第三章通信用光器件课件.ppt

1、第三章 通信用光器件.FP Laser 可以发射多纵模的激光器 最经典的激光器基本参数：主要用在850nm 1310nm 输出功率有几个毫瓦 频谱宽度320nm 模式间距离0.72nm 相干长度1100mm 可以高效的耦合进光纤.单片布喇格激光器DBR DBR内部用布喇格光栅做反射器来获得谱线更窄的激光。在两种不同介质的交界面上，制造出周期性的反射点，当光照射在反射点上将产生周期性的反射。激光器的输出波长：2nA/m，其中A为两反射点间的距离。.三电极DBR-LD结构示意图.单片分布反馈激光器DFB 用布喇格反射原理制成的另一种激光器是DFB DFB激光器和DBR激光器结构不同，DFB的光栅和

2、有源层叠放在一起。二者原理相同。满足一定条件的特定波长的光才能受到强烈反射，从而产生足够功率、谱线较窄的激光。A+B=mn，其中A为两反射点间的距离，B为反射光程差。动态单纵模激光器 大量用于WDM系统.分布反馈(DFB)激光器(a)结构；(b)光反馈.小结 以上所说的各种激光器都是边发射激光器，激光从激光器的侧面输出，只能进行一维集成，很难制作二维集成器件。但是，光数据传输的发展需要能够二维集成的器件，而垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一个很好的选择。常规的激光器都是禁带宽度决定波长，因此要用不同的材料来获得不同的波长。.量子阱激光器QW 半导体激光器的结构可以分为同质结和异质结。同质结只

3、有一个简单的PN结，P区和N区都采用同一种半导体材料。异质结由不同材料，例如GaAs和GaALAs构成的PN结异质结。.量子阱激光器采用双异质结结构。有源层的厚度在0.10.2微米左右，当有源层的厚度小到某一数值时，就会出现所谓的量子阱效应，即有源层与两边相邻的能带不连续，在有源层的异质结上出现导带和价带的突变，这样窄带隙的有源区为导带中的电子和价带中的空穴创造了一个势能阱，将载流子限制在很薄的有源区内，使有源区内的粒子数反转浓度非常高，这是受激辐射发光的必要条件。用这种原理做成的激光器就叫做量子阱激光器或量子限制激光器。这种激光器还可以细分单量子阱激光器、多量子阱激光器、量子线激光器和量子点

4、激光器。.量子阱激光器小结：三明治的结构 波长由有源区厚度决定，而不是材料 输出功率比较高 寿命长，可靠性好.VCSEL 垂直腔面发射激光器 1979年提出VCSEL思想至今，研究单位和科学家们已经从材料、结构、器件性能和波长范围方面做了长期深入的研究。特别是近年来，由于人们对超长距离、超高速、超大容量的光纤网络和高性能、低成本的光互连网络不断提出更高要求，从而极大推动了VCSEL的发展。虽然目前通信市场萎缩，但据美国ElectroniCast公司最近预测，全球用于光通信的VCSEL激光收发机的需求量在未来5年内仍将以每年35的速率递增，到2006年将达到20亿美元。.VCSEL的结构 典型的

5、VCSEL由高反射率分布式布拉格反射镜面、有源层和金属接触层组成。量子阱有源层夹在nDBR和pDBR之间。DBR反射镜由光学厚度为/4的高折射率层和低折射率层交替生长而成。.VCSEL的典型示意图 其上下分别为分布布拉格反射(DBR)介质反射镜，中间为量子阱有源区，氧化层有助于形成良好的电流及光场限制结构，电流由P、N电极注入，光由箭头方向发出。.VCSEL的特点 VCSEL与传统边发射激光器不同的结构带来了许多优势：小的发射角和圆形对成的远、近场分布使其与光纤的耦合效率大大提高，现已证实其与多模光纤的耦合效率竟能大于90，VCSEL的光腔长度极短，导致其纵模间距拉大，可在较宽的温度范围内实现

