光纖通訊基本元件及基本知識(shí)

1、2013-5-1編輯課件1光纖通訊基本元件及基本知識(shí)光纖通訊基本元件及基本知識(shí)目錄簡(jiǎn)要目錄簡(jiǎn)要 光連接器 光耦合器件 光隔離器 光環(huán)形器 光衰減器 光纖通信常用單位2013-5-1編輯課件2一、光連接器件一、光連接器件 光纖連接器件的作用是一根光纖中的光最大限度地傳到另一光纖中，或光信號(hào)在不同光纖之間耦合傳遞。 廣義上連接器分為兩種類型： 可拆卸型連接器。它被設(shè)計(jì)成可被連接，必要時(shí)又可拆開。 永久型連接器。它被一次型連接使用，不能在拆開后重復(fù)使用。 連接器的組成部分：連接器插頭、光纜跳線、轉(zhuǎn)換器、變換器、裸光纖連接器。2013-5-1編輯課件3制作光纖連接器的光纖要求 纖芯直徑:單模 9um

2、0.5,多模50 1um. 纖芯不圓度:小于0.5um 包層直徑:125um 2um 包層不圓度 小于2% 同軸度:小于1um 抗拉強(qiáng)度:大于0.5kg2013-5-1編輯課件4光纖的基本類型2013-5-1編輯課件52013-5-1編輯課件6精密套管結(jié)構(gòu)連接器簡(jiǎn)圖 光纖套管插針粘結(jié)劑 活動(dòng)連接器的基本結(jié)構(gòu)(1)2013-5-1編輯課件7活動(dòng)連接器的基本結(jié)構(gòu)(2) 雙錐形結(jié)構(gòu) V形槽結(jié)構(gòu)2013-5-1編輯課件8活動(dòng)連接器的基本結(jié)構(gòu)(3) 球透鏡耦合與自聚焦透鏡耦合2013-5-1編輯課件9活動(dòng)連接器的核心部件2013-5-1編輯課件102013-5-1編輯課件112013-5-1編輯課件12

3、2013-5-1編輯課件13連接器的品種、型號(hào)（1）1. FC系列連接器 FC型連接器是一種鏍紋連接，外部零件采用金屬材料制作的連接器。2013-5-1編輯課件14FC型連接器的插頭、轉(zhuǎn)換器和內(nèi)部結(jié)構(gòu)型連接器的插頭、轉(zhuǎn)換器和內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接器的品種、型號(hào)（1）2013-5-1編輯課件152. SC系列連接器 SC型連接器采用插拔連接，外殼使用工程塑料制作、矩形結(jié)構(gòu)，便于密集安裝，可以制成多芯連接器。SC型插頭型插頭SC型轉(zhuǎn)換器型轉(zhuǎn)換器連接器的品種、型號(hào)（2）2013-5-1編輯課件163. ST型連接器 ST型連接器采用帶鍵的卡口式鎖緊機(jī)構(gòu)。ST型連接器的插頭與轉(zhuǎn)換器型連接器的插頭與轉(zhuǎn)換器連接器的

4、品種、型號(hào)（3）2013-5-1編輯課件174. 不同型號(hào)插頭相互連接的轉(zhuǎn)換器（法蘭盤） FC/SC，F(xiàn)C/ST，SC/ST5. 不同種類的變換器 SCFC，STFC，F(xiàn)CSC，F(xiàn)CST，SCST，STSC6. 各種裸光纖轉(zhuǎn)接器連接器的品種、型號(hào)（4）2013-5-1編輯課件18連接頭端面類型Ferrule + Flange Insertion Loss(插入損耗) 40dB SPC45dB UPC50dB APC60dB2013-5-1編輯課件19光在光纖中的衰減2013-5-1編輯課件20光衰減中的規(guī)律2013-5-1編輯課件21連接器的主要指標(biāo)連接器的主要指標(biāo):插入損耗基準(zhǔn)法： （國(guó)家標(biāo)

5、準(zhǔn)）替代法： （國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）跳線插入損耗測(cè)試)(log10dBPPIinoutL2013-5-1編輯課件22連接器的主要指標(biāo)2.回波損耗 在光纖連接處，后向反射光相對(duì)于輸入光的比率的分貝數(shù)。3. 重復(fù)性和互換性重復(fù)性是指同一對(duì)插頭，在同一只轉(zhuǎn)換器中多次插拔之后，其插入損耗的變化范圍。插拔次數(shù)一般取5次?；Q性是指不同插頭之間?；蛘卟煌B接器任意置換之后，其插入損耗的變化范圍，性能一致性。)(log10dBPPRinreflectL2013-5-1編輯課件23光纖連接器一般性能光纖連接器一般性能 1 . 04050PC型型陶瓷陶瓷-40+80陶瓷陶瓷-20+70不銹鋼不銹鋼工作溫度工作溫度/C不銹

