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新疆光纤入户工程阐述光源的简介

发布于:2017年06月28日 来源:www.szfuhai.com
[摘要]新疆光纤入户工程阐述光源的简介 ㈠光纤传输用光源 光源是光纤传输系统中的重要器件之一。光纤传输用的光源与其它应用的光源具有完全不同的要求。其本声本身并不需要很大的功率,但要有很好的稳定性和足够的寿命。

阐述光源的简介

㈠光纤传输用光源

光源是光纤传输系统中的重要器件之一。光纤传输用的光源与其它应用的光源具有完全不同的要求。其本声本身并不需要很大的功率,但要有很好的稳定性和足够的寿命。其几何尺寸和结构型式应与光纤相匹配,并保证有足够的光功率进入光纤。为了得到好的传输效果,光源应在光纤的低损耗和低色散波长处输出。同时要求信号调制容量大,调制频率可低至音频,高至几GHz以上。根据这样的要求,能够适用于光纤传输的光源就仅限于少数体积小、价格低又易于调制的固体器件。

⒈发光二极管(LED)

发射波长为08~09μm或11~15μm的发光二极管是最简单的固体光源,在光纤传输中得到大量的应用。它可以提供足够的输出规律和中等程度的光谱宽度,可以方便地直接调制,有长的工作寿命,价格也较低廉。LED的设计要求之一是具有能够输出其辐射的结构,获得有效的外部光功率,便于与光纤耦合,产生较高的入纤功率。有两种结构型式的LED:表面发光二极管和端面发光二极管。

表面发光二极管在小面积的有源区发光,光沿着垂直于结平面的方向通过有源区上面的一个很薄的或透明的半导体层输出。小面积的有源区有利于较高电流密度的散热,把有源区作成小的圆面,直径通常为75~100μm,上面的半导体层非常薄(10~15μm),这样光纤的端面可以非常接近有源区,获得很好的耦合。散热LED很重要的问题,结温度的上升将引起输出功率的下降。异质结型比同质结型LED发光效率和输出光效率高,但散热性

能不如同质结型。

端面发光二极管是直接从暴露的有源区的一个端面输出辐射。高效率的端面发光二极管发射出来的光形成一个比较定向的光束,因此有利于把发射光耦合进光纤,特别对于小口径光纤这种方式就更优越了。由于有源层的折射率高于两侧,形成波导效应,将发射光限制于有源层内,在一个端面镀上全反射膜,而在另一个相对的端面(即输出端面)镀上抗反射膜,就会使光线比较集束的从一个端面发射出来。由于光是从十分小的端面发射出来,所以端面的有效亮度非常高,与光纤耦合时,在端面放置一个很有效的,因为器件的出光面要小于光纤的横截面积。

⒉半导体激光器(LD)

半导体激光器所发射的光谱宽度比发光二极管要窄得多,一般都小于1nm。在材料色散是限制传输带宽的主要因素时是非常优越的。激光器即使有几个模式同时振荡,在与多模光纤耦合时效率高于50%,比LED高得多。因此,与LED发出相同输出功率的激光器耦合进入光纤的光功率要比LED高15至20dB。同时,在正常的偏置条件下,其调制频率可高达1GHz以上,所以在长距离、高速率传输系统中非常适用。

㈡光源的特性

⒈光谱特性

这是光源的基本特性,通常采用光源的波长λ和光谱宽度Δλ(光功率3dB的宽度,又称为半值宽度)来表示。传输损耗和由材料色散所限制的传输速率均与光源的波长和光谱宽度有关。

⒉功率效率

对于光源的工作效率,尤其是LED,测量总的输出功率是没有实际意义的,因为不是所有加到二极管上的电功率都能转换为输出光功率,更不是所有的输出光功率都能耦合进入光纤获得实际应用。所以一般采用有用功率效率这一指标,它表示实际接收的光功率与加到二极管上的电功率之比。实际接收的光功率是与光源的结构、光纤的耦合方式有关,如表面发光二极管采用大数值孔径光纤在二极管碗口处直接耦合来提高有用功率,也就提高了有用功率效率。

耦合效率也是一个十分有用的指标,它是注入光纤的光功率与光源输出光功率之比。一般LED的耦合效率为百分之几,LD的耦合效率可达50%。另外,出纤率也是一个经常使用的指标。

⒊输出特性

光源的输出特性表示了工作电流和输出光功率(或出纤率)之间的关系。LED的输出特性在很宽的范围内具有良好的直线性,当注入电流达到一定值时,呈现饱和状态。LD的输出特性曲线出现有一个拐点,它对应于受激发光的阈值,注入电流低于阈值时,只有很低的发射输出,器件处于LED状态;当注入电流超过阈值时,开始产生受激发射,产生高功率的光输出,有一段很好的线性区。

光源的输出特性是设计光发射机时选取静态工作点、确定电信号的调制幅度的重要依据。保证光源工作在良好的线性段是保证传输系统线性的关键,尤其是对模拟信号,如视频信号的传输减小非线性时针是该很重要的。

⒋效率和调制带宽

光源的输出功率、功率效率与注入电流有关,也与光源有源层的几何尺寸、材料掺杂浓度等因素有关。光源的调制速度(直接由载有信息信号电流加以调制)也与这些因素有关。目前的工艺对于影响效率和调制速度的参数可以做适当的调节,但二者相互制约,不可能同时获得大的输出功率和高的调制速度。调制带宽对应于直接调制速度,是按照电信号的带宽定义的,也就是说,高输出的器件只能以低速率直接调制,具有较低的调制带宽。若要获得高的调制速度就必须牺牲输出功率。

工作寿命表示光源的输出功率降低至初始值一半时的工作时间。LED一般可达107,比LD的寿命长得多。㈢光源的调制与电波通讯一样,必须把信息搭载到光波上,也就是对光波进行调制。调制可以是模拟的,也可以是数字的,采用方法要根据系统要求、综合光纤传输特性、探测器特性以及光源自身特性决定。模拟方式设备简单、价格有优势,尽管其要求的高信噪比限制了其只能应用于较窄带宽和较短距离的场合。数字方式是应用于宽带长距离系统的理想方式。

对于发光二极管,改变注入电流的就可以LED的输出光功率,也就实现了光强调制。对于半导体激光器,通过改变驱动电流来进行直接调制。

常见的调制方式包括:IM(光强调制)、PCM(脉码调制)、FM(调频)、AM(调幅)、PFM(脉冲频率调制)。

五、探测器

探测器与光源一样也是光纤传输系统中的另一主要器件,与光源相反,探测器解调光信号,把光信号的变化转换为电信号的变化。对探测器的主要要求有:在工作波段上有足够的灵敏度和带宽;引入的噪声要低,工作稳定性好;结构上便于与光纤耦合及与处理电路组合等。常用的探测器有半导体光电二极管和雪崩二极管(ADP)。欢迎了解更多关于与的相关信息,欢迎前来了解咨询。