6、单纵模工作，动态调制频率高，腔体积减小使得其自发辐射因子较普通端面发射激光器高几个数量级，这导致许多物理特性大为改善，可以在片测试，极大降低了开发成本 出光方向垂直衬底，可实现高密度二维面阵的集成，最吸引人的是它的制造工艺与发光二级管LED兼容，大规模制造的成本很低。.VCSEL的研究水平及应用 650670nm波段 这个波段的VCSEL可应用在基于塑料光纤的数据通信系统中 850nmVCSEL 技术已经相当成熟，批量生产成本较低，由于其优异的性能，850nm的VCSEL已经主宰了单通道短距离光学互连的市场，如IEEE802.3千兆以太网1000Base-Sx系列标准中就采用低成本850nmV

7、CSEL作为光源，用在并行传输多通道发送机模块中的一维VCSEL阵列也有产品进入市场。1300、1550nm.VCSEL发展到今天，从器件性能到覆盖波长，从实验研究到工业应用，各方面都显示出它作为新一代半导体光源的潜力，可以说，面发射激光器是未来实现大规模的并行光处理所必须的器件。作为单个器件，它本身可在极低阈值下工作，并有单一波长，圆形的窄输出光束，可以高速调制，若集成成二维面阵，则可实现多波长阵列，高功率阵列，并能大量生产，而且由于利用MEMS技术使层叠集成成为可能，新的器件可能会不断出现，随着外延生长技术的不断提高，对材料物理特性研究的不断深入，以及新材料、新结构的不断应用，VCSEL定

8、会有辉煌的未来，成为光子信息时代的新型光源。.波长可调协激光器 在一些应用中（WDM）需要许多种不同波长的光源。如果能够对一种激光器的光波长加以改变，获得不同波长的激光，这样就可以减少光源器件的品种，有利于简化设计和降低成本。.可调谐激光器的结构和工作机理变化多样，半导体可调谐激光器的调谐有电调谐、热调谐和机械调谐等方式，分为外腔型和腔内多电极等结构，可调谐光纤激光器的调谐通常使用可调谐滤波器来实现。可调谐激光器不仅可以用作DWDM系统的光源，还可以用作分组交换器件、接入波长路由器等，在光通信中具有非常大的应用潜力，最终将会代替目前通信市场上占主流地位的固定波长激光器。.可调谐DFB激光器一般

9、是通过温度来实现波长调谐，但随着调谐温度的上升，会使激光器的有效输出功率下降，所以单个DFB激光器的调谐范围受到限制，大约5nm左右，这远不能满足光通信中对波长调谐范围的要求。为了扩大DFB激光器的调谐范围，组合多个DFB激光器形成DFB阵列是一种有效的方法。北电网络等人报导了他们将三个DFB串联而成的可覆盖34个ITU标准信道（50GHz信道间隔）的可调谐激光器模块。美国Santur公司等人也研制出了由12个DFB并联形成的DFB阵列。.可调谐DBR激光器，一般是通过电注入改变光栅折射率来实现波长调谐的，为获得大的调谐范围，其中需要使用取样光栅(SG)，超结构光栅(SSG)等，光栅耦合取样反

10、射激光器(GCSR)也可以获得比较大的调谐带宽(3dB带宽为40nm)。.可调谐垂直腔面发射激光器通常是使用微电机系统MEMS技术来移动或旋转某个反射腔镜，使谐振腔的长度发生变化，从而实现波长的调谐。可调谐VCSEL不仅技术上具有很大的优势，同时还具有成本低、易于集成和批量生产，因此是一种比较有前途的通信用可调谐光源。.可调谐外腔半导体激光器ECDL是一种新型可调谐光源，由于它大功率输出时可以具有超宽带的可调谐范围（超过100nm），因而成为新一代光源的研究热点。ECDL通常由外部镜面或光栅与半导体激光二极管构成谐振腔，有单边结构和双边结构之分，外部镜面或光栅的调节目前一般结合使用MEMS技术

11、，因此具有较好的调谐精度和波长调谐速度。.发射波长和光谱特性波长特性波长特性 半导体激光器的发射波长取决于导带的电子跃迁到价带时所释放的能量，这个能量近似等于禁带宽度Eg（eV），我们可以得出 =1.24/Eg 不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg，因而有不同的发射波长。.光谱特性 在直流驱动下，发射光波长有一定的分布，谱线具有明显的模式结构。这种结构的产生是因为导带和价带都是由许多连续能级组成的有一定宽度的能带，两个能带中不同能级之间电子的跃迁会产生连续波长的光辐射。其中只有符合激光振荡相位条件的波长存在。这些波长取决于激光器纵向长度L，称之为激光器的纵模。.GaAlAs-DH激光器的光谱特性

