[信息與通信]光纖通信技術(shù)ppt課件

1、第四章第四章 常用光無源器件常用光無源器件第四章 常用光無源器件 主講：施艷光器件的分類光器件的分類區(qū)別在于看二者實現(xiàn)本身功能的過程中，其內(nèi)部是否發(fā)生光電能量轉(zhuǎn)換。光器件光器件光有源器件光有源器件光無源器件光無源器件第四章 常用光無源器件 主講：施艷主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：光纖連接器光纖連接器光纖耦合器光纖耦合器波分復(fù)用波分復(fù)用/解復(fù)用器解復(fù)用器光開關(guān)光開關(guān)光隔離器與光環(huán)行器光隔離器與光環(huán)行器第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖連接器光纖連接器光纖連接器的光纖連接器的作用作用：實現(xiàn)光纖之間、：實現(xiàn)光纖之間、光纖與其它光無源器件之間、光纖與光纖與其它光無源器件之間、光纖與光端機(jī)之間的活動可拆卸連接

2、。光端機(jī)之間的活動可拆卸連接。構(gòu)造分類：構(gòu)造分類：l套管構(gòu)造套管構(gòu)造l雙錐結(jié)雙錐結(jié)lV形槽構(gòu)造形槽構(gòu)造l球面定心構(gòu)造球面定心構(gòu)造l透鏡耦合構(gòu)造透鏡耦合構(gòu)造 精細(xì)套管構(gòu)造精細(xì)套管構(gòu)造的光纖連接的光纖連接器，是目前采用器，是目前采用最為廣最為廣泛泛的連接器，的連接器，我國也多我國也多采用采用此種構(gòu)造的連接器。此種構(gòu)造的連接器。第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖連接器光纖連接器光纖連接器的種類有很多：光纖連接器的種類有很多：lFC、ST、SC、D4、雙錐、雙錐、VF0、F-SMA、MT-RJ等。等。我國電信網(wǎng)常用我國電信網(wǎng)常用的光纖連接器的類型：的光纖連接器的類型：l用得最多用得最多的是的是FC

3、系列的連接器，主要用系列的連接器，主要用于于干線系統(tǒng)干線系統(tǒng)中。中。l光纖局域網(wǎng)、光纖局域網(wǎng)、CATV和用戶網(wǎng)和用戶網(wǎng)中用的最中用的最多的是多的是SC型型的連接器。的連接器。l此外，此外，ST型連接器也有一定數(shù)量的使用。型連接器也有一定數(shù)量的使用。第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖連接器光纖連接器FC型光纖連接器型光纖連接器第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖連接器光纖連接器SC型光纖連接器型光纖連接器第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖連接器光纖連接器ST型光纖連接器型光纖連接器第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖連接器光纖連接器FC、SC、ST型光纖轉(zhuǎn)換器型光纖轉(zhuǎn)換器第四章 常用

4、光無源器件 主講：施艷光纖連接器光纖連接器LC型光纖連接器型光纖連接器第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖連接器光纖連接器MT型光纖連接器型光纖連接器第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖連接器光纖連接器MU型光纖連接器型光纖連接器第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖連接器光纖連接器第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖連接器的特性光纖連接器的特性)(lg1001dBPPAc插入損耗：光纖中的光信號通過連接器后，其輸插入損耗：光纖中的光信號通過連接器后，其輸出光功率相對輸入光功率的比率的分貝數(shù)。出光功率相對輸入光功率的比率的分貝數(shù)。回波損耗：在光纖連接處，后向反射光對輸入光回波損耗：在光纖

5、連接處，后向反射光對輸入光的比率的分貝數(shù)。的比率的分貝數(shù)。)(lg100dBPPARr重復(fù)性：光纖連接器屢次插拔后插入損耗變化的分重復(fù)性：光纖連接器屢次插拔后插入損耗變化的分貝數(shù)。貝數(shù)?；Q性：連接器各部件互換時插入損耗變化的分貝互換性：連接器各部件互換時插入損耗變化的分貝數(shù)。數(shù)。第四章 常用光無源器件 主講：施艷光耦合器光耦合器光耦合器光耦合器：是將光信號進(jìn)展：是將光信號進(jìn)展分路或分路或合路、插入、分配合路、插入、分配的一種器件。的一種器件。耦合器大多與波長無關(guān)，與波長有耦合器大多與波長無關(guān)，與波長有關(guān)的耦合器專稱為波分復(fù)用器關(guān)的耦合器專稱為波分復(fù)用器/解復(fù)解復(fù)用器。用器。第四章 常用光無源