6、鋼不銹鋼壽命（插拔次數(shù)）壽命（插拔次數(shù)）3540FC型型反射損耗反射損耗/dB互換性互換性/dB重復(fù)性重復(fù)性/dB0.20.3插入損耗插入損耗/dB性能性能型號(hào)或材料型號(hào)或材料項(xiàng)目項(xiàng)目3101 . 04102013-5-1編輯課件24纖芯錯(cuò)位損耗影響連接損耗的因素 光纖連接時(shí)，由于光纖纖芯直徑、數(shù)值孔徑、折射率分布的差異以及橫向錯(cuò)位、角度傾斜、端面間隙、端面形狀、端面光潔度等因素的影響，都會(huì)產(chǎn)生連接損耗。1. 纖芯錯(cuò)位損耗2013-5-1編輯課件252013-5-1編輯課件26光纖傾斜損耗2)/(log10dLdeIaVV)879. 2619. 165. 0(62/3其中（2） 光纖傾斜損耗

7、對(duì)單模光纖當(dāng)錯(cuò)位損耗取0.1DB，并假定a=5um,則橫向錯(cuò)位d=0.72um.對(duì)于單模光纖橫向錯(cuò)位小于0.8um2013-5-1編輯課件272013-5-1編輯課件2822)/(log10neIL（3） 光纖端面間隙損耗)41log(10KaZILZ其中Z是端面間隙，K=n1/n2。當(dāng)端面間隙控制在1um以內(nèi)損耗小于0.006db，可以忽略。（4） 光纖端面多次反射（Snell反射）引起的損耗42)1(16log10KKILf光纖端面間隙損耗光纖端面間隙損耗對(duì)于要求傾斜損耗小于0.1DB，則單模光纖的傾斜角度應(yīng)小于0。3度。生產(chǎn)中小于0。1度其中k=n1/n0,n0為空氣折射率，取n0=1,

8、n1=1.46計(jì)算得到Ilf=0.32db2013-5-1編輯課件29（5） 纖芯（或模場(chǎng)）尺寸失配引起的連接損耗（6）數(shù)值孔徑失配引起的連接損耗21221)(41logLaI212)log(10NANAILNANA1NA2NA1NA20LNAI失配引起的連接損耗失配引起的連接損耗aVV)879.2619.165.0(62/3其中2013-5-1編輯課件30其他原因引起的損耗 光纖端面不平滑，會(huì)導(dǎo)致散射損耗 光纖端面與軸線不垂直，會(huì)產(chǎn)生連接損耗。 上述的各種因素不僅影響插入損耗，也同時(shí)影響著連接器件的重復(fù)性和互換性。因此各種因素的改善，也會(huì)提高重復(fù)性和互換性指標(biāo)。2013-5-1編輯課件31改

9、進(jìn)回波損耗的方法 平面接觸 球面接觸 斜球面接觸Return Loss(回波損耗) PC40dB SPC45dB UPC50dB APC60dB2013-5-1編輯課件32光纖連接器的測(cè)試方法 基準(zhǔn)法 替代法 跳線插入損耗測(cè)試 重復(fù)性 互換性 回波損耗測(cè)試2013-5-1編輯課件33連接器的發(fā)展方向（1） 1、進(jìn)一步提高性能指標(biāo) 插入損耗和回波損耗是今后有待改善的主要指標(biāo)。 插入損耗目前是0.1dB 到0.5dB之間，平均為0.3dB, 逐步到平均值0.1dB,變化范圍小至0.2dB. 采用加工精度，增加一致性和互換性 采用鍍膜工藝提高回波損耗2013-5-1編輯課件34連接器的發(fā)展方向（2）

10、 2、發(fā)展帶狀光纜連接器 多芯帶狀連接器，4芯、8芯、10芯等 日本可達(dá)到1000芯帶狀光纜連接器 3、發(fā)展多功能的連接器 現(xiàn)已有外形與FC、SC、ST型轉(zhuǎn)換器一樣的固定衰減器 外形和各種變換器一樣的固定衰減器 外型與FC型轉(zhuǎn)換器一樣內(nèi)部有接收和發(fā)光芯片的光電器件2013-5-1編輯課件35連接器的發(fā)展方向（3） 預(yù)期會(huì)產(chǎn)生下面器件： 裝有光發(fā)光模塊和光接收模塊的各種型號(hào)的轉(zhuǎn)換器 再插針端面，鍍各種模組成不同功能的插頭 再插針端面生成微透鏡，使出射光變成平行光 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部裝有光隔離器、調(diào)制器的光集成器件 將激光器陳列芯片和接收器件陣列芯片與帶狀光纜連接集成在一起。2013-5-1編輯課件36光

11、纖固定連接 制作固定接頭的方法有：熔接法、V形槽法、毛細(xì)管法、套管法。 熔接法最普遍，是光通信中光纖固定連接的主要方法。 插入損耗小、后向反射光為零。 加熱和熔化的方法有三種： 電弧熔接；采用電極高壓放電的方法加熱光纖，使之熔融連接。電弧放電和光纖對(duì)準(zhǔn)已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)。 氫焰熔接；用于一些特殊場(chǎng)合，如海底光纜熔接，接頭強(qiáng)度高，但火焰的控制較為困難。 激光熔接；CO2激光加熱熔接光纖。加熱環(huán)境非常潔凈，接頭強(qiáng)度高，但設(shè)備昂貴。2013-5-1編輯課件37三種熔接方式圖2013-5-1編輯課件38其它固定連接方法 V形槽法，毛細(xì)管法和套管法；適合野外作業(yè)，搶修等。插入損耗小、有一定后向反射光，操作