12、(a)直流驱动;(b)300 Mb/s数字调制.随着驱动电流的增加，纵模模数逐渐减少，谱线宽度变窄。这种变化是由于谐振腔对光波频率和方向的选择，使边模消失，主模增益增加而产生的。当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器成为静态单纵模激光器。图(b)是300 Mb/s数字调制的光谱特性，由图可见，随着调制电流增大，纵模模数增多，光谱宽度变宽。用F-P谐振腔可以得到的是直流驱动的静态单纵模激光器，要得到高速数字调制的动态单纵模激光器，必须改变激光器的结构，例如采用分布反馈激光器。.激光束的空间分布激光束的空间分布用近场和远场来描述。近场是指激光器输出反射镜面上的光强分布，远场是指离反射镜面

13、一定距离处的光强分布。图3.8是GaAlAs-DH激光器的近场图和远场图，近场和远场是由谐振腔(有源区)的横向尺寸，即平行于PN结平面的宽度w和垂直于结平面的厚度t所决定，并称为激光器的横模。由图可以看出，平行于结平面的谐振腔宽度w由宽变窄，场图呈现出由多横模变为单横模；垂直于结平面的谐振腔厚度t很薄，这个方向的场图总是单横模。.GaAlAs-DH条形激光器的近场和远场图样.下图为典型半导体激光器的远场辐射特性，图中和分别为平行于结平面和垂直于结平面的辐射角，整个光束的横截面呈椭圆形。典型半导体激光器的远场辐射特性(a)光强的角分布；(b)辐射光束.转换效率和输出光功率特性 外微分量子效率d

14、激光器的电/光转换效率用外微分量子效率d表示，其定义是在阈值电流以上，每对复合载流子产生的光子数hfeIPeIIhfPP/)(/)(ththd)(thdthIIehfPP.式中，P和I分别为激光器的输出光功率和驱动电流，Pth和Ith分别为相应的阈值，hf和e分别为光子能量和电子电荷。激光器的光功率特性通常用P-I曲线表示，图3.10是典型激光器的光功率特性曲线。当IIth时，发出的是受激辐射光，光功率随驱动电流的增加而增加。.典型半导体激光器的光功率特性(a)短波长GaAlAs-GaAs;(b)长波长InGaAsP-InP.频率特性频率特性在直接光强调制下，激光器输出光功率P和调制信号频率f

15、的关系为 2r222r)/(4)/(1)0()(ffffPfP)1(121th0hpsprIIIIf.式中，fr和分别称为弛张频率和阻尼因子，Ith和I0分别为阈值电流和偏置电流；I是零增益电流，高掺杂浓度的LD，I=0，低掺杂浓度的LD，I=(0.70.8)Ith；sp为有源区内的电子寿命，ph为谐振腔内的光子寿命。下图示出半导体激光器的直接调制频率特性。弛张频率fr是调制频率的上限，一般激光器的fr为12 GHz。在接近fr处，数字调制要产生弛张振荡，模拟调制要产生非线性失真。.半导体激光器的直接调制频率特性.普通激光器阈值电流：1530mA 输出功率：520mW 调制 加直流偏置（因为有

16、阈值电流的存在）.温度特性温度特性对于线性良好的激光器，输出光功率特性如下式和下图所示。激光器输出光功率随温度而变化有两个原因：一是激光器的阈值电流Ith随温度升高而增大，二是外微分量子效率d随温度升高而减小。温度升高时，Ith增大，d减小，输出光功率明显下降，达到一定温度时，激光器就不激射了。当以直流电流驱动激光器时，阈值电流随温度的变化更加严重。当对激光器进行脉冲调制时，阈值电流随温度呈指数变化，在一定温度范围内，可以表示为.式中，I0为常数，T为结区的热力学温度，T0为激光器材料的特征温度。GaAlAs-GaAs激光器T0=100150 K、InGaAsP-InP激光器T0=4070 K

