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1. 光纤熔接
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2. 连接器
• V型槽机械连接 • 弹性管连接
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待连 接的光 纤
在此 处使用 环氧 化物 将光纤 端面 粘贴 在一起 或将 光纤 夹紧以 定位
V型 槽 基 底
• 在V型槽机械连接方法中，首先要将预备好的光纤端面 紧靠在一起，如图所示。然后将两根光纤使用粘合剂 连接在一起或先用盖片将两根光纤固定。V型通道既可 以是槽状石英、塑料、陶瓷，也可以是金属基片作成 槽状。这种方法的连接损耗在很大程度上取决于光纤 的尺寸 ( 外尺寸和纤芯直径 ) 变化和偏心度 ( 纤芯相对于 光纤中心的位置)。 28
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4．雪崩倍增因子G
• 雪崩光电二极管还有一个与雪崩倍增效应对应的参 量—雪崩倍增因子。 • 在忽略暗电流影响条件下，它定义为
Io G IP
• 一般APD的倍增因子G在40～100之间。PIN光电管因 无雪崩倍增作用，所以G=1。
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5．倍增噪声和过剩噪声系数F （ G）
• 从物理概念上容易理解，雪崩光电二极管的倍增是具 有随机性的。 • 这种随机性的电流起伏将带来附加噪声，一般称为倍 增噪声。 • 倍增噪声可以用过剩噪声系数F（G）来描述为
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3.2.1 半导体的光电效应
• 半导体材料的光电效应是指如下这种情况：光 照射到半导体的P-N结上，若光子能量足够大， 则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量， 从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电 子，在价带中出现光空穴，即光电子—空穴对，
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3.2.1 半导体的光电效应
• 半导体材料的光电效应
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1．响应度R0和量子效率η
• 响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的一种物理 量。
•
Ip / e I p hf 每秒光生电子－空穴对 ＝ ＝ ＝ 每秒入射光子数 P0 / hf P0 e R0 R0 Ip P0 e hf
A/W A/W
• 光电二极管的响应度和量子效率与入射光波频率、材料的特性 及器件的结构有关。
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2．响应时间
• 响应时间是指半导体光电二极管产生的光电流随入射 光信号变化快慢的状态。 • • 一个快速响应的光电检测器，它的响应时间一定是短
• 上面讨论的响应时间是从时域角度来看的，若从频域
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3．暗电流ID
• 理想条件下，当没有光照射时，光电检测器应 无光电流输出。但是实际上由于热激励、宇宙 射线或放射性物质的激励，在无光情况下，光 电检测器仍有电流输出，这种电流称为暗电流。 • 严格地说，暗电流还应包括器件表面的漏电流。 • 由理论研究可知，暗电流将引起光接收机噪声
g g F (G) 2 2 g G
2 2
g 是每个初始电子-空穴对因雪崩效应产生二次电子空穴对的随机数
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3.3 无源光器件
3.3.1 连接器和接头 3.3.2 光耦合器 3.3.3 光隔离器与光环行器 3.3.4 光开关 3.3.5 光滤波器 3.3.6 波长转换器 3.3.7波分复用器 3.3.8 光纤光栅 3.3.9 光调制器
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1．PIN光电二极管
• PIN光电二极管能带图
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PIN光电二极管工作原理
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PIN光电二极管结构
• PIN光电二极管结构示意图
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2．APD雪崩光电二极管
• 如果能使电信号进入放大器之前，先在光电二 极管内部进行放大，这就引出了一种另外类型 的光电二极管，即雪崩光电二极管，又称APD （Avalanche Photo Diode • 它不但具有光/电转换作用，而且具有内部放大 作用，其内部放大作用是靠管子内部的雪崩倍
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• 1、作用 • 2、工作原理及结构 • 3、性能参数
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3.3.1 连接器和接头
• 光纤连接方法包括光纤熔接法、V型槽机械连接和弹性 管连接。第一种方法可产生永久性的连接，而后两种 连接方法在需要时可以将已连接的光纤拆开。 • 光纤熔接 • 作用：实现光纤与光纤之间的永久性(固定)连接，主要 用于光纤线路的构成，通常在工程现场实施。 • 连接器 • 作用：实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件， 主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输入之 间，或光纤线路与其他光无源器件之间的连接。
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2．APD雪崩光电二极管
（1 （2 • 目前光纤通信系统中，使用的雪崩光电二极管 结构型式，有保护环型和拉通（又称通达）型。 • 雪崩光电二极管随使用的材料不同有几种： Si—APD（工作在短波长区）；Ge—APD， InGaAs—APD等（工作在长波长区）。
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（1）雪崩光电二极管的雪崩倍 增效应
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APD雪崩光电二极管结构
• 雪崩光电二极管的结构和能带示意图
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雪崩光电二极管RAM-APD的场 分布
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（2）雪崩光电二极管的结构及 其工作原理
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3.2.3 光电检测器的特性
1．响应度R0和量子效率η 2．响应时间 3．暗电流ID 4．雪崩倍增因子G 5．倍增噪声和过剩噪声系数F（G）
3.2 半导体光电检测器
• 光电检测器是光纤通信系统中接收端机中的第 一个部件，由光纤传输来的光信号通过它转换 为电信号。它是利用材料的光电效应实现光电
• 目前在光纤通信系统中，常用的半导体光电检 测器有两种： • （1）PIN光电二极管 • （2）APD雪崩光电二极管
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3.2 半导体光电检测器
3.2.1 半导体的光电效应 3.2.2 光纤通信中常用的半导体光电检测器 3.2.3 光电检测器的特性
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3.2.1 半导体的光电效应
• 当光照射在某种材料制成的半导体光电二极管上时， 若有光电子—空穴对产生，显然必须满足如下关系， 即 Eg fc h hc c Eg
• λc称为截止波长，fc称为截止频率。
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3.2.2 光纤通信中常用的半导体 光电检测器 1．PIN光电二极管 2．APD雪崩光电二极管
毛细 管尺寸 小于 光纤半 径 插入 光纤 锥型 开口
弹ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 材料 插入 光纤 轴向 对准
• 上图为弹性管连接装置的剖面图。这是一种可以自动进 行横向、纵向、角度对准的独特器件。使用它连接多模 光纤可以得到和商用熔接机同一大小范围的连接损耗， 但它所需要的设备和技巧却要少得多。这种连接器件基 本上就是一根用弹性材料做成的管子。管子中心孔的尺 寸稍小于待连接的光纤。在孔的两端做成圆锥形以便于 光纤插入。当插入光纤时，光纤使孔膨胀，于是塑料材 料对光纤施加均匀的力。 29