12、簡(jiǎn)單、小巧。2013-5-1編輯課件39光纖熔接機(jī) 光纖熔接機(jī)結(jié)構(gòu)： 光纖準(zhǔn)直和夾緊機(jī)構(gòu) 光纖對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)：可達(dá)0.01微米 電弧放電結(jié)構(gòu) 放電和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制機(jī)構(gòu) 光纖熔接機(jī)熔接光纖過程2013-5-1編輯課件40作業(yè) 如何測(cè)量連接器的插入損耗和回波損耗？ 寫成小論文的形式，按學(xué)術(shù)論文的書寫格式。（必做） 降低光纖熔接損耗的措施有哪些？（2，3選一） 簡(jiǎn)述光纖熔接機(jī)纖芯直視原理？ （ 2，3選一）2013-5-1編輯課件41二、光耦合器件二、光耦合器件 主要功能再分配光信號(hào) 重要應(yīng)用在光纖網(wǎng)絡(luò) 尤其是應(yīng)用在局域網(wǎng) 在波分復(fù)用器件上應(yīng)用2013-5-1編輯課件42光耦合器件分類光耦合器件分類 光耦

13、合器（Coupler）是一類能使傳輸中的光信號(hào)在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生耦合，并進(jìn)行再分配的器件。從端口形式上劃分，它包括X型(22)耦合器、Y形（12）耦合器、星形（NN，N2）耦合器以及樹形耦合器等。2013-5-1編輯課件43光纖耦合器基本原理（1） 按工作原理分：光纖型、微光學(xué)機(jī)械型、波導(dǎo)型。從性能和價(jià)格考慮，光纖型為最好。 下面介紹光纖型耦合器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。把兩根或多根光纖排列，用熔融拉錐技術(shù)制作。在熔接區(qū)，光纖變細(xì)，相互靠近，發(fā)生了耦合。由于常規(guī)單模光纖中大約有20的光是靠包層傳輸?shù)?，光纖變細(xì)就有更多的能量分布于芯線外，加之光纖相互靠近，于是在耦合區(qū)就發(fā)生了不同程度的耦合。耦合

14、區(qū)2013-5-1編輯課件44 根據(jù)耦合模理論，耦合器的振幅傳輸特性可以用下式表示Ei1Ei2Eo1Eo22121)cos()sin()sin()cos(iiliooEEllilileEE傳輸矩陣光纖耦合器的傳輸特性（1）2013-5-1編輯課件45 式中，l是耦合區(qū)長(zhǎng)度，光波傳輸常數(shù)，是耦合系數(shù)，與耦合區(qū)寬度、纖芯折射率有關(guān)。由上式可得耦合器的功率傳輸矩陣)(sin)(cos221211llTT光纖耦合器的傳輸特性（2）2013-5-1編輯課件46 光纖耦合器的傳輸特性（3）2013-5-1編輯課件47 光纖耦合器的傳輸特性（4）2013-5-1編輯課件481. 插入損耗（Insertion

15、 Loss） 插入損耗定義為指定輸出端口的光功率相對(duì)于全部輸入光功率的減少值。)(log10dBPPILioii2. 附加損耗（Excess Loss） 附加損耗定義為所有輸出端口的光功率總和相對(duì)于全部輸入光功率的減小值。)(log10dBPPELioi光耦合器的技術(shù)參數(shù)(1)2013-5-1編輯課件49 附加損耗是體現(xiàn)器件制造工藝質(zhì)量的指標(biāo)，反映器件制作過程帶來的固有損耗；而插入損耗表示各個(gè)輸出端口的輸出功率狀況，不僅有固有損耗的因素，更考慮了分光比的影響。3. 分光比（Coupling Ratio） 分光比是耦合器各輸出端口的輸出功率與輸入功率的比值。%100ooiPPCR光耦合器的技術(shù)參

16、數(shù)(2)Pi1PiNPo1PoNPotPit2013-5-1編輯課件50 4. 方向性（Directivity） 在耦合器正常工作時(shí)，輸入一側(cè)非注入光的一端的輸出光功率與全部注入光功率的比較值。5均勻性（uniformity)在器件的工作帶寬內(nèi)，各輸出端口輸出光功率的變大變化量。用來衡量均分器件的“不均勻程度“的參數(shù)。光耦合器的技術(shù)參數(shù)(3)Pi1PiNPo1PoN2013-5-1編輯課件51 6. 偏振相關(guān)損耗（Polarization dependent loss） 衡量器件性能對(duì)于傳輸光信號(hào)的偏振態(tài)的敏感程度的參量，俗稱偏振靈敏度。指當(dāng)傳輸光信號(hào)的偏振態(tài)發(fā)生360度變化時(shí)，器件個(gè)輸出端口