17、，所以长波长InGaAsP-InP激光器输出光功率对温度的变化更加敏感。外微分量子效率随温度的变化不十分敏感，例如，GaAlAs-GaAs激光器在77 K时d50%，在300 K时，d30%。下图示出脉冲调制的激光器，由于温度升高引起阈值电流增加和外微分量子效率减小，造成的输出光功率特性P-I曲线的变化。)exp(00thTTII.P-I曲线随温度的变化.LD的应用 直接调制 传输距离不太远，城域网 外调制 长途干线的传输.目前商用系统高速光通信基本上采用单纵模的分布布拉格反射激光器（DBR-LD）,DBR-LD的增益区与光栅是分开的，易于制作，中长距离DWDM系统和CATV系统多采用DFB-

18、LD，其用于波长选择的衍射光栅靠近有源区的波导层，波长稳定性好。.DFB-LD的单频特性虽然很好，但波长的准确控制却比较困难，而且在高速调制下的线宽展宽比较严重，因此在超高速、超长距离通信系统中，需要使用外调制激光器。外调制是外加调制器对光源输出光进行强度调制，这种调制后的信号啁啾小，因而能够支持长距离传输，但结构比较复杂，损耗大，激光器的成本很高。.在低成本激光器中，垂直腔面发射激光器（VCSEL）是最有前途的半导体激光器。它是一种出射光垂直于芯片表面的新型半导体激光器，它的有源区采用量子阱结构，光谱宽度窄，阈值电流低，功耗小，不需要温控模块，有较高的光纤耦合效率，且体积小，可以批量加工和封

19、装，动态调制频率高，同时具有发光二极管的低价。.在目前Si基光纤和未来中红外光纤通信系统中，光纤激光器是最具有潜力的光源，它的激光介质本身就是波导介质，与系统有很好的耦合效率。光纤激光器实际上是一种高效的波长转换器，即由泵浦波长转换为所掺稀土离子激射波长，激射波长由基质材料的稀土掺杂剂所决定，不受泵浦波长的控制，因此，光纤激光器可以利用与稀土离子吸收光谱相对应的廉价短波长、高功率半导体激光器泵浦源，来获得光纤通信低损耗窗口的波长输出，使通信用激光器的成本大大降低。.光纤激光器的历史几乎和激光器一样长。从1963年发明光纤激光器到二十世纪八十年代末第一批商用光纤激光器出现在市场上，经历了二十年的

20、发展历程。这些激光器使用单模二极管泵浦，发射出几十毫瓦的激光，它们的高增益以及针对多种稀有离子跃迁发射单模连续波激光的能力得到了使用者的青睐。.超连续光源（SC）是将峰值很高的超短光脉冲注入到一段具有高非线性特性的光纤中，由于光纤中各种非线性效应的共同作用，使出射脉冲的光谱被极大展宽。SC能在很宽的光谱范围内同时产生超短光脉冲，所以它将在未来的Tbit/s WDM/OTDM系统中扮演比较重要的角色。产生高质量超连续谱脉冲的关键是合适的泵浦光源和超连续光纤。.在某些半导体物质中，电子和空穴在PN结处复合，会以光的形式释放出能量。用这种半导体物质可以制造出单片PN半导体器件发光二极管（LED）.当

21、在LED的两个端子上加电压就会发射出光，发射光是在一个相对较大的圆锥内，所以与光纤耦合效率低，这个缺点限制了LED在光传输中的应用，它仅适合于作多模光纤通信的光源。LED发射的光谱比较宽，光功率也较小，一般在几毫瓦，输出功率可用下式计算.LED光谱特性 发光二极管发射的是自发辐射光，没有谐振腔对波长的选择，谱线较宽。一般短波长LED的谱线为3050纳米，长波长LED的谱线宽度为60120纳米。随着温度升高或是驱动电流的增加，谱线加宽，切峰值波长向长波长方向移动。.LED光束的空间分布 侧面发光型LED，120，2535。由于大，LED与光纤的耦合效率一般小于10%。.发光二极管实际输出的光子数

22、远远小于有源区产生的光子数。驱动电流I较小时，P-I曲线的线性比较好，I过大时，由于PN结发热产生饱和现象，P-I曲线的斜率减小。在通常工作情况下，LED工作电流为50100毫安，输出光功率为几毫瓦，由于光束辐射角大，入纤功率只有几百微瓦。.LED的频率特性 在一般工作条件下，正面发光型LED的截止频率为2030MHZ,侧面发光二极管的截止频率为100150MHZ。最高调制频率应低于截止频率.LED的应用 绿色、红色、黄色（常用的）显示 照明 短途光通信.小结 LED自发辐射 LD受激辐射 LD的反射镜反射率99%LD的谱宽窄 LED的谱宽宽 LD有单纵模、多纵模.典型的工作波长 850nm