6、器件 主講：施艷光耦合器的類型光耦合器的類型T形T形耦合器：功能是把形耦合器：功能是把一根光纖輸入的光信號一根光纖輸入的光信號按一定比列分配給兩根按一定比列分配給兩根光纖，或把兩根光纖輸光纖，或把兩根光纖輸入的光信號組合在一起，入的光信號組合在一起，輸入一根光纖。輸入一根光纖。主要用作不同分路比的主要用作不同分路比的功率分配器或功率組合功率分配器或功率組合器。器。第四章 常用光無源器件 主講：施艷光耦合器的類型光耦合器的類型定向定向耦合器：功能是定向耦合器：功能是分別取出光纖中向不分別取出光纖中向不同方向傳輸?shù)墓饩€。同方向傳輸?shù)墓饩€。可作分路器，不能用可作分路器，不能用作合路器。作合路器。第四

7、章 常用光無源器件 主講：施艷光耦合器的類型光耦合器的類型星形耦合器：功能是星形耦合器：功能是把把n根光纖輸入的光根光纖輸入的光信號組合在一起，均信號組合在一起，均勻地分配給勻地分配給m根光纖，根光纖，m和和n不一定相等。不一定相等。主要用作多端功率分主要用作多端功率分配器。配器。星形第四章 常用光無源器件 主講：施艷光耦合器的類型光耦合器的類型波分復(fù)用器波分復(fù)用器/解復(fù)用器：解復(fù)用器：波分復(fù)用器功能是把波分復(fù)用器功能是把多個不同波長的發(fā)射多個不同波長的發(fā)射機(jī)輸出的光信號組合機(jī)輸出的光信號組合在一起，輸入導(dǎo)一根在一起，輸入導(dǎo)一根光纖；解復(fù)用器是把光纖；解復(fù)用器是把一根光纖輸出的多個一根光纖輸出

8、的多個不同波長的光信號，不同波長的光信號，分配給不同的接收機(jī)。分配給不同的接收機(jī)。波分12N1+2+N第四章 常用光無源器件 主講：施艷光耦合器的根本構(gòu)造光耦合器的根本構(gòu)造比較實用和有開展前途的構(gòu)造有：比較實用和有開展前途的構(gòu)造有：光光纖型、微器件型和波導(dǎo)型纖型、微器件型和波導(dǎo)型。光纖熔融拉錐法光纖熔融拉錐法制作光纖耦合器，成制作光纖耦合器，成為當(dāng)前制作光耦合器的主要方法。為當(dāng)前制作光耦合器的主要方法。熔融拉錐機(jī)熔融拉錐機(jī)第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖耦合器光纖耦合器單模標(biāo)準(zhǔn)耦合器單模標(biāo)準(zhǔn)耦合器 SSC 1x8、1x16一次熔拉多模光纖耦合一次熔拉多模光纖耦合器器MMC第四章 常用光無

9、源器件 主講：施艷光耦合器光耦合器50GHZ光分插光分插復(fù)用器復(fù)用器1X2單模樹型單模樹型or星型耦合器星型耦合器第四章 常用光無源器件 主講：施艷光耦合器光耦合器光分路器光分路器雙向一體化分支分配器雙向一體化分支分配器第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖耦合器的特性光纖耦合器的特性插入損耗：指定輸出端口的光功率相對全部輸插入損耗：指定輸出端口的光功率相對全部輸入光功率的減少值。入光功率的減少值。)(lg10dBPinPILoutii附加損耗附加損耗：所有輸出端口的光功率總和相對于全部：所有輸出端口的光功率總和相對于全部輸入光功率的減小值。輸入光功率的減小值。)(lg10dBPPELinio

10、uti附加損耗是表達(dá)光纖耦合器制造工藝質(zhì)量的指附加損耗是表達(dá)光纖耦合器制造工藝質(zhì)量的指標(biāo)，反映器件制作過程帶來的固有損耗。標(biāo)，反映器件制作過程帶來的固有損耗。第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖耦合器的特性光纖耦合器的特性分光比：耦合器各輸出端口的輸出功率相對輸出分光比：耦合器各輸出端口的輸出功率相對輸出總功率的百分比?？偣β实陌俜直?。%100ioutioutiPPCR方向性：在耦合器正常工作時，輸入端非注入光方向性：在耦合器正常工作時，輸入端非注入光端口的輸出光功率與總注入光功率的比值。端口的輸出光功率與總注入光功率的比值。)(lg1012dBPPDLinin第四章 常用光無源器件 主講：

11、施艷光纖耦合器的特性光纖耦合器的特性均勻性：在器件的工作帶寬范圍內(nèi)，各輸出端口均勻性：在器件的工作帶寬范圍內(nèi)，各輸出端口輸出功率的最大變化量。輸出功率的最大變化量。)(lg10dBPMAXPMINFLoutout偏振相關(guān)損耗：當(dāng)傳輸光信號的偏振態(tài)發(fā)生偏振相關(guān)損耗：當(dāng)傳輸光信號的偏振態(tài)發(fā)生360變化時，器件各輸出端口輸出光功率的最大變化量。變化時，器件各輸出端口輸出光功率的最大變化量。)(lg10dBPMAXPMINPDLoutjoutyi隔離度：某一光路對其他光路中的信號的隔離能力。隔離度：某一光路對其他光路中的信號的隔離能力。)(lg10dBPPIint第四章 常用光無源器件 主講：施艷波分