17、光功率的最大變化量。7. 隔離度（Isolation)是指光纖耦合器件的某一光路對(duì)其他光路中的光信號(hào)隔離能力。最大應(yīng)用是用于反映WDM器件對(duì)不同波長(zhǎng)信號(hào)的分離能力。光耦合器的技術(shù)參數(shù)(4)2013-5-1編輯課件52m-40+70-40+70工作溫度工作溫度/C11.250.82.0穩(wěn)定性穩(wěn)定性/dB4055方向性方向性/dB044 78 88 111232 32 17193.45.6/1.810.8/0.7插入損耗插入損耗/dB分路比分路比 0.5/0.5 0.3/0.7 0.1/0.91.31或或1.551.31或或1.55工作波長(zhǎng)工作波長(zhǎng)/nn星型星型22型型耦合器耦合器 光纖耦合器的一

18、般特性光纖耦合器的一般特性2013-5-1編輯課件531.侵蝕法 2.研磨法3. 熔融拉錐法 熔融拉錐法是將兩根（或兩根以上）除去涂覆層的光纖以一定方式靠攏，在高溫下熔融，同時(shí)向兩側(cè)拉伸，最終在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法。光耦合器的制作方法2013-5-1編輯課件54熔融拉錐系統(tǒng)示意圖熔融拉錐系統(tǒng)示意圖熔融拉錐系統(tǒng)2013-5-1編輯課件55樹形耦合器拼接示意圖樹形耦合器拼接示意圖2013-5-1編輯課件56耦合器的應(yīng)用舉例 光纖干涉儀： Michelson，Mach-Zehnder, F-P ，sagnac 等 光纖分路器 光纖LOOP反射鏡2013-5

19、-1編輯課件57寬帶耦合器（1） 用上述方法制作的耦合器，一般工作在某單一的波長(zhǎng)范圍，整個(gè)帶寬在20nm以內(nèi)，但由于當(dāng)前光纖通信中采用的1310nm或1550nm半導(dǎo)體激光器，一般都有30nm的波長(zhǎng)偏差。所用元器件的工作帶寬提出了越來越高的要求。 出現(xiàn)了單窗口寬帶耦合器、雙窗口寬帶耦合器。2013-5-1編輯課件58寬帶耦合器2013-5-1編輯課件59寬帶耦合器2013-5-1編輯課件60 兩光纖的傳播常數(shù)不相等時(shí)，則光纖間的最大耦合功率F小于1。因此，只要適當(dāng)調(diào)整A、A的相對(duì)大小，就可做成任意分光比的寬帶耦合器。2013-5-1編輯課件61寬帶耦合器（2） 對(duì)兩根相同光纖中的一根進(jìn)行預(yù)腐蝕

20、或預(yù)拉伸，造成傳播常數(shù)的偏差，然后，再同未進(jìn)行處理的另一根光纖镕融拉錐成寬帶耦合器。 可實(shí)現(xiàn)任意分束比，制作工序繁瑣。 直接采用結(jié)構(gòu)參數(shù)存在差異的商用光纖，通常是外徑相同，纖芯直徑有差異，但只適用于分束比較為固定的情況。2013-5-1編輯課件62寬帶耦合器的分束比特性2013-5-1編輯課件63寬帶耦合器（3） 目前通信領(lǐng)域的寬帶耦合器的一般要求是1310nm,1550nm雙窗口，每個(gè)窗口帶寬50nm，分束比的變化不大于5%。這樣器件實(shí)際上可以應(yīng)用在1260到1600nm的整個(gè)范圍，分束比的變化不大于10%。2013-5-1編輯課件64光耦合器發(fā)展前景（1） 隨著光纖通信，光纖傳感技術(shù)，光纖

21、CATV，局域網(wǎng)，光纖用戶網(wǎng)及用戶接入網(wǎng)，精密測(cè)量等的迅速發(fā)展，對(duì)光耦合器的需求會(huì)進(jìn)一步增大。例如在德國(guó)Deutshe Telecom公司的OPAL94工程(FTTC型式)中，50萬用戶共用1萬只耦合器，乎均每50戶需要一個(gè)耦合器。預(yù)期全球光纖用戶網(wǎng)的用戶將超過2.31億。2013-5-1編輯課件65光耦合器發(fā)展前景（2） 偏振保持光纖耦合器。 在迅速膨脹的光藕合器市場(chǎng)中，多路數(shù)的樹形及星形耦合器將變得越來越重要. 器件性能寬帶化，因?yàn)榧夹g(shù)成本的逐漸降低和工程上的需要，將成為對(duì)下一代光鍋臺(tái)器的基本要求.熔融拉錐型和波導(dǎo)型耦合器都可以做成寬帶，但從批量生產(chǎn)的角度、從寬帶樹形和星形耦合器的角度來看

22、，波導(dǎo)型器件將具有優(yōu)勢(shì)。 2013-5-1編輯課件66光耦合器發(fā)展前景（3） 綜上所述，未來的光耦合器將是寬帶的、集成化的(包括無源集成和與有源器件的集成)、低損耗、易接入的器件。還應(yīng)根據(jù)需要，實(shí)現(xiàn)多路數(shù)(例如6464或更多)、小型化等.但從現(xiàn)狀分析，達(dá)到這一步所需的時(shí)間，不僅取決于耦合器制作技術(shù)本身，很大程度上，還要有其他技術(shù)的發(fā)展帶來的現(xiàn)實(shí)需求等外部條件。 總之 ， 光 耦 合 器經(jīng)歷了多年的發(fā)展，己具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，并且在新經(jīng)濟(jì)的刺激下，還有很大的發(fā)展?jié)摿Γ梢韵嘈殴怦詈掀鲿?huì)在將來的光網(wǎng)絡(luò)中起到越來越重要的作用。2013-5-1編輯課件67作業(yè) 光耦合器的制作方法有哪幾種？ 推導(dǎo)光纖LOO