23、1310nm 1550nm.3.2光检测器.光信号经过光纤传输到达接收端后，在接收端有一个接收光信号的元件。但是由于目前我们对光的认识还没有达到对电的认识的程度，所以我们并不能通过对光信号的直接还原而获得原来的信号。在他们之间还存在着一个将光信号转变成电信号，然后再由电子线路进行放大的过程，最后再还原成原来的信号。这一接收转换元件称作光检测器，或光电检测器，简称检测器，又叫光电二极管。.光纤通信系统对光检测器的要求 1、灵敏度高 灵敏度高表示检测器把光功率转变为电流的效率高。在实际的光接收机中，光纤传来的信号极其微弱，有时只有1nw左右。为了得到较大的信号电流，人们希望灵敏度尽可能的高。.2、

24、响应速度快 指射入光信号后，马上就有电信号输出，光信号一停，电信号也停止输出，不要延迟。这样才能重现入射信号。实际上电信号完全不延迟是不可能的，但是应该限制在一个范围之内。随着光纤通信系统的传输速率的不断提高，超高速的传输对光电检测器的响应速度的要求越来越高，对其制造技术提出了更高的要求。.3、噪声小 为了提高光纤传输系统的性能，要求系统的各个组成部分的噪声要求总够小。但是对于光电检测器要求特别严格，因为它是在极其微弱的信号条件下工作，又处于光接收机的最前端，如果在光电变换过程中引入的噪声过大，则会使信号噪声比降低，影响重现原来的信号。.4、稳定可靠 要求检测器的主要性能尽可能不受或者少受外界

25、温度变化和环境变化的影响，以提高系统的稳定性和可靠性。.5、工作电压低 6、对温度变化不敏感 7、寿命长 8、价格低.常用的光检测器有两种类型，P型+本征区+N型光电二极管和雪崩光电二极管（APD）.PIN光电二极管 由P型材料和N型材料夹一本征层（一种轻掺杂的N型材料）构成。在PN结上加反向偏置电压，扩大了它的耗尽层。如果没有光照到半导体上。只有很少的载流子，这种微弱的电流称为暗电流。当光照到半导体上，光子进入半导体，并被价带电子吸收，激发电子到导带能级上，在偏压电场作用下，形成光电流。.InPPIInGaAsInPN 基于异质结的PIN光电二极管.定义光电流和光功率之比为响应度（R）R=输

26、出电流I/输入光功率P(A/W)定义输出电子数和输入光子数之比为量子效率=输出电子数/输入光子数 光电二极管的量子效率是由器件制作工艺决定的，是小于1的常数。目前可以达到60%以上。.响应度和量子效率的关系是 R=q/（hy）用PIN光电二极管检测只有几纳瓦的弱光信号，光电流仅有几纳安，为了使光接收机的判决电路正常工作必须先用几级放大器放大光电流，而放大的同时将引入噪声，使信噪比下降，所以用PIN光电二极管制作的光接收机灵敏度不够高。.PIN光电二极管的响应时间和频率特性 PIN光电二极管的响应时间或频率特性主要由光生载流子在耗尽层的渡越时间d和包括光电二极管在内的检测电路RC常数所确定。减小

27、耗尽层的宽度W，可以减小渡越时间d，从而提高截止频率fc，但是同时要降低量子效率。.由电路RC时间常数限制的截止频率 式中，Rt为光电二极管的串联电阻和负载电阻的总和，Cd为结电容Cj和管壳分布电容的总和。式中，为材料的介电常数，A为结面积，w为耗尽层宽度。dtc21CRf AC j.雪崩光电二极管APD 为了提高光接收机的灵敏度，可以采用具有内部电流放大作用的雪崩光电二极管APD。适当的利用APD的倍增效应，可以得到比电放大器高的信噪比，从而提高光接收机的灵敏度。.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200KV/厘米以上，初始电子在高电场

