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      光電子器件在光纖通信中的應用

      光電子器件在光纖通信中的應用

      • 分類:新聞資訊
      • 作者:
      • 來源:搜狐新聞
      • 發布時間:2022-07-19
      • 訪問量:

      【概要描述】2020年3月3日,科技部等5部門印發《加強“從0到1”基礎研究工作方案》,提到國家科技計劃突出支持關鍵核心技術中的重大科學問題。重點支持人工智能、網絡協同制造、3D打印和激光制造、重點基礎材料、先進電子材料、結構與功能材料、制造技術與關鍵部件、云計算和大數據、高性能計算、寬帶通信和新型網絡、地球觀測與導航、光電子器件及集成、生物育種、高端醫療器械、集成電路和微波器件、重大科學儀器設備等重大領域,推動關鍵核心技術突破。

      光電子器件在光纖通信中的應用

      【概要描述】2020年3月3日,科技部等5部門印發《加強“從0到1”基礎研究工作方案》,提到國家科技計劃突出支持關鍵核心技術中的重大科學問題。重點支持人工智能、網絡協同制造、3D打印和激光制造、重點基礎材料、先進電子材料、結構與功能材料、制造技術與關鍵部件、云計算和大數據、高性能計算、寬帶通信和新型網絡、地球觀測與導航、光電子器件及集成、生物育種、高端醫療器械、集成電路和微波器件、重大科學儀器設備等重大領域,推動關鍵核心技術突破。

      • 分類:新聞資訊
      • 作者:
      • 來源:搜狐新聞
      • 發布時間:2022-07-19
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        2020年3月3日,科技部等5部門印發《加強“從0到1”基礎研究工作方案》,提到國家科技計劃突出支持關鍵核心技術中的重大科學問題。重點支持人工智能、網絡協同制造、3D打印和激光制造、重點基礎材料、先進電子材料、結構與功能材料、制造技術與關鍵部件、云計算和大數據、高性能計算、寬帶通信和新型網絡、地球觀測與導航、光電子器件及集成、生物育種、高端醫療器械、集成電路和微波器件、重大科學儀器設備等重大領域,推動關鍵核心技術突破。

        光電子器件是什么?為何如此重要?下文為您詳細介紹。

        1、5G對光纖通信提出更高要求

        在20世紀80年代中期,數字光纖通信的速率已達到144Mb/s,可傳送1980路電話,超過同軸電纜載波。于是,光纖通信作為主流被大量采用,在傳輸干線上全面取代電纜。

        尤其是李克強總理在2015年政府工作報告中提到發展智慧城市,制定“互聯網+”行動計劃,全面推進“三網”融合,加快建設光纖網絡以來,我國的光纖通信更是達到了蓬勃發展的高度,光纖通信已成為中國通信的主要手段。

        2019年6月,工信部向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放5G商用牌照。正式開啟了5G商用元年模式。

        5G是一場關于光纖基礎設施的競爭,在光通信產業中,光纖光纜是5G產業的第一受益者。5G將要求更密集的基站,基站術將是4G的4-5倍,帶寬約10倍,光纖光纜需求2-3倍以上,光模塊數千萬只。

        但我國在高端器件與芯片的國產化方面仍存在挑戰,5G建設對于國內企業高速率芯片和低成本光模塊研發提出更高要求。

        2019年6月12日“2019中國光網絡研討會”上,工信部通信科技委常務副主任、中國電信科技委主任、中國光網絡研討會主席韋樂平表示,光通信成為電信網發展的速率和成本的瓶頸,光器件是瓶頸的瓶頸,而光芯片是瓶頸的立方,占設備成本大頭的光域成本不受摩爾定律恩惠,硅光子技術是根本性突破方向。

        2、光纖通信簡介

        光纖通信是以光波作為信息載體,以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。一個完整的光纖通信系統除了必須具備傳輸主體和光纖,還需要配備各種光學元件及光電子器件,只有充分發揮出各種光電子器件的功能作用,才能保障光線通信系統的正常穩定運行,不斷提高人們的網絡通信質量和效率。

