光模块基础知识培训硬件课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Optical Network Transceiver Innovator,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光模块基础知识培训硬件,光模块基础知识培训硬件,光纤通信发展史,1966,年,“,光纤之父,”,1970,1970(Kapron),之作出损耗为,20dB/km,光纤。,1977,年芝加哥第一条,45Mb/s,的商用线路。,光纤通信发展史1966年“光纤之父”,电磁波谱,1,cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm ,波長,10,G 100G 1T 10T 100T 1015 1016 1017 f(Hz),1.6,um 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0um 900 800 700 600nm,光通信使用范围,红外线,紫外线,电磁波谱1cm 1mm 100um 10um,光的基本知识,光是一种电磁波,可见光,350nm750nm,光纤通信所用的波长,800nm1600nm,光的反射、折射,全反射,光的基本知识光是一种电磁波,光的基本知识,n1,n2,n1n2,1,2,3,入射,折射,反射,视觉位置,实际位置,空气,水,光的基本知识n1n2n1 n2,n1,n2,临界角,90,0,临界角,n1,n2,全反射,入射角,=,反射角,1,2,光的基本知识n1n2n1 n2n1n2临界角900临界角,典型的数字光纤通信系统方框图,典型的数字光纤通信系统方框图,光纤通信用光器件,发光二极管（,LED,）,激光二极管（,LD,）,VECSEL FP DFB MQW,光纤通信用光器件,LED,优缺点,GaAsAl,材料，非阈值器件。,优点：,线性度好,温度特性好,价格低、寿命长、使用简单,缺点：,谱线较宽（,30-100nm,）,与光纤的耦合效率低（光纤耦合效率一般仅有,1,2,，最多不超过,10%,）,LED优缺点GaAsAl材料，非阈值器件。,激光二极管,LD,LD,发光机理,LD,的发光机理是受激发光，即利用,LD,中的谐振腔发生振荡而激发出许许多多的频率相同的光子，从而形成激光。,用半导体工艺技术在,PN,结两侧加工出两个相互平行的反射镜面，这两个反射镜面与原来的两个解理面（晶体的天然晶面）构成了谐振腔结构。当在,LD,两端加上正偏置电压时，象,LED,一样在,PN,结区域内因电子与空穴的复合而释放光子。而其中的一部分光子沿着和反射镜面相垂直的方向运动时，会受到反射镜面的反射作用在谐振腔内往复运动。只要外加正偏置电流足够大，光子的往复运动会激射出更多的、与之频率相同的光子，即发生振荡现象，从而发出激光。此之所谓受激发光。,激光二极管LDLD发光机理,LD,优缺点,优点：,发光谱线窄（,1-5nm,）,与光纤的耦合效率高,阈值器件,缺点：,温度特性的较差,线性度较差,工作寿命较短,LD优缺点优点：,LD,调制方式,两种调制方式：,外调制 光信号（无调制信号）,调制信号 调制的光信号,内调制 调制信号,LD,工作电流 调制的光信号,I,P,P,avg,P,0,P,1,Imod,m=(P1-P0)/(P1+P0),m=I,(Iavg-Ith),I=(Imod)/2,Iavg,Ith,LD调制方式两种调制方式：IPPavgP0P1ImodIav,LD,的温度特性,LD,是半导体器件，它的特性与二极管类似,温度升高，阈值电流,Ith,增大，斜效率,S,降低,为了保持输出平均光功率和消光比不变，在温度上升时要增大,IBIAS,和,IMOD,消光比,ER=10*log(P1/P0),平均光功率,PAVG=(P1+P0)/2,LD的温度特性 LD是半导体器件，它的特性与二极管类似,LD,的温度特性,LD的温度特性,常用光功率自动控制电路,VCC,Impd,Ib,VCC,VCC,通过检测背光二极管,(MD),产生的光电流,(,平均值,),来实现闭环控制。,APC,调节偏置电流来保持平均输出光功率稳定；,APC,只对偏置电流回路起作用。,APC,对调制电流无法控制，温度升高，斜效率降低，调制幅度变小，,APC,却使偏流加大，消光比就变小了。,常用光功率自动控制电路VCCImpdIbVCCVCC 通过检,稳定光功率和消光比的方法,闭环自动功率控制（,APC,）,+,补偿调制电流（热敏电阻或,MCU,查表）,开环补偿法,热敏电阻补偿,(,调制电流和偏置电流,),通过,MCU,查表精确设置调制电流和偏置电流,K,因子补偿法,“,K-,因子”补偿，是在激光器偏置电流增大的同时，按比例增大调制电流。,稳定光功率和消光比的方法闭环自动功率控制（APC）+补偿,LD,和驱动芯片接口要求,TO,型激光器安装在,PCB,边沿时，接地层要扩展到,PCB,边沿以减少管脚引线电感，过大的电感会使波形边沿速度变慢。,激光器要尽可能靠近驱动器芯片，只要接线长度小于传输波长，可以不考虑传输线的几何尺寸，减少线宽有利于减小寄生电容。,要仔细考虑高速信号电流环路，尽量减小返回路径的连接阻抗，并使高速电流环路闭合面积最小，就能减少,EMI,。,在激光器阳极处,Vcc,要有足够的旁路电容，以降低高速电流切换而产生的电源开关噪声。,LD和驱动芯片接口要求TO型激光器安装在PCB边沿时，接地层,数字系统中常用参数定义,10%,90%,50%,脉冲宽度,上升时间,下降时间,周期,振幅,数字系统中常用参数定义10%90%50%脉冲宽度上升时间下降,数字系统中常用参数定义,振幅：脉冲的高度在光纤系统中表示光功率能量。,上升时间：脉冲从最大振幅的,10%,上升到,90%,所需要的时间。,下降时间：脉冲从振幅的,90%,下降到,10%,所需要的时间。,脉冲宽度：脉冲在,50%,振幅位置的宽度，用时间表示。,周期：脉冲特定的时间，就是完成一个循环所需要的工作时间。,消光比：,1,信号光功率于,0,信号光功率的比值。,数字系统中常用参数定义振幅：脉冲的高度在光纤系统中表示光功率,光纤的结构,纤芯,包层,保护套,光纤的结构纤芯包层保护套,光纤的尺寸,外径：一般为,125,um,（一根头发平均,100,um,）,内径：单模,9um OS1,多模,50/62.5um,OM1,第一代多模光纤,OM2,第二代多模光纤,50um,OM3,万兆多模光纤,50um,125,9,50,125,62.5,125,光纤的尺寸12595012562.5125,常用连接器类型,SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack,常用连接器类型SC LC,常用连接器类型,FC Type,SC Type,SC2 Type,FDD Type,常用连接器类型FC TypeSC TypeSC2 TypeF,常用连接器类型,BICONIC Type,D4 Type,SMA 905 Type,SMA 906 Type,MINI BNC Type,常用连接器类型BICONIC TypeD4 TypeSMA,连接头端面类型,Ferrule+Flange,Insertion Loss(,插入损耗,)40dB SPC45dB,UPC50dB APC60dB,连接头端面类型Ferrule+Flange In,