28、区获得总够能量而加速运动。高速运动的电子和晶格原子相碰撞，使晶格原子电离，产生新的电子-空穴对。新产生的二次电子再和原子碰撞，如此多次，产生连锁反应，从而使载流子雪崩式倍增，所以这种器件就称为雪崩光电二极管。.APD载流子雪崩式倍增示意图.APD结构图.APD的倍增因子的倍增因子 由于雪崩倍增效应是一个复杂的随机过程，所以用这种效应对一次光电流产生的平均增益的倍数来描述它的放大作用，并把倍增因子g定义为APD输出光电流Io和一次光生电流IP的比值。显然，APD的响应度比PIN增加了g倍。现有APD的g值可达到几十甚至上百，随反向偏压、波长和温度而变化。poIIg.光电二极管一般性能和应用 AP

29、D是有增益的光电二极管 PIN PIN-FET（场效应管）.3.3光无源器件.光网中的光电子器件可分为有源器件和无源器件两大类。有源器件主要负责光信号的产生、放大和接收，完成信号的光/电、电/光转换和放大等功能。无源器件则主要用于控制光信号流动方向、通与断和光信号的整形。有源光器件提供了光网络的大部分功能，也占据了整个系统大部分的成本，包括激光器、光接收器、光调制器、光放大器和波长变换器等。.比有源器件发展更为迅速的是品种繁多的无源光器件，它们在光网络中将扮演越来越重要的角色，其占整个系统成本的比例将不断上升。主要包括：密集波分复用/解复用器，光隔离器，光环形器，光耦合器和连接器，光开关和光开

30、关阵列，固定或可重构的光插分复用器OADM，光交叉连接器OXC，色散和色散斜率补偿器，偏振模色散补偿器和光放大器的增益平坦器等等。.光纤无源器件是光纤通信系统中的重要组成部分。按其功能分类，有光纤连接器、光纤耦合器、波分复用器、光开关、光衰减器、光隔离器和光环行器等。光纤通信系统正在向接入网、宽带网、密集波分复用系统和全光网方向发展，对光纤无源器件的技术提出了新的更高的要求。.连接器和接头 光纤连接器类型 按光纤端面类型分为：PC、UPC、APC 按插头类型分为：ST、FC、SC、LC、MU.特殊光纤连接器类型 带状光纤连接器.光纤连接器的主要技术指标 插入损耗 回波损耗 重复性与互换性.光耦

31、合器 光耦合器的功能是把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。这种器件对光纤线路的影响是附加插入损耗，还有一定的发射和串扰。一些耦合器的性能与波长有关，一些耦合器的性能与波长无关。.按光耦合器的制造技术一般可以分为光纤熔融拉锥型、微器件型（包括滤波片，光栅）和平面阵列波导型.光耦合器的用途 主要应用于光功率分配、光功率检测、波分复用等.光耦合器的类型 1、T型光耦合器（功率分配或组合）2、星型光耦合器（多端功率分配）3、定向光耦合器 4、波分复用器/解复用器.常用耦合器的类型.主要技术指标 插入损耗 附加损耗 分光比 方向性 偏振相关损耗PDL 是指输入光偏振态发

32、生变化而其他参数不变时，器件插入损耗的最大变化量。它是衡量器件插入损耗受偏振态影响程度的指标。.复用/解复用（合波/分波）器 干涉介质薄膜型 插损小、温度特性好、通道数量多时插损一致性差.平面阵列波导型（AWG）通道数量多、通带宽、需要温控.光纤光栅 特定的光纤光栅对特定的波长发生反射或透射 通道数量多、温度特性好、隔离度高、体积小、一般为高斯型.复用/解复用器的主要技术指标 通道数量 中心波长 带宽（1dB/-3dB/-20dB）插入损耗及其一致性 相邻/非相邻通道的隔离度 偏振相关损耗PDL 偏振模式弥撒PMD 温度特性.光隔离器和光环行器.隔离器 某些光器件，如LD及光放大器等对来自连接

33、点、熔接点、滤波器等的反射光非常敏感，并导致性能的恶化。因此需要用光隔离器来阻止光反射。光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件，其工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。.光学二极管.隔离器的主要技术指标 插入损耗 反向隔离度 回波损耗 偏振相关损耗PDL 偏振模式弥撒PMD.隔离器的主要应用 半导体激光器输出隔离 EDFA内部隔离.环行器.环行器的应用 ADD/DROP 色散补偿器.光环形器用于单纤双向通信示意图.插入损耗一般为0.31.5dB 隔离度2040dB.光衰减器 光衰减器是用于对光功率进行衰减的器件，它主要用于光纤系统的指标测量、短距离通信系统的信号衰减以及系统试验等场合。光衰减

