光通讯基础知识与产品知识培训

知识是工作的导航。,版权所有，严禁扩散、违者必究,光通讯基础知识与产品知识培训,第一大部分：光通讯基础知识,光通讯基本概念,光纤,光缆,光电器件,光纤传输系统,激光器使用注意事项,光纤通信发展方向,大纲：,第二大部分：产品基础知识,TO,光电组件,光电产品的基本参数,器件发展方向,第一大部分：光通讯基础知识,一、光通讯基本概念,1、光纤通信,光纤通信是以光波为载波，以光纤（光导纤维）为传输媒体，将信号从某一点传送到另一点的通信方式。具有传输距离远（传输损耗小）、通信容量大（传输频带宽）、抗干扰性能好（不受电磁干扰）、保密性好（不产生光泄漏）、重量轻、体积小等优点。,2、光纤通信基本组成,光纤通信主要由信源、电端机、光端机、光纤和接受体构成。,3、,光纤通信发展,1960年，世界上第一台激光器研制成功；,1966年，英国华裔科学家高琨博士等人根据光波导理论，认为如果使光纤中损耗减低到20db/km以下，就可能进行光纤通信，从此开创了光纤通信的先河；,1970年，第一根低损耗光纤（20dB/Km）研制成功（美国康宁公司）；美国贝尔实验室成功研制能在室温条件下连续工作的半导体激光器；,1974年，美国贝尔实验室成功研制出损耗为1dB/Km的光纤（化学气相沉积法（MCVD）,1976年，日本电话电报公司研制出损耗更低的光纤（0.5dB/Km）；,20世纪80年代后期，光纤损耗已经降低到0.16dB/Km；,1982年我国第一条34Mb/s 光纤通信开通；,1988年；第一条跨大西洋光缆投入运营；,2002年，光纤通信单通道传输速率达到40Gb/s,DWDM传,输光通信容量达10Tb/s；,2002年后，光通信开始向最后一站用户接入网迈进。,二、光纤,1、光纤的分类,按工作波长：短波长（850nm)长波长（1310nm、1550nm）,按传输模式：多模光纤和单模光纤,按材料：石英光纤、塑料光纤等,2，光纤的拉制,3，光在光纤中的传输,光在光纤中的传输遵循光的反射与折射定律。实际上，光在纤芯中全反射曲折前行。,三、光缆,含有光纤，符合现场实际使用要求的光、机械和环境规范的缆。由光纤、加强件和外护层等组成。,光缆的分类：,按芯数分为单芯、双芯、多芯,按结构分为层绞式、骨架式、带状等,按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、室内、水下、海底等,按用途分为通信用光缆和非通信用光缆,四、光电器件,1、无源光器件,光分路器/耦合器：1xN（树型）、NxN（星型）,波分复用器：合波器和分波器、滤波器,光纤连接器：活动（FC、ST、SC等）、适配器（直通）,光开关,光衰减器：固定、可变,光隔离器：单方向传输光的器件,2、有源光器件,光源：发光二极管（LED）,激光二极管（LD）,光电检测器：PIN光电管、PIN-TIA组件,雪崩光电二极管（APD）,光纤放大器（EDFA）,五、光纤传输系统,1、光纤传输系统新技术,延长中继距离的新技术,光放大器(EDFA),外调制器(电光晶体LiNbO3),色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅),提高通信容量的新技术,时分复用技术（TDM）,波分复用技术（WDM）,2、光纤传输系统的基本框图如下,电,端,机,驱,动,光,源,光,检,测,判,决,再,生,光,源,光,检,测,放,大,电,端,机,发,送,光,发,送,机,光纤,光缆,光,中,继,器,光,接,收,机,接,收,光纤,光缆,模拟通信：信噪比和谐波失真,数字通信：误码率和相位抖动,六，,激,激光,器,器使,用,用注,意,意事,项,项,光通,信,信用,激,激光,器,器发,射,射出,对,对人,眼,眼有,害,害的,、,、肉,眼,眼看,不,不见,的,的红,外,外光,，,，如,果,果近,距,距离,正,正眼,观,观看,，,，可,能,能引,起,起人,眼,眼视,网,网膜,瞬,瞬间,的,的损,伤,伤。