光有源器件是光纖通信重要的核心器件之一，受到人們普遍的重視和關(guān)注。目前光纖通信領(lǐng)域應(yīng)用的光有源器件主要有光源[量子阱激光器(QWLD)],垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEI.),量子點(diǎn)激光器[(QDI,D)、多波長(zhǎng)激光器等]，光探測(cè)器[光電子二極管(PD)、雪崩光電二極管(APD)等]，光調(diào)制器[妮酸銼(LiNb03)調(diào)制器、半導(dǎo)體調(diào)制器、聚合物調(diào)制器、微機(jī)械光調(diào)制器等]，光放大器[半導(dǎo)體光放大器(SOA)、摻餌光纖放大器(EDFA)、光纖拉曼放大器(RFA)、摻餌光波導(dǎo)放大器(EDWA)等]，波長(zhǎng)變換器[光電光(OEO)波長(zhǎng)變換器、全光波長(zhǎng)變換器(AOWC)]，光電收發(fā)模塊，光再生器(2R,3R)等。

　　光有源器件的研究與開發(fā)本來是一個(gè)最為活躍的領(lǐng)域，在集成器件，垂直腔面發(fā)射激光器，窄帶響應(yīng)可調(diào)諧集成光子探測(cè)器，基于硅基的異質(zhì)材料的多量子阱器件與集成等方面有著重大的成就。

　　但由于前幾年已取得輝煌的成果，所以當(dāng)今的活動(dòng)空間已大大縮小。超晶格結(jié)構(gòu)材料與量子阱器件，目前已完全成熟，而且可以大批量生產(chǎn)，已完全商品化，如多量子阱激光器(MQW-LD，MQW-DFBLD)。

　　目前光有源器件已在下列幾方面取得重大成就：

　　1.集成器件

　　這里主要指光電集成(OEIC)已開始商品化，如分布反饋激光器(DFB-LD)與電吸收調(diào)制器(EAMD)的集成，即DFB-EA，已開始商品化；其它發(fā)射器件的集成，如DFB-LD、MQW-LD分別與MESFET或HBT或HEMT的集成；接收器件的集成主要是PIN、金屬、半導(dǎo)體、金屬探測(cè)器分別與MESFET或HBT或HEMT的前置放大電路的集成。雖然這些集成都已獲得成功，但還沒有商品化。

　　2.垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)

　　由于便于集成和高密度應(yīng)用，垂直腔面發(fā)射激光器受到廣泛重視。這種結(jié)構(gòu)的器件已在短波長(zhǎng)(ALGaAs/GaAs)方面取得巨大的成功，并開始商品化；在長(zhǎng)波長(zhǎng)(InGaAsF/InP)方面的研制工作早已開始進(jìn)行，目前也有少量商品?？梢詳嘌?，垂直腔面發(fā)射激光器將在接入網(wǎng)、局域網(wǎng)中發(fā)揮重大作用。

　　3.窄帶響應(yīng)可調(diào)諧集成光子探測(cè)器

　　由于DWDM光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信道間隔越來越小，甚至到0.1nm。為此，探測(cè)器的響應(yīng)譜半寬也應(yīng)基本上達(dá)到這個(gè)要求。恰好窄帶探測(cè)器有陡銳的響應(yīng)譜特性，能夠滿足這一要求。集F-P腔濾波器和光吸收有源層于一體的共振腔增強(qiáng)(RCE)型探測(cè)器能提供一個(gè)重要的全面解決方案。

　　4.基于硅基的異質(zhì)材料的多量子阱器件與集成(SiGe/Si MQW)

　　這方面的研究是一大熱點(diǎn)。眾所周知，硅(Si)、鍺(Ge)是簡(jiǎn)接帶源材料，發(fā)光效率很低，不適合作光電子器件，但是Si材料的半導(dǎo)體工藝非常成熟。于是人們?cè)O(shè)想，利用能帶剪裁工程使物質(zhì)改性，以達(dá)到在硅基基礎(chǔ)上制作光電子器件及其集成(主要是實(shí)現(xiàn)光電集成，即OEIC)的目的，這方面已取得巨大成就。在理論上有眾多的創(chuàng)新，在技術(shù)上有重大的突破，器件水平日趨完善。