34、起要求重量轻、体积小、精度高、稳定性好、使用方便等。它可以分为固定式、分级可变式、连续可调式几种。.光衰减器的类型 分为固定光衰减器、手调光衰减器、电调光衰减器 电调光衰减器分为：机械式、波导型.光衰减器主要技术指标 固有插入损耗 衰减量 衰减精度 回波损耗 波长特性 偏振特性.光衰减器的应用 光功率调节 光功率均衡 EDFA增益平坦控制.光调制器马赫-曾德尔干涉仪型调制器.马赫-曾德尔干涉仪型调制器特性.光开关.光开关的类型 机械式 MEMS .微电子机械系统（MEMS）就是将几何尺寸或操作尺寸仅在微米、亚微米甚至纳米量级的微机电装置（如微机构、微驱动器等）与控制电路高度集成在硅基或非硅基材

35、料上的一个非常小的空间里，构成一个机电一体化的器件或系统。MEMS器件具有体积小、重量轻、能耗低、惯性小、响应时间短，可以把多个不同功能、不同敏感方向或制动方向的微机构大规模地集成在一起，并且可以进行批量复制和大规模生产。.MEMS光开关的特点 MEMS技术制作的光开关是将机械结构、微触动器和微光元件在同一衬底上集成，结构紧凑、重量轻，易于扩展。他比机械式光开关和波导型光开关具有很好的性能，如：低插损、小串音、高消光比、重复性好、响应速度适中，与波长、偏振、速率及调制方式无关、寿命长、可靠性高，并可扩展成大规模光交叉连接开关矩阵。.采用 MEMS体硅工艺,制作了三种结构的微机械光开关:水平驱动

36、 2 D(二维)光开关、垂直驱动 2 D光开关和扭摆驱动 2 D、3D(三维)光开关.水平驱动光开关采用单层体硅结构,另外两种光开关都采用了硅-玻璃的键合结构.它们的工作原理都基于硅数字微镜技 术.液晶 通过改变施加在液晶上的电压控制液晶的偏振极化实现光开关。技术尚不成熟，处于开发初期阶段。.气泡光开关 是由安捷伦采用HP喷墨打印机中的专利技术制作的光开关，即通过在光路中注入/撤除液滴来改变光线的传播方向实现光开关。.热光光开关 通过加热的方式改变M-Z干涉仪两臂的折射率实现2x2光开关，采用平面阵列波导技术实现2x2光开关的多级级联可将开关矩阵规模扩大至64x64以上。但插入损耗较大、隔离度

37、偏小、对波长较敏感、功耗较大。.全息光开关 具有开关速度快、无移动部件、插入损耗小、端口数大等特点 处于原型机阶段.光开关的技术指标 端口数量 开关速度 插入损耗及其一致性 消光比 串扰 偏振特性 寿命.光开关的主要应用 光保护开关 OADM OXC.波长变换器 波长转换器：使信号从一个波长转换到另一个波长的器件。波长转换器根据波长转换机理可分为光电型波长转换器和全光型波长转换器。.几点补充 1、按照垂直于PN结方向的结构不同，半导体激光器可分为同质结、单异质结SH、双异质结DH激光器和量子阱QW激光器。同质结激光器是不能实现室温下连续工作的，目前实用系统中大多是双异质结DH激光器，QW激光器与普通的双异质结DH激光器结构基本相同，只是有源区的厚度很薄.2、阈值电流 半导体激光器属于阈值器件，即当注入电流大于阈值电流时才有激光输出，否则为荧光输出。3、光谱特性 中心波长：光谱范围内辐射度最大值所对应的波长 谱线宽度：光谱范围内辐射强度最大值下降50处所对应的波长宽度.4、纵模和横模 模式指的是电磁场的分布形式 半导体激光器的模式可以分为纵模（沿轴向的分布状态）和横模（沿横向的分布状态）纵模 谐振腔 阈值条件 相位条件（驻波振荡）横模 决定了激光的空间分布。影响器件和光纤的耦合效率.5、半导体激光器使用注意事项 防静电的工作平台上工作.