,因,因此,，,，在,观,观察,激,激光,束,束时,，,，千,万,万不,要,要用,肉,肉眼,直,直接,观,观察,。,。,激光,器,器表,面,面贴,有,有激,光,光辐,射,射和,方,方向,的,的“,警,警告,标,标记,”,”和,“,“窗,口,口标,记,记”,，,，如,下,下图,示,示,激光,器,器使,用,用需,注,注意,以,以下,几,几点,a）,热,热的,预,预防,激光,器,器是,一,一种,高,高功,率,率密,度,度的,热,热功,耗,耗器,件,件，,使,使用,时,时应,尽,尽量,远,远离,热,热源,，,，不,得,得在,高,高于,规,规定,的,的最,高,高工,作,作温,度,度下,使,使用,，,，否,则,则会,造,造成,其,其性,能,能和,寿,寿命,的,的快,速,速退,化,化。,器,器件,管,管角,的,的焊,接,接时,间,间有,严,严格,限,限制,（,（一,般,般不,得,得超,过,过10秒,钟,钟）,，,，焊,接,接温,度,度也,必,必须,严,严格,控,控制,在,在260,以,内,内。,b)力的,预,预防,激光器及,尾,尾纤都十,分,分脆弱，,无,无论在安,装,装或操作,时,时都必须,尽,尽量避免,过,过大的扭,绞,绞力、牵,引,引力和扭,矩,矩。尾纤,不,不要扭绞,，,，牵引力,不,不得超过500克,力（5,牛,牛顿），,其,其弯曲半,径,径不得小,于,于30mm。,c)电,的,的预防,采取静电,放,放电（ESD）防,护,护和电流,浪,浪涌防护;对激光,器,器禁止施,加,加反向电,压,压。,1、传输,速,速率达到Tb/s,的,的系统设,备,备,2、掺杂,有,有关化学,元,元素（如,铒,铒、镨等,）,）的光纤,放,放大器,3、光交,换,换机,4、密集,波,波分复用,（,（DWDM）设备,5、适用,于,于长距离,、,、高速率,、,、能承受,较,较高光功,率,率密度的,新,新型光纤,（,（如非零,色,色散位移,光,光纤-G.655,光,光纤、无,水,水吸收峰,光,光纤-全,波,波光纤等,）,）,6、集成,光,光学器件,及,及其它光,通,通信元器,件,件,7、能兼,容,容不同速,率,率、协议,和,和制式的,全,全光网络,技,技术等,七、光纤,通,通信发展,方,方向,第二大部,分,分：产品,基,基础知识,一、TO,1、LDTO,LD TO主要材,料,料为TO,帽,帽、TO,座,座、LD,芯,芯片、背,光,光PD芯,片,片等。,1.1LD TO帽,最常用的,有,有普通球,帽,帽、2.0大球帽,、,、非球帽,。,。透镜材,料,料为BK7、SF6、SF8等，帽,桶,桶材料为KOVER。,普通球帽,的,的耦合效,率,率大概在10%左,右,右，焦距,在,在6.3mm左右,；,；大球帽,的,的耦合效,率,率大概在15%左,右,右，焦距,在,在6.5mm左右,；,；非球帽,的,的耦合效,率,率大概在35%左,右,右，目前,常,常用的焦,距,距为7.5mm。,普通球帽,和,和2.0,大,大球帽除,了,了一个透,镜,镜为1.5一个,透,透镜为2.0一,点,点不同之,处,处外，其,他,他尺寸基,本,本相同。,所,所以这两,种,种TO帽,在,在外观上,不,不好区分,。,。,普通球帽,透,透镜并非,标,标准的圆,形,形，如图,所,所示：,非球透镜,帽,帽的结构,如,如下图所,示,示：,非球透镜TO的耦,合,合效率是,最,最高的，,但,但是我们,平,平常用的,最,最多的7.5焦距,非,非球透镜,却,却不是耦,合,合效率最,高,高的一种,。,。,非球TO,的,的耦合效,率,率和TO,帽,帽的关系,曲,曲线如图,：,：,由此看出,非,非球TO,的,的最大理,论,论耦合效,率,率-2.5dB（56%）,，,，此时TO的焦距,约,约为f=1.27,（,（LD芯,片,片距TO,底,底座位置,）,）+3.97-2.27（,透,透镜尺寸,）,）+0.8(L1)+6（L2）=9.77mm。,1.2LD TO座,最常见的LD TO底座为,肖,肖特的TO56底,座,座。