信)光电子器件类型(通信)有源有源有源有源激光器光放大器
7、探测器光调制器波长转换器光隔离器光耦合器光滤波器光开关光衰减器色散补偿器偏振控制器偏振模补偿器无源无源无源无源5/22/202315第15页,本讲稿共45页9.2 光通信系统的无源器件n光纤连接器n 光开关n光衰减器n 光调制器n 光隔离器5/22/202316第16页,本讲稿共45页 光纤连接器 光纤连接器的主要指标:光纤连接器的类型:5/22/202317第17页,本讲稿共45页2、光纤连接器件o光纤连接器件的作用是一根光纤中的光最大限度地传到另一光纤中,或光信号在不同光纤之间耦合传递。o广义上连接器分为两种类型:o 可拆卸型连接器。它被设计成可被连接,必要时又可拆开。o 永久型连接器。它
8、被一次型连接使用,不能在拆开后重复使用。5/22/202318第18页,本讲稿共45页可拆卸型光纤连接器5/22/202319第19页,本讲稿共45页各种光纤连接器5/22/202320第20页,本讲稿共45页光开关光开关光开关光开关o一种具有一个或多个可选择的传输端口,可对光传输线路或集成光路中的光一种具有一个或多个可选择的传输端口,可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件信号进行相互转换或逻辑操作的器件o机械式和非机械式机械式和非机械式n机械式机械式o插入损耗低,隔离度高,不受偏振和波长影响插入损耗低,隔离度高,不受偏振和波长影响o开关时间较长(毫秒量级),存在回跳抖
9、动,重复性差开关时间较长(毫秒量级),存在回跳抖动,重复性差o移动光纤、移动套管、移动准直镜、移动反光镜、移动棱镜、移动耦合移动光纤、移动套管、移动准直镜、移动反光镜、移动棱镜、移动耦合器、器、MEMSn非机械式非机械式o开关时间短,体积小,易于集成开关时间短,体积小,易于集成o插损大,隔离度低,有的具有偏振和插损大,隔离度低,有的具有偏振和/或波长相关或波长相关o电光、磁光、声光、热光等电光、磁光、声光、热光等5/22/202321第21页,本讲稿共45页机械式光开关机械式光开关移动光纤式移动光纤式固定光纤移动光纤移动反射镜型移动反射镜型反射镜转动轴光纤转动轴反射镜光纤节距移动反射镜型移动反
10、射镜型5/22/202322第22页,本讲稿共45页机械式光开关(机械式光开关(MEMS)MEMSMEMS:MMicro icro E Electronic and lectronic and MMechanical echanical S System ystem 利用硅材料和微电子加工技术制作的微机械装置利用硅材料和微电子加工技术制作的微机械装置利用硅材料和微电子加工技术制作的微机械装置利用硅材料和微电子加工技术制作的微机械装置MEMSMEMS器件器件器件器件 可调谐器件可调谐器件可调谐器件可调谐器件 微微微微F-PF-P腔腔腔腔 可调光衰减器可调光衰减器可调光衰减器可调光衰减器 光调制器
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