　　光信號(hào)經(jīng)過光纖傳輸?shù)竭_(dá)接收端后，在接收端有一個(gè)接收光信號(hào)的元件。但是由于我們對(duì)光的認(rèn)識(shí)還沒有達(dá)到對(duì)電的認(rèn)識(shí)的程度，所以我們并不能通過對(duì)光信號(hào)的直接還原而獲得原來的信號(hào)。在他們之間還存在著一個(gè)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后再由電子線路進(jìn)行放大的過程，最后再還原成原來的信號(hào)。這一接收轉(zhuǎn)換元件稱作光檢測(cè)器，或者光電檢測(cè)器，簡(jiǎn)稱檢測(cè)器，又叫光電檢波器或者光電二極管。

　　常見的光檢測(cè)器包括：PN光電二極管、PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。

雪崩光電二極管

　　光纖通信系統(tǒng)要求光檢測(cè)器：

　　1.靈敏度高：靈敏度高表示檢測(cè)器把光功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯男矢?。在?shí)際的光接收機(jī)中，光纖傳來的信號(hào)及其微弱，有時(shí)只有1nw左右。為了得到較大的信號(hào)電流，人們希望靈敏度盡可能的高。

　　2.響應(yīng)速度快：指射入光信號(hào)后，馬上就有電信號(hào)輸出；光信號(hào)一停，電信號(hào)也停止輸出，不要延遲。這樣才能重現(xiàn)入射信號(hào)。實(shí)際上電信號(hào)完全不延遲是不可能的，但是應(yīng)該限制在一個(gè)范圍之內(nèi)。隨著光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率的不斷提高，超高速的傳輸對(duì)光電檢測(cè)器的響應(yīng)速度的要求越來越高，對(duì)其制造技術(shù)提出了更高的要求。

　　3.噪聲?。簽榱颂岣吖饫w傳輸系統(tǒng)的性能，要求系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的噪聲要求足夠小。但是對(duì)于光電檢測(cè)器要求特別嚴(yán)格，因?yàn)樗窃跇O其微弱的信號(hào)條件下工作，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)使信號(hào)噪聲比降低，影響重現(xiàn)原來的信號(hào)。

　　4.穩(wěn)定可靠：要求檢測(cè)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，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　光纖放大器是光有源器件的新秀，當(dāng)前大量應(yīng)用的是摻鉺光纖放大器（EDFA），很有應(yīng)用前景的是拉曼光纖放大器。

拉曼光纖放大器

　　光纖放大器有摻雜光纖放大器(摻稀土元素，如EDFA,PDFA,YDFA等)，非線性光纖放大器(喇曼光纖放大器(RFA)、布里淵光纖放大器(BFA)、光纖參量放大器(OPA)等)，塑料光纖放大器(POFA)，摻餌光波導(dǎo)放大器(EDWA)等之分。主要技術(shù)指標(biāo)有帶寬特性、噪聲特性、增益特性等。EDFA是最早開發(fā)，目前應(yīng)用最廣泛并且已完全商用化的光纖放大器，具有高增益、大功率、寬頻帶、低噪聲、增益特性與偏振無關(guān)、對(duì)數(shù)據(jù)速率與格式透明、插損小、多信道放大串?dāng)_低等特點(diǎn)。泵浦光波長(zhǎng)主要是980nm(三能級(jí)系統(tǒng))和1480nm(二能級(jí)系統(tǒng))，泵浦方式有同向、反向、雙向等三種基本方式；EDFA的級(jí)聯(lián)可構(gòu)成多級(jí)EDFA系統(tǒng)。普通的石英基EDFA工作波段在1535-1565nm(G波段)，一般增益可達(dá)30dB以上，增益帶寬為20^-40nm，輸出功率為+20dBm左右，噪聲系數(shù)(NF)小于5dB,EDFA可用于線路(中繼)、功率、前置,LAN等形式的放大。為了進(jìn)一步提高EDFA的性能，可以在硅(Si)基摻餌玻璃光纖中加人其它摻雜元素。例如摻鋁(Al),衫(Sm),德(Yb)、氮(N)、磷(P)、銻(Bi)等，以改善放大器的增益帶寬和平坦化特性。近期用于L帶的氟基摻餌光纖放大器(F-EDFA),蹄基摻餌光纖放大器(Te-EDFA),秘基摻餌光纖放大器(Bi-EDFA)等以及在氟化物玻璃光纖、硅酸鹽玻璃光纖、磅酸鹽玻璃光纖中摻銘(Tm)等，用于S帶的摻鐵光纖放大器(TDFA)成為光纖放大器的研究熱點(diǎn)。摻欽光纖放大器(NDFA)和摻餌光纖放大器(PDFA)可以工作在1310nm波長(zhǎng)，對(duì)提高和改進(jìn)現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)的性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。NDFA和PDFA都是以摻欽(Nd)和摻錯(cuò)(Pr)氟玻璃光纖作為放大增益介質(zhì)，但NDFA由于放大自發(fā)輻射(ASE)限制因素，不易做高增益的1310nm放大器，泵浦波長(zhǎng)795nm;PDFA放大效率低、工作不穩(wěn)定，已研制出最大增益為40dB、噪聲系數(shù)(NF)為5dB,輸出功率為+20dBm的PDFA,NDFA和PDFA的結(jié)構(gòu)性能和可靠性等還有待進(jìn)一步的改善和提高，以利于完全的商用化。喇曼光纖放大器(RFA)應(yīng)用了光纖中的喇曼效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大。