23、P反射鏡的輸出方程.2013-5-1編輯課件68三、光隔離器三、光隔離器 光隔離器的作用是使光信號(hào)從輸入光纖進(jìn)入時(shí)，可以暢通無阻地通過，從隔離器的輸出端輸出，損耗很小；而光信號(hào)從相反方向進(jìn)入隔離器，損耗非常大，光信號(hào)被衰減，在光纖輸入端沒有光信號(hào)輸出。 光隔離器可分為偏振相關(guān)和偏振無關(guān)兩種。光隔離器中使用的光學(xué)元件1. 光纖準(zhǔn)直器 自聚焦透鏡2013-5-1編輯課件692. 法拉第旋轉(zhuǎn)器（Farady Rotator） 法拉第磁致旋光效應(yīng)：在外加磁場(chǎng)B作用下，某些原本各向同性的介質(zhì)變成旋光性物質(zhì)，偏振光通過該物質(zhì)時(shí)其偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。(1) 對(duì)于給定的磁光材料，光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度與光在該物質(zhì)中通

24、過的距離L和磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，VLBV是材料的特性常數(shù)，稱韋爾代常數(shù)，單位是：分/特斯拉米。(2) 磁致旋光不可逆性。當(dāng)光傳播方向平行于磁場(chǎng)時(shí)，若法拉第效應(yīng)表現(xiàn)為左旋，則當(dāng)光線逆反時(shí)，法拉第效應(yīng)表現(xiàn)為右旋。法拉第旋轉(zhuǎn)器法拉第旋轉(zhuǎn)器2013-5-1編輯課件703 偏振器（Polarizer）雙折射晶體（偏振分束器）單軸晶體如方解石、金紅石釩酸釔、鈮酸鋰等楔形雙折射晶體偏振分束器楔形雙折射晶體偏振分束器偏振器（Polarizer）2013-5-1編輯課件71偏振器-薄膜起偏分束器（SWP）2013-5-1編輯課件72偏振器-線柵起偏器2013-5-1編輯課件73偏振器-玻璃起偏器2013-5-1編

25、輯課件74特種光纖 磁敏光纖：在光纖制作過程中摻雜稀土元素（如Tb,65元素,念Te 鋱)得到，在外加磁場(chǎng)作用下由良好的透光性和法拉第旋光性。 擴(kuò)束光纖：在SiO2光纖中GeO2摻雜劑所含的Ge原子會(huì)因熱處理而發(fā)生擴(kuò)散，形成擴(kuò)束光纖，其折射率分布沿光纖軸心而變化，所以模場(chǎng)直徑也隨之而變2013-5-1編輯課件751. 偏振相關(guān)型光隔離器光隔離器的結(jié)構(gòu)和工作原理2013-5-1編輯課件76偏振無關(guān)型光隔離器 2013-5-1編輯課件77偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)二偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)二2013-5-1編輯課件78偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)三偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)三偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)偏振無關(guān)型光隔離

26、器結(jié)構(gòu)2013-5-1編輯課件79光隔離器的技術(shù)參數(shù)1. 插入損耗（1.0dB）2. 反向隔離度（35dB） 表征隔離器對(duì)反向傳輸光的衰減能力。ioPPILlog10RiRoRPPILlog10光隔離器的技術(shù)參數(shù)（1）2013-5-1編輯課件803. 回波損耗（50dB） 在隔離器輸入端測(cè)得的返回光功率與輸入光功率的比值。4. 偏振相關(guān)損耗（PDL）（0.2dB）是指當(dāng)輸入光偏振態(tài)發(fā)生變化而其他參數(shù)不變時(shí)，器件插入損耗的最大變化量，是衡量器件插入損耗受偏振態(tài)影響程度的指標(biāo)。5. 30dB隔離度帶寬（20nm）要求光隔離器能覆蓋一定的工作波長(zhǎng)范圍，以滿足系統(tǒng)正常工作的要求。iRiPPRLlog1

27、0光隔離器的技術(shù)參數(shù)（2）2013-5-1編輯課件81光隔離器的技術(shù)參數(shù)（3） 6、偏振模色散PMD是指通過器件的信號(hào)光不同偏振態(tài)之間的相位延遲。 在光無源器件中，不同偏振態(tài)具有不同的傳播軌跡和不同的傳播速度，產(chǎn)生相應(yīng)的偏振模色散。 在高速光通信系統(tǒng)中，所有色散的累積將引起相位增大和波形扭曲，限制了可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。2013-5-1編輯課件82光隔離器的品種 光通信用隔離器的品種很多，按期內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為塊狀型、光纖型和波導(dǎo)型（采用沉積、光刻、擴(kuò)散等波導(dǎo)工藝，制成磁光波導(dǎo)）。 按照外部結(jié)構(gòu)分：尾纖型、連接器端口型和微型化型（用于半導(dǎo)體激光器及其他器件中）2013-5-1編輯課件83隔離器的型號(hào)、規(guī)格