        當前,光線通信系統的構成主要包括了三部分,分別是光發送、光傳輸以及光接收。在光纖通信系統中,廣泛應用的元器件可以劃分為兩種類型,一種是無源元器件,另一種是有緣元器件。無源元器件主要包括了光耦合器、光衰減器、光隔離器以及光濾波器等,而有源元器件則包括了光源、光檢測器以及放大器等。

        3、光纖系統中的光電子器件

        3.1光發送器

        在光發送器中配備了驅動器、光源和調制器等器件,其核心功能是把所需要傳輸的數據、視頻以及語音等信號,通過電端機加到調制器上從而有效產生調制好的光信號,同時將光信號耦合到光纖中去。

        (1)光源的選擇

        在選擇光源時應該充分地考慮到諸如光纖的尺寸、失真、衰減等各種客觀因素的影響,盡量滿足光源峰值波長處于低損耗范圍,目前三個低損耗窗口分別是850nm、1310nm、1550nm。常用的光源有兩類,一類是半導體激光器,另一類是發光二極管,它們顯著的特點是體積小、使用靈活,能夠實現載流子的成功注入,幫助工作人員控制發送器的實際輸出功率。激光二極管又被人們簡稱為LD,其在有緣層的包裹材料使用中,同時涵蓋了低折射率和寬帶隙兩方面內容。LD不但能夠實現對注入有緣區域電信號的有效限制,將其控制在規范區域內進行輸出作業,還能夠有效產生波導現象。

        (2)光調制器

        光調制器是指將光信號的一個或多個特征參量按被傳送信息的特征變化,以實現信息檢測傳送目的的一類器件。調制器是根據電光效應制成,根據調制方式與光源的關系來分有內調制和外調制兩種

        目前常用的調制器有馬赫-曾德爾調制器、LiNbO2外調制器、多量子阱分布反饋激光器,外調制大多采用多量子阱分布反饋激光器,它可以輸出大功率激光,功率-電流線性關系好,能夠穩定溫度變化,AIGalnAs量子阱激光器的特征溫度可達150K,因而在光纖通信中至關重要。

        3.2全波光纖

        光纖作為光纖通信中必不可缺的無源器件,其顯著特征就是具有巨大寬帶,被廣泛的應用在網絡通信領域中。在光纖通信市場上,為了有效適應更長距離以及更大容量WDM系統的要求,技術人員開發研制除了一種具有大面積的光纖,該種光纖能夠承受較大的光功率,并且還能夠有效解決非線性問題。為了最大程度挖掘出光纖寬帶的潛力,開始通過使用超純光纖制造技術研制出寬帶為1.28-1.65nm的全波光纖,該光纖具有較大的通信容量,能夠滿足現代網絡光帶用戶的各種數據傳輸要求。

        3.3光接收機

        光接收機主要由光電檢測器和光放大器組成,用于接收光信號,它的輸出特性反映出整個光纖通信系統的綜合性能。IBM2017年運用CMOS光子學技術研發出傳輸速率達60Gbit/s的光接收機,具有9dB/mw靈敏度的功耗,適合高帶寬連接、高吞吐量要求的云計算、數據中心等應用。

        (1)光電檢測器

        光電檢測器將光信號轉換成電信號,其性能對光電系統的性能影響很大。常用的有PIN型光電二極管和APD雪崩光電二極管。光電倍增管能夠探測微弱光輻射的特性,放大倍率很高,具備探測單光子的能力。光電檢測器件將朝著高精度、小型、快速、非接觸等方向發展。

        (2)光放大器

        光放大器主要包括了半導體光放大器以及各種摻雜的光纖放大器,比如常見的非線性光放大器、摻鐠光纖放大器機氟化物摻鉺光纖發達器等。半導體光放大器可以劃分為兩種類型,一種是行波放大器,另一種是F-P諧振放大器。當前在光纖通信市場上普遍應用的是行波放大器。通過改變半導體材料的構成成分,能夠有效在1300-1600nm的一個特定波長范圍內獲得信號增益。

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