　　RFA最主要的優(yōu)點(diǎn)是噪聲系數(shù)小、全波段可放大、對(duì)溫度不敏感、在線放大等。RFA有分立式和分布式之分，以適應(yīng)不同的需求。分立式RFA主要采用拉曼增益高的特種光纖(如高摻鍺(Ge)光纖等)，長(zhǎng)度約1一2km，泵浦功率幾瓦，泵浦波長(zhǎng)1.06um激光產(chǎn)生的三級(jí)斯托克斯(Stakes)線可泵浦放大1.3t.m波長(zhǎng)的光信號(hào);1.55rlm波長(zhǎng)的光纖通信系統(tǒng)可使用1.48t.m泵浦激光。分立式RFA可產(chǎn)生40dB以上的小信號(hào)增益，飽和輸出功率+25dBm左右，作為高增益、大功率放大，主要用在需要高增益、易于控制的通信系統(tǒng)中。分布式RFA直接用傳輸光纖作為放大增益介質(zhì)，具有分布式放大、噪聲系數(shù)小、利用系統(tǒng)升級(jí)等特點(diǎn)，主要作為光纖系統(tǒng)分布式補(bǔ)償放大，可以用在遠(yuǎn)程泵浦、寬帶、遠(yuǎn)距離的1.3pm和1.55f4m光纖傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中。RFA的噪聲系數(shù)(NF)比EDFA明顯要小，分布式RFA的NF一般在0.5一1dB之間。RFA相對(duì)于EDFA在寬帶特性、增益特性、光信噪比(QSNR)和配置靈活性方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，更適合大容量、高速率和遠(yuǎn)距離的傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。另外，已出現(xiàn)RFA和EDFA相結(jié)合，構(gòu)成混合式光纖放大器(HFA)的趨勢(shì)，HFA吸收了RFA和EDFA的長(zhǎng)處，進(jìn)一步提升了光纖放大器的性能。

　　光纖激光器光纖通信中主要應(yīng)用半導(dǎo)體激光器作為光源，近年來隨著光纖及其相關(guān)技術(shù)的深人發(fā)展，光纖激光器(FI,)的研發(fā)正成為光電子技術(shù)等領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)熱點(diǎn)。光纖激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)換效率高、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、輸出光束質(zhì)量好、散熱表面大、閡值低、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)諧振腔結(jié)構(gòu)、增益介質(zhì)、輸出波長(zhǎng)、激光模式、摻雜元素、工作機(jī)制、光纖結(jié)構(gòu)等加以分類。如果以泵浦抽運(yùn)方式來分，可以分為纖芯端面泵浦（coreendpumping)(單包層結(jié)構(gòu))、包層端面泵浦(claddingendpumping)(雙包層結(jié)構(gòu))和包層側(cè)面泵浦(claddingsidepumping)(光纖結(jié)構(gòu))光纖激光器三大類。