28、 型號(hào)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各廠家通常以PI表示偏振無關(guān)；PS或PD表示偏振靈敏；MO表示微型化空間；FI表示在線式或空間光隔離器； 如：PIFI表示在線式偏振無關(guān)光隔離器； MOFI表示微型空間化光隔離器 按插入損耗和隔離度等主要性能分為:優(yōu)級(jí)、A級(jí)、B級(jí)2013-5-1編輯課件84光隔離器的主要技術(shù)指標(biāo) 插入損耗35dB; 30dB帶寬20nm; PDL50dB; 另外一般采用金屬化封裝來提高性能。2013-5-1編輯課件85光隔離器的應(yīng)用激光器（LD） 目前激光器單縱模輸出已達(dá)數(shù)十mW,回波引起光譜展寬，必須加入在激光器中加入光隔離器。光纖放大器 在長(zhǎng)距離光通信系統(tǒng)中，加入隔離器使光纖放大器工

29、作穩(wěn)定。光纖CATV網(wǎng) 在光纖CATV網(wǎng)中傳播多路信號(hào)的時(shí)候，使用高穩(wěn)定性的DFB激光器，光器件上還必須裝上光隔離器，以保證反射信號(hào)得到足夠的衰減。 相干光通信 相干光通信中要求其光譜寬度在1MHZ以下，頻率飄移在10MHZ以下，否則系統(tǒng)無法正常工作。加入隔離器，以防止反射光干擾光源的正常的工作。其他 ：用于光纖傳感器 2013-5-1編輯課件86光隔離器的發(fā)展方向 主要發(fā)展發(fā)向： 高性能偏振無關(guān)在線型光隔離器； 高性能偏振靈敏微型化光隔離器； 多功能光隔離器；光隔離器也向著高性能、微型化、集成化、多功能、低價(jià)格方向發(fā)展。 附加功能、雙波功能、多路分波功能等，如帶光隔離器的光纖準(zhǔn)直器、雙波光隔

30、離器、WDM組件、耦合器組件、隔離器WDM耦合器組件； 2013-5-1編輯課件87四、光環(huán)行器 環(huán)行器除了有多個(gè)端口外，其工作原理與隔離器隔離器類似。 典型的環(huán)行器環(huán)行器一般有三個(gè)或四個(gè)端口。 在三端口環(huán)行器中，端口1輸入的光信號(hào)在端口2輸出，端口2輸入的光信號(hào)在端口3輸出，端口3輸入的光信號(hào)由端口1輸出。 光環(huán)行器光環(huán)行器主要用于光分插復(fù)用器光分插復(fù)用器中。 2013-5-1編輯課件88 光環(huán)行器 (a) 三端口； (b) 四端口 132(a)(b)1324光環(huán)行器2013-5-1編輯課件89 按照用戶要求對(duì)光信號(hào)進(jìn)行預(yù)期的衰減 用途： 光通信線路、系統(tǒng)評(píng)估、研究 光通信線路、系統(tǒng)調(diào)整、校

31、正 在波分復(fù)用光纖網(wǎng)絡(luò)中用來調(diào)整各信道信號(hào)的強(qiáng)弱 測(cè)試儀器的光功率衰減 光放大器的功率平坦 模擬光纖長(zhǎng)距離傳輸 檢測(cè)傳輸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。 五、光衰減器2013-5-1編輯課件90按工作原理分按工作原理分:位移光衰減器位移光衰減器 ：橫向位移型耦合器、縱向位：橫向位移型耦合器、縱向位移型耦合器移型耦合器直接鍍膜光衰減器（吸收膜、反射膜）直接鍍膜光衰減器（吸收膜、反射膜）衰減片型衰減器衰減片型衰減器液晶光衰減器液晶光衰減器光衰減器類型2013-5-1編輯課件91橫向位移型光衰減器（1）橫向位移型橫向位移型d特點(diǎn)特點(diǎn)僅用于固定衰減器僅用于固定衰減器回波損耗大，偏振無關(guān)回波損耗大，偏振無關(guān)體器件體器件

32、2013-5-1編輯課件92橫向位移型光衰減器（2）模場(chǎng)分布為第二個(gè)光纖端面模場(chǎng)分布為2013-5-1編輯課件93橫向位移型光衰減器（3） 橫向耦合效率可通過交疊場(chǎng)積分來表示，間距忽略不計(jì)：則得到橫向錯(cuò)位后的損耗為2013-5-1編輯課件94橫向位移型光衰減器（3）2013-5-1編輯課件95橫向位移型光衰減器（3） 根據(jù)以上原理。可以通過控制橫向位移的方法，實(shí)現(xiàn)不同損耗的的橫向位移參數(shù)，并通過一定的機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)，得到需要的光衰減器。 位移的移動(dòng)范圍決定了不作為可變光衰減器，僅作為固定光衰減器，并用熔接法或粘接法。 回波損耗很高，大于60dB.2013-5-1編輯課件96縱向位移型光衰減器（1