下边,为,为肖特一,款,款TO56座的外,形,形图：,1.3LD芯片,根据芯片,性,性能，LD芯片分,为,为FP和DFB。,FP腔半,导,导体激光,器,器是利用,两,两个端面,对,对光进行,集,集中反馈,。,。,DFB激,光,光器是内,含,含布拉格,光,光栅来实,现,现光的反,馈,馈的，因,为,为内含布,拉,拉格光栅,选,选择工作,波,波长，所,以,以DFB,激,激光器的,谐,谐振器损,耗,耗就有明,显,显的波长,依,依存性。,所,所以DFB的单色,性,性和稳定,性,性优于FP。,两种芯片,的,的光谱特,性,性如下,1.4,背,背光PD芯,片,片,背光PD有PIN200和PIN300,。,。根据,受,受光面,积,积和PD芯片,的,的粘贴,位,位置来,决,决定LD TO的背,光,光电流,大,大小。,2，PD TO,PDTO主,要,要材料,为,为TO,帽,帽、TO座、PD芯,片,片、TIA、,陶,陶瓷电,路,路板和,电,电容。,为,为提高,灵,灵敏度,，,，防止,串,串扰，TO封,装,装要求,：,：1，PIN,尽,尽可能,靠,靠近IC。2,，,，打线,尽,尽可能,短,短。,2.1PDTO,帽,帽,探测器,的,的帽子,越,越高，,焦,焦点越,近,近，灵,敏,敏度越,高,高。最,常,常用的,几,几款PD TO帽的,帽,帽高为2.9mm、3.2mm和3.5mm等,。,。,同时，PD芯,片,片的陶,瓷,瓷垫片,的,的高度,也,也可以,调,调节PD的焦,距,距。陶,瓷,瓷垫片,有,有0.25mm、0.4mm、0.5mm等。,目前我,们,们使用,的,的帽高2.9,的,的PDTO,如,如图所,示,示。,2.2PD,芯,芯片,探测器,芯,芯片分PIN,和,和APD。,对于PIN，,光,光敏面,越,越大耦,合,合时越,好,好找光,，,，但光,敏,敏面越,大,大带宽,越,越窄。,目,目前155M,和,和622M的PD光,敏,敏面为,75,、,、80，1.25G的PD光敏,面,面为55、,60,。,。,APD,为,为雪崩,二,二极管,，,，是利,用,用光生,载,载流子,的,的雪崩,效,效应使,反,反向结,电,电流产,生,生倍增,。,。,2.3TIA,TIA,是,是将探,测,测器芯,片,片产生,的,的光电,流,流进行,差,差分放,大,大输出,的,的作用,。,。如图,所,所示。,2.4PDTO,座,座,最常见,的,的PDTO,底,底座为,肖,肖特的TO46底座,。,。下边,为,为肖特,一,一款TO46,座,座的外,形,形图：,二，光,电,电组件,目前的,光,光组件,的,的有TOSA,、,、ROSA、BOSA、Triplexer、,蝶,蝶形封,装,装光组,件,件等。,TOSA内部,结,结构图,ROSA内部,结,结构图,BOSA内部,结,结构图,Triplexer,内,内部结,构,构图,蝶形封,装,装内部,结,结构图,三，光,电,电产品,的,的基本,参,参数,1，激,光,光器件,的,的最大,额,额定值,1.1 储,存,存温度（Tstg）,器件不工作,状,状态下的最,高,高环境温度,。,。,1.2 工,作,作温度（Top）,器件工作状,态,态下的最大,管,管壳温度。,1.3 正,向,向电流（If）,可以施加到,器,器件上不引,起,起器件损坏,的,的最大连续,正,正向电流。,1.4 反,向,向电压（Vr）,可以施加到,器,器件上不引,起,起器件损坏,的,的最大反向,电,电压。,1.5 背,光,光PD反向,电,电压（Vd,）,）,可以施加到,背,背光PD上,不,不引起器件,损,损坏的最大,反,反向电压。,2，激光器,的,的光电特性,参,参数,2.1 正,向,向电压（Vf）,当正向驱动,电,电流为一确,定,定值时对应,激,激光二极管,的,的正向电压,。,。,2.2 阈,值,值电流（Ith）,激光二极管,开,开始产生震,荡,荡的正向电,流,流。,2.3 输,出,出光功率（P0）,规定调制电,流,流下激光器,输,输出的光功,率,率。,2.4 峰,值,值波长（p）,在规定的输,出,出光功率时,，,，光谱内最,大,大