光纖激光器

　　單包層結(jié)構(gòu)的光纖激光器是最早研究的一類光纖激光器，可以追溯到60年代。采用的增益材料有摻NdzO:的硅酸鹽系玻璃、摻欽石英光纖、摻稀土的石英光纖、氟化物玻璃光纖等，激光輸出功率在毫瓦到瓦量級(jí)，激光波長(zhǎng)在0.48^-2.7pm范圍內(nèi)。雙包層結(jié)構(gòu)光纖激光器(DCFIL)是80年代末發(fā)展起來的一類光纖激光器，是目前的研發(fā)重點(diǎn)和熱點(diǎn)。由于泵浦方式的改變，這類光纖激光器的激光輸出功率明顯提高，已能達(dá)到數(shù)瓦到近百瓦量級(jí)的輸出光功率，使用的增益光纖有摻稀土元素(如Er'十、Yb3十、Nd3+等)的石英光纖、摻稀土元素的氟化物(ZBLAN)玻璃光纖、光子晶體光纖(PCF)等。為了提高輸出功率，設(shè)計(jì)出了對(duì)稱圓形、偏心圓形、D形、矩形、六邊形、梅

　　花形等內(nèi)包層結(jié)構(gòu)，其中以長(zhǎng)方形內(nèi)包層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換效率最高。巳有餌-共摻雙包層光纖激光器輸出功率達(dá)103W、波長(zhǎng)為1565nm的報(bào)道，以及鎖模摻餌光纖激光器脈沖寬度已達(dá)3fs的報(bào)道，這些都為全光纖高速通信的實(shí)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。目前該類光纖激光器從成熟的光纖通信領(lǐng)域向工業(yè)加工、醫(yī)學(xué)、印刷業(yè)、國(guó)防等激光應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展。

　　光纖結(jié)構(gòu)光纖激光器是近年來提出的泵浦新方法，實(shí)際上它是包層端面泵浦方式的一種改進(jìn)，它從包層側(cè)面射人抽運(yùn)光，從而構(gòu)成了“任意形狀”光纖激光器概念，使千瓦級(jí)的高功率光纖激光器得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在已有輸出功率達(dá)2000W,激射波長(zhǎng)為1.060um的摻德(Yb)石英光纖激光器產(chǎn)品。包層側(cè)面泵浦也有多種方式，如V型槽側(cè)面泵浦、全拼接側(cè)面泵浦、光纖束側(cè)面泵浦等。采用光學(xué)相位陣列(OPA)技術(shù)可以得到高能的光纖脈沖激光，這種光纖激光器在激光武器系統(tǒng)、光電對(duì)抗、激光有源干擾等國(guó)防、軍事領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用，美國(guó)、德國(guó)等已有相應(yīng)的軍用高功率光纖激光器研制計(jì)劃和實(shí)施項(xiàng)目?，F(xiàn)在已研發(fā)的光纖激光器的諧振腔腔形結(jié)構(gòu)主要有法布里一拍羅(F-P)腔、環(huán)行腔、v形腔,8字形腔、?？怂挂皇访芩?Fox-Smith)腔以及一些復(fù)合腔等。光纖激光器是一類新型的激光器，光纖激光器的研究與開發(fā)將把包括光纖通信在內(nèi)的光纖及其相關(guān)技術(shù)推進(jìn)到一個(gè)新高度，與半導(dǎo)體激光相比，至少在結(jié)構(gòu)上，光纖激光器與光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)藕合匹配程度更好。

　　光纖激光器是全光纖化的光源，它將逐漸成為光纖通信領(lǐng)域重要的候選光源。此外，無諧振腔的超熒光光纖光源(SFS)、光子晶體光纖激光器(PCFL)等也是近期活躍的研究課題之一。摻餌光纖放大器(EDFA)的研發(fā)成功是80-90年代光纖通信領(lǐng)域內(nèi)一項(xiàng)重大的技術(shù)突破，具有十分重要的意義。近年來，隨著光纖放大器技術(shù)的不斷完善和發(fā)展以及與WDM技術(shù)的融合，光纖通信的長(zhǎng)（超長(zhǎng))距離、(超)大容量、(超)高速、密集波分復(fù)用(DWDM)等正成為國(guó)際上長(zhǎng)途高速光纖通信、越洋光纖通信等領(lǐng)域的主要技術(shù)發(fā)展方向。