33、）縱向位移型縱向位移型特點(diǎn)特點(diǎn)用于固定衰減器和一些小型可調(diào)光衰減器用于固定衰減器和一些小型可調(diào)光衰減器偏振無關(guān)偏振無關(guān)體器件體器件2013-5-1編輯課件97縱向位移型光衰減器（2）2013-5-1編輯課件98縱向位移型光衰減器（3） S-Ls曲線2013-5-1編輯課件99縱向位移型光衰減器（4）轉(zhuǎn)換式光衰減器和變換式光衰減器2013-5-1編輯課件100直接鍍膜型光衰減器(1)2013-5-1編輯課件101光衰減片型(1) 衰減片型光衰減器直接將具有吸收特性的衰減片，固定在光纖的端面上或光路中，達(dá)到衰減光信號(hào)的目的。此種方法不僅可以用來制作固定光衰減器，也可用來制作可變光衰減器。具體制作方

34、法是通過機(jī)械裝置，將衰減片直接固定于準(zhǔn)直光路中，當(dāng)光信號(hào)經(jīng)過四分之一節(jié)距自聚焦透鏡準(zhǔn)直后，通過衰減片時(shí)，光能量即被衰減，再被第二個(gè)自聚焦透鏡聚焦耙合進(jìn)光纖中。使用不同衰減量的衰減片，就可得到相應(yīng)衰減值的光衰減器。2013-5-1編輯課件102光衰減片型（2）特點(diǎn)特點(diǎn)不具備連續(xù)可變的衰減特性不具備連續(xù)可變的衰減特性體器件體器件準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直鏡衰減片盤衰減片盤衰減片衰減片2013-5-1編輯課件103光衰減片型(3) 衰減片常采用的材料有：紅外有色光學(xué)玻璃、晶體、光學(xué)薄膜。濾光片及其它無機(jī)和有機(jī)材料。但因?yàn)楣馑p器有光學(xué)穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性及體積、成本等諳多因素的要求。所以一般常被選作衰減元

35、件的材料為有色玻璃和濾光片。2013-5-1編輯課件104光衰減片型(4) 如果選用吸收型薄膜濾光片的方法來制作光衰減器，則常將中性密度濾光片用作衰減片。該濾光片光譜區(qū)域放寬，從理論上來說，它對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)衰減強(qiáng)度幾乎都是一樣的，因此可獲得寬帶寬的衰減器。2013-5-1編輯課件105光衰減片型(5) 雙輪式可變光衰減器(步進(jìn)式） 每個(gè)衰減圓盤L分別裝有0dB、5dB、l 0dB、15dB 20 dB、25dB六個(gè)衰減片，通過旋轉(zhuǎn)這兩個(gè)圓盤，使兩個(gè)圓盤上的不同衰減片相互組合，即可獲得5、10、15、20、25、30、35、40、45、50dB等十檔衰減量。衰減片可以采用鍍膜或吸收型玻璃片來

36、制作。2013-5-1編輯課件106光衰減片型(5) 連續(xù)可變光衰減器 它的衰減元件部分做了相應(yīng)的變化，它由一個(gè)步進(jìn)衰圓甩和一片連續(xù)變化的衰減片組合而成，步進(jìn)衰減片的衰減量為0、10、20、30、40、50dB六檔，連續(xù)變化衰減片的衰減量為0一15dB。因此總的衰減量調(diào)節(jié)范圍為：0一65dB。這樣，通過粗俏和細(xì)檔的共同作用即可達(dá)到連續(xù)衰減光能量的目的。2013-5-1編輯課件107光衰減片型(6) 連續(xù)衰減片是采用真空鍍膜方法，在圓形光學(xué)玻璃片上鍍制金屬吸收膜而制成的。采用特殊的專用扇形裝置來覆蓋玻璃基片，由于這種專用覆蓋裝置可連續(xù)均勻地改變其張角，所以，可以使 蒸籠出來的膜層厚度逐漸均勻變化

37、因而可以達(dá)到使衰減器連續(xù)變化的目的。2013-5-1編輯課件108平移式光衰減器 這種濾光片的制作方法同扇形漸變?yōu)V光片相似，只需將其覆蓋裝置做相應(yīng)改變，即可使其光學(xué)密度隨濾光片平移的方向呈線性變化。這樣，當(dāng)垂直于光路平移濾光片時(shí)，就可以調(diào)節(jié)光衰減器的衰減量。2013-5-1編輯課件109智能型機(jī)械式光衰減器 智能型衰減器通過電路控制電動(dòng)齒輪，帶動(dòng)平移濾光片，再將數(shù)據(jù)編碼盤檢測(cè)到的實(shí)際衰減量反饋信號(hào)，反饋到電路中進(jìn)行修正，從而達(dá)到自 動(dòng)驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)檢測(cè)和顯示光衰減量的目的。2013-5-1編輯課件110液晶型光衰減器(1)2013-5-1編輯課件111液晶型光衰減器(2) 從光纖入射的光信號(hào)經(jīng)自聚

