光電子器件簡介

　　光電子器件（photoelectron devices）是利用電-光子轉換效應制成的各種功能器件。光電子器件是光電子技術的關鍵和核心部件，是現(xiàn)代光電技術與微電子技術的前沿研究領域，也是信息技術的重要組成部分。

　　光電子器件應用范圍廣泛，包括光通訊、光顯示、手機相機、夜視眼鏡、微光攝像機、光電瞄具、紅外探測、紅外制導、醫(yī)學探測和透視等多個領域。

　　光電子器件有哪些

　　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螅趯嶋H的光接收機中，光纖傳來的信號及其微弱，有時只有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，電信號完全不延遲是不可能的，但是必須限制在一個范圍之內，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速度的要求越來越高，對其制造技術提出了更高的要求。

　　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的最前端，如果在光電變換過程中引入的噪聲過大，則會使信噪比降低，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，但是真正開始實用化的研究是在1980年以后。隨著半導體激光器特性的改善，首先出現(xiàn)了法布里－泊羅型半導體激光放大器，接著開始了對行波式半導體激光放大器的研究。另一方面，隨著光纖技術的發(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，并很快達到實用水平，應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年不到兩年的時間里，光纖系統(tǒng)的容量竟增加了一個數(shù)量級。而在1982年到1990年的8年時間里，光纖系統(tǒng)的容量才只增加了一個數(shù)量級。光放大器的作用和光纖傳輸容量的突飛猛進，為光纖通信展現(xiàn)了無限廣闊的發(fā)展前景。

　　當前光纖通信系統(tǒng)工作在兩個低損耗窗口：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效應——受激拉曼散射效應產(chǎn)生的增益機理而對光信號進行放大的。其優(yōu)點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迅速發(fā)展的時期。

　　1）光纖活動連接器

　　光纖（纜）活動連接器是實現(xiàn)光纖之間活動連接的光無源器件，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)和儀表進行活動連接的功能。在進一步提高光纖活動連接器性能的基礎上，使其向小型化、集成化方向發(fā)展。

　　光纖活動連接器的集成化，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，它能夠把兩個光纖端面結合在一起，以實現(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、毛細管法、套管法等。

　　光纖熔接機正朝著兩個方向發(fā)展：一是向全自動、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光纖熔接機設備笨重，價格昂貴。今后這一機型會朝著提高精度、降低成本、尤其是增加連接芯數(shù)的方向發(fā)展。

　　同時，隨著光纖應用領域的擴大及用戶不同的需要，對光纖熔接技術的要求也逐漸趨于多樣化。因此，研制小型和超小型熔接機就成為第二個發(fā)展方向。同時致力于多芯光纖熔接機和保偏光纖熔接機的研究生產(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、步進可調式、連續(xù)可調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格低廉、性能穩(wěn)定、使用簡便等優(yōu)點，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到高性能要求，目前國外的一些光學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、價格更適宜的實用化產(chǎn)品。

　　4）無源光耦合器

　　光耦合器的研制、開發(fā)及應用已經(jīng)歷了近四十年，目前基本形成了以熔融拉錐型器件為主、波導器件逐漸發(fā)展的局面。隨著光纖通信、光纖傳感技術、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進一步增大。

　　當前，能進行大批量生產(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，所以光傳輸波長發(fā)生變化時，耦合系數(shù)也會發(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重要方向。

　　與此同時，為了適應各種光纖網(wǎng)絡用戶數(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，進一步降低附加損耗、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，還應根據(jù)要實現(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、偏振相關型隔離器應用較多，主要用于有源器件的封裝。

　　從實用的角度來看，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

　　隨著密集波分復用系統(tǒng)和全光通信網(wǎng)的使用，各結點上的信號交換直接在光域中完成，這就需要光開關。由于這些結點上進行交換的光纖和波長數(shù)量很多，所以這種光開關應當是大端口數(shù)的矩陣開關。因此，光開關的矩陣化和小型化是光開關發(fā)展的一個重要趨勢。