第3章通信光器件.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 光子晶体的结构 光子晶体的基本性质 光子晶体的基本性质 光子晶体的基本性质 光子晶体存在光子能带结构，即不是所有频率的光都能通过光子晶体。 光子晶体的应用 ——波导 铌酸锂晶体电光开关 不是改变耦合长度，而是改变耦合区的折射率来改变耦合系数，从而控制3、4的出光情况,实现光开关的目的. 图3.32 波导型藕合器 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。  （1）耦合比CR 是一个指定输出端的光功率Poc和全部输出端的光功率总和的比值，用%表示。 由此可定义功率分路损耗Ls：  Ls=10lg （2）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=10lg （3）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 （4）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 （5）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。  3.3.3光隔离器与光环行器 1.光隔离器 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。 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，插入损耗的典型值约为1dB，隔离度的典型值的大致范围为40~50 dB。  工作原理 光偏振(极化)的概念。单模光纤中传输的光的偏振态(SOP： State of Polarization) 是在垂直于光传输方向的平面上电场矢量的振动方向。在任何时刻，电场矢量都可以分解为两个正交分量，这两个正交分量分别称为水平模和垂直模。 结构： 图 3.34 隔离器的工作原理 与入射光的偏振态无关的隔离器 在实际应用中，入射光的偏振态(偏振方向)是任意的，并且随时间变化，因此必须要求隔离器的工作与入射光的偏振态无关，于是隔离器的结构就变复杂了。具有任意偏振态的入射光首先通过一个空间分离偏振器(SWP: Spatial Walkoff Polarizer)。这个SWP的作用是将入射光分解为两个正交偏振分量，让垂直分量直线通过， 水平分量偏折通过。两个分量都要通过法拉弟旋转器， 其偏振态都要旋转45°。法拉弟旋转器后面跟随的是一块半波片。这个半波片的作用是将从左向右传播的光的偏振态顺时针旋转45°，将从右向左传播的光的偏振态逆时针旋转45°。因而法拉弟旋转器与半波片的组合可以使垂直偏振光变为水平偏振光，反之亦然。最后两个分量的光在输出端由另一个SWP合在一起输出， 如图3.35(a)所示。 图 3.35 一种与输入光的偏振态无关的隔离器 另一方面， 如果存在反射光在反方向上传输，半波片和法拉弟旋转器的旋转方向正好相反，当两个分量的光通过这两个器件时，其旋转效果相互抵消，偏振态维持不变，在输入端不能被SWP再组合在一起，如图3.35(b)所示，于是就起到隔离作用。  2、环行器 环行器除了有多个端口外，其工作原理与隔离器类似。 如图3.36所示，典型的环行器一般有三个或四个端口。在三端口环行器中，端口1输入的光信号在端口2输出，端口2输入的光信号在端口3输出，端口3输入的光信号由端口1输出。光环行器主要用于光分插复用器中。  3.2.3雪崩光电二极管(APD) 光电二极管输出电流I和反偏压U的关系示于图3.24。 随着反向偏压的增加，开始光电流基本保持不变。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。 图 3.24 光电二极管输出电流I和反向偏压U的关系 APD (Avalanche photo diodes) 根据光电效应，当光入射到PN结时，光子被吸收而产生电子 - 空穴对。如果电压增加到使电场达到200 kV/cm以上，初