【光電子器件】常用光電子器件有哪些 光電子器件介紹

1、光有源器件

1)光檢測器

常見的光檢測器包括：PN光電二極管、PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。目前的光檢測器基本能滿足了光纖傳輸?shù)囊?，在?shí)際的光接收機(jī)中，光纖傳來的信號及其微弱，有時(shí)只有1mW左右。為了得到較大的信號電流，人們希望靈敏度盡可能的高。

光電檢測器工作時(shí)，電信號完全不延遲是不可能的，但是必須限制在一個(gè)范圍之內(nèi)，否則光電檢測器將不能工作。隨著光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率不斷提高，超高速的傳輸對光電檢測器的響應(yīng)速度的要求越來越高，對其制造技術(shù)提出了更高的要求。

由于光電檢測器是在極其微弱的信號條件下工作的，而且它又處于光接收機(jī)的最前端，如果在光電變換過程中引入的噪聲過大，則會(huì)使信噪比降低，影響重現(xiàn)原來的信號。因此，光電檢測器的噪聲要求很小。

另外，要求檢測器的主要性能盡可能不受或者少受外界溫度變化和環(huán)境變化的影響。

2)光放大器

光放大器的出現(xiàn)使得我們可以省去傳統(tǒng)的長途光纖傳輸系統(tǒng)中不可缺少的光－電－光的轉(zhuǎn)換過程，使得電路變得比較簡單，可靠性也變高。

早在1960年激光器發(fā)明不久，人們就開始了對光放大器的研究，但是真正開始實(shí)用化的研究是在1980年以后。隨著半導(dǎo)體激光器特性的改善，首先出現(xiàn)了法布里－泊羅型半導(dǎo)體激光放大器，接著開始了對行波式半導(dǎo)體激光放大器的研究。另一方面，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了光纖拉曼放大器。80年代后期，摻稀土元素的光纖放大器脫穎而出，并很快達(dá)到實(shí)用水平，應(yīng)用于越洋的長途光通信系統(tǒng)中。

目前能用于光纖通信的光放大器主要是半導(dǎo)體激光放大器和摻稀土金屬光纖放大器，特別是摻餌光纖放大器（EDFA）倍受青睞。1985年英國南安普頓大學(xué)首次研制成摻餌光纖，1989年以后摻餌光纖放大器的研究工作不斷取得重大突破。由于光纖放大器的問世，在1990年到1992年不到兩年的時(shí)間里，光纖系統(tǒng)的容量竟增加了一個(gè)數(shù)量級。而在1982年到1990年的8年時(shí)間里，光纖系統(tǒng)的容量才只增加了一個(gè)數(shù)量級。光放大器的作用和光纖傳輸容量的突飛猛進(jìn)，為光纖通信展現(xiàn)了無限廣闊的發(fā)展前景。

當(dāng)前光纖通信系統(tǒng)工作在兩個(gè)低損耗窗口：1.55mm波段和1.31mm波段。選擇不同的摻雜元素，可使放大器工作在不同窗口。

非線性的研制始于80年代，并在90年代初取得重大突破。光纖拉曼放大器是利用光纖的非線性光學(xué)效應(yīng)——受激拉曼散射效應(yīng)產(chǎn)生的增益機(jī)理而對光信號進(jìn)行放大的。其優(yōu)點(diǎn)是傳輸線路與放大線路同為光纖，因此，放大器與線路的耦合損耗小，噪聲較低，增益穩(wěn)定性較好。但由于這種光放大器需要很大的泵浦功率（數(shù)百毫瓦）和很長的光纖（數(shù)公里）。另外，光纖拉曼放大器的特性對光纖的偏振狀態(tài)十分敏感。因此，光纖拉曼放大器目前還不能用于光纖通信。

2、光無源器件

光無源器件是光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分，在光纖通信向大容量、高速率發(fā)展的今天，光無源器件顯得尤為重要。今年來，新材料、新工藝和新產(chǎn)品在不斷涌現(xiàn)，光無源器件正面臨一個(gè)迅速發(fā)展的時(shí)期。

1)光纖活動(dòng)連接器

光纖（纜）活動(dòng)連接器是實(shí)現(xiàn)光纖之間活動(dòng)連接的光無源器件，它還具有將光纖與其他無源器件、光纖與有源器件、光纖與系統(tǒng)和儀表進(jìn)行活動(dòng)連接的功能。在進(jìn)一步提高光纖活動(dòng)連接器性能的基礎(chǔ)上，使其向小型化、集成化方向發(fā)展。