38、焦透鏡后成為平行入射光，該平行光被分束元件P1分為偏振面相互垂直的兩束偏振光。光和e光，經(jīng)過不加任何電壓的液晶元件時(shí)，兩束偏振光同時(shí)旋轉(zhuǎn)90。，旋轉(zhuǎn)后的偏振光再被另一個(gè)與Pl光軸成90的分束元件P2合為一束平行光，由第二只自聚焦透鏡精合進(jìn)光纖。 當(dāng)液晶的兩個(gè)電極加上一定的電壓后，液晶晶向的扭向排列便產(chǎn)生一定角度的偏轉(zhuǎn)，使得通過液晶的部分。o光和e光，發(fā)生偏振面的旋轉(zhuǎn)。其中，偏振方向旋轉(zhuǎn)90度的那部分。o光和e光，被分束元件P1 匯合成一束平行光出射，面其余的偏振光則不能被匯合，并以一定的 角度射出光路.2013-5-1編輯課件112光衰減器的性能及測(cè)試 光通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì)光衰減器性能的要求是

39、：插入損耗低、回波損耗高、分辨率線性度和重復(fù)性好、衰減量可調(diào)范圍大、衰減精度高、器件體積小、環(huán)境性能好。其中，分辨率線性度取決于衰減元件的持性和所采用的讀數(shù)顯示方式及機(jī)械調(diào)整結(jié)構(gòu)重復(fù)性也取決于所采用的讀數(shù)顯示方式及機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)。 衰減量和插入損耗2013-5-1編輯課件113光衰減器的性能及測(cè)試 衰減量和插入損耗是光衰減器的重要技術(shù)指標(biāo).固定光衰減器的衰減量指標(biāo)實(shí)際上就是其插入損耗，而可變光衰減器除了衰減量外，還有單獨(dú)的插入損耗指標(biāo)要求。高質(zhì)量可變光衰減器的插入損耗在1.0dB以下。一般情況廠，普通可變光衰減器的該項(xiàng)指標(biāo)小于0.3dB即可使用。2013-5-1編輯課件114光衰減器的性能及測(cè)試

40、 光衰減器的插入損耗主要來源于光纖準(zhǔn)直器的插入損耗和衰減單元的透過率精度及耦合工藝，其中的工藝重點(diǎn)在光纖準(zhǔn)直器的制作上，如果光纖和自聚焦透鏡及兩個(gè)光纖準(zhǔn)直器間藕合得很好的話，則可以使整個(gè)光衰減器的插入損耗大大降低。 光纖和自聚焦(GRIN)透鏡的耦合 對(duì)光纖準(zhǔn)直器之間的耦合2013-5-1編輯課件115衰減量和插入損耗的測(cè)試2013-5-1編輯課件116測(cè)試儀表-光功率計(jì)(Optical Power Meter)主要材料有Si或Ge或InGaAs三種.用來測(cè)試光的功率,以dBm或mW表示.2013-5-1編輯課件117測(cè)試儀表-光源(Optical Light Source)提供測(cè)試用的參考光

41、源,分為L(zhǎng)ED,LD(FP,DFB).一般LD光源強(qiáng)度為-4dBm -10dBm 之間.LED強(qiáng)度為-20dBm -30dBm 之間.2013-5-1編輯課件118光衰減器的衰減精度 光衰減器的衰減精度是光衰減器的重要指標(biāo)之一，通常機(jī)械式光衰減器的衰減精度為其衰減量的土0.1倍。 衰減片式光衰減器的衰減量取決于金屬蒸發(fā)薄膜層的透過率和均勻性。由布拉格定律可知，透過率取決于吸收材料的內(nèi)透射率和它的厚度.2013-5-1編輯課件119回波損耗 在光器件參數(shù)中影響系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)是回波損耗(RL)。回返光對(duì)通信系統(tǒng)的影響是眾所周知的。它會(huì)引起激光器相對(duì)強(qiáng)度噪聲、非線性凋瞅及激射漂移等，使通信系

42、統(tǒng)性能惡化。 光衰減器的回波損耗是指入射到光衰減器中的光能量和衰減器中沿入射光路反射出的光能量之比。高性能光衰減器的回波損耗在40dB以上。2013-5-1編輯課件120回波損耗 回波損耗由各元件和空氣折射串失配造成的反射引起。通常平面元件引起的回波損耗在14dB左右，通過足夠的抗反射膜和恰當(dāng)?shù)男泵鎾伖饧把b配工藝，整個(gè)器件的回波損耗可達(dá)到50dB以上。在軸對(duì)稱的情況下，如果元件的界面采用傾角的斜面，則反射光將以一定的角度偏析出入射光路。因此，要提高回波損耗，在設(shè)計(jì)時(shí)必須在各元件的表面鍍制抗反射膜，采用斜面透鏡，并將各光學(xué)元件斜置或進(jìn)行折射率匹配。2013-5-1編輯課件121回波損耗-衰減元件引起的回波損耗 采用將光學(xué)衰減元件傾斜于光軸放置的方法，那么單個(gè)光學(xué)元件與空氣界面處的回波損耗為：2013-5-1編輯課件122回波損耗-衰減元件引起的回波損耗 如果采用折射率匹配的方法，同樣也