光纖活動(dòng)連接器的集成化，不但增加了連接器的功能，而且更重要的是體高其它器件的密集度和可靠性，給使用者帶來極大方便。

2)固定連接器

固定連接器又稱固定接頭或接線子，它能夠把兩個(gè)光纖端面結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間的永久性連接。固定接頭的制作方法按其工作原理有熔接法、V形槽法、毛細(xì)管法、套管法等。

光纖熔接機(jī)正朝著兩個(gè)方向發(fā)展：一是向全自動(dòng)、多功能方向發(fā)展；二是向小型化、簡易化方向發(fā)展。目前普遍使用的全自動(dòng)光纖熔接機(jī)設(shè)備笨重，價(jià)格昂貴。今后這一機(jī)型會(huì)朝著提高精度、降低成本、尤其是增加連接芯數(shù)的方向發(fā)展。

同時(shí)，隨著光纖應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大及用戶不同的需要，對光纖熔接技術(shù)的要求也逐漸趨于多樣化。因此，研制小型和超小型熔接機(jī)就成為第二個(gè)發(fā)展方向。同時(shí)致力于多芯光纖熔接機(jī)和保偏光纖熔接機(jī)的研究生產(chǎn)。

3)光衰減器

光衰減器是光通信中發(fā)展最早的無源器件之一，目前已形成了固定式、步進(jìn)可調(diào)式、連續(xù)可調(diào)式及智能型光衰減器四種系列。

目前，光衰減器的市場越來越大。由于固定光衰減器具有價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、使用簡便等優(yōu)點(diǎn)，所以市場需求比可變光衰減器大一些。而可變光衰減器由于其靈活性，市場需求仍穩(wěn)步增長。

國外的光衰減器性能已達(dá)到高性能要求，目前國外的一些光學(xué)器件公司正在不斷開發(fā)各種新型光衰減器，以求獲得性能更高、體積更小、價(jià)格更適宜的實(shí)用化產(chǎn)品。

4)無源光耦合器

光耦合器的研制、開發(fā)及應(yīng)用已經(jīng)歷了近四十年，目前基本形成了以熔融拉錐型器件為主、波導(dǎo)器件逐漸發(fā)展的局面。隨著光纖通信、光纖傳感技術(shù)、光纖CATV、局域網(wǎng)、光纖用戶網(wǎng)以及用戶接入網(wǎng)等的迅速發(fā)展，對光耦合器的需求會(huì)進(jìn)一步增大。

當(dāng)前，能進(jìn)行大批量生產(chǎn)單模光纖耦合器的方法是熔融拉錐法。但是在這種方法中，由于光纖之間的耦合系數(shù)與波長有關(guān)，所以光傳輸波長發(fā)生變化時(shí)，耦合系數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，即耦合比發(fā)生變化，一般它隨波長的變化率為0.2%nm。所以寬帶化是耦合器的一個(gè)重要方向。

與此同時(shí)，為了適應(yīng)各種光纖網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量劇增的需要，一方面需要大功率的光源，另一方面在不斷增加耦合器路數(shù)的同時(shí)，進(jìn)一步降低附加損耗、減少器件體積，并提高使用的可靠性。

綜上所述，未來的光耦合器將是寬帶的、集成化的、低損耗和易接入的器件，還應(yīng)根據(jù)要實(shí)現(xiàn)多路數(shù)、小型化等。

5)光隔離器

隔離器是一種光單向傳輸?shù)姆腔ヒ灼骷鼘φ騻鬏敼饩哂休^低的插入損耗，而對反向傳輸光有很大的衰減作用。

目前，光隔離器已經(jīng)產(chǎn)生了一系列的器件，如陣列光隔離器、小型化光隔離器，還有一些隔離器與WDM、Tap、GFF等濾波器混合的器件，這些器件都已研制成功，并批量生產(chǎn)。到目前為止，自由空間型、偏振相關(guān)型隔離器應(yīng)用較多，主要用于有源器件的封裝。

從實(shí)用的角度來看，光隔離器發(fā)展的主要方向是高性能偏振無關(guān)在線型光隔離器、高性能偏振靈敏微型光隔離器以及多功能光隔離器。

6)光開關(guān)

隨著密集波分復(fù)用系統(tǒng)和全光通信網(wǎng)的使用，各結(jié)點(diǎn)上的信號交換直接在光域中完成，這就需要光開關(guān)。由于這些結(jié)點(diǎn)上進(jìn)行交換的光纖和波長數(shù)量很多，所以這種光開關(guān)應(yīng)當(dāng)是大端口數(shù)的矩陣開關(guān)。因此，光開關(guān)的矩陣化和小型化是光開關(guān)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。