12、復(fù)用波分復(fù)用/解復(fù)用器解復(fù)用器又稱為又稱為光合波器光合波器/光分波器光分波器或或光去復(fù)光去復(fù)用器用器。作用作用：波分復(fù)用器波分復(fù)用器：是把多個不同波長的是把多個不同波長的發(fā)射機(jī)輸出的光信號組合在一起，發(fā)射機(jī)輸出的光信號組合在一起，輸入導(dǎo)一根光纖。輸入導(dǎo)一根光纖。1.波分解復(fù)用器波分解復(fù)用器：是把一根光纖輸出是把一根光纖輸出的多個不同波長的光信號，分配給的多個不同波長的光信號，分配給不同的接收機(jī)。不同的接收機(jī)。第四章 常用光無源器件 主講：施艷波分復(fù)用波分復(fù)用/解復(fù)用器解復(fù)用器對波分復(fù)用對波分復(fù)用/解復(fù)用器解復(fù)用器共同的要求共同的要求是：是：l復(fù)用信道數(shù)量要足夠多復(fù)用信道數(shù)量要足夠多l(xiāng)插入損耗小

13、插入損耗小l串音衰減大串音衰減大l通帶范圍寬通帶范圍寬1.不同點不同點：波分復(fù)用器的插入損耗較：波分復(fù)用器的插入損耗較大，而波分解復(fù)用器的插入損耗較大，而波分解復(fù)用器的插入損耗較小。小。為什么？為什么？第四章 常用光無源器件 主講：施艷波分復(fù)用波分復(fù)用/解復(fù)用器分類解復(fù)用器分類光柵光柵Grating型型波導(dǎo)陣列光柵波導(dǎo)陣列光柵陣列波導(dǎo)光柵，陣列波導(dǎo)光柵，AWG，Arrayed Waveguide Grating型型光纖光柵光纖光柵Fiber Grating50GHZ光分插復(fù)用器光分插復(fù)用器1X2100GHZ光分插復(fù)用器光分插復(fù)用器3X3第四章 常用光無源器件 主講：施艷波分復(fù)用波分復(fù)用/解復(fù)用

14、器的特性解復(fù)用器的特性中心波長中心波長1、2、 n+1中心波長范圍中心波長范圍 1、 2中心波長對應(yīng)的最小插入損耗中心波長對應(yīng)的最小插入損耗L1越小越好越小越好相鄰信道之間串音耦合最大值相鄰信道之間串音耦合最大值L12越大越好越大越好偏振相關(guān)損耗偏振相關(guān)損耗第四章 常用光無源器件 主講：施艷光開關(guān)光開關(guān)作用：切換光路。對光開關(guān)的要求：串音小、消光比大、插入損耗低、轉(zhuǎn)換重復(fù)性好、開關(guān)速度快、驅(qū)動電流消、耦合性好、構(gòu)造緊湊、使用壽命長等。IOION公司的光開關(guān)板公司的光開關(guān)板 第四章 常用光無源器件 主講：施艷光開關(guān)的種類：光開關(guān)的種類：機(jī)械式光開關(guān)液晶光開關(guān)熱光效應(yīng)光開關(guān)1X1機(jī)械光開關(guān)機(jī)械光開

15、關(guān)第四章 常用光無源器件 主講：施艷微光機(jī)電系統(tǒng)光開關(guān)微光機(jī)電系統(tǒng)光開關(guān)技術(shù)成熟，但開關(guān)時間較長技術(shù)成熟，但開關(guān)時間較長第四章 常用光無源器件 主講：施艷液晶光開關(guān)液晶光開關(guān)工藝要求太高工藝要求太高第四章 常用光無源器件 主講：施艷熱光效應(yīng)光開關(guān)熱光效應(yīng)光開關(guān)體積小、本錢低、開關(guān)速度快，體積小、本錢低、開關(guān)速度快，但串音大、功耗大、散熱性能差。但串音大、功耗大、散熱性能差。第四章 常用光無源器件 主講：施艷氣泡開關(guān)氣泡開關(guān) 安捷倫公司噴墨氣泡光開關(guān)示意安捷倫公司噴墨氣泡光開關(guān)示意 第四章 常用光無源器件 主講：施艷光開關(guān)的特性參數(shù)光開關(guān)的特性參數(shù)插入損耗：越小越好插入損耗：越小越好回波損耗：越

16、大越好回波損耗：越大越好隔離度：越大越好隔離度：越大越好遠(yuǎn)端串?dāng)_：越小越好遠(yuǎn)端串?dāng)_：越小越好近端串?dāng)_：越小越好近端串?dāng)_：越小越好消光比：越大越好消光比：越大越好開關(guān)時間：越短越好開關(guān)時間：越短越好第四章 常用光無源器件 主講：施艷光隔離器與光環(huán)行器光隔離器與光環(huán)行器光隔離器光隔離器l作用作用：只允許光波往一個方向上傳輸，：只允許光波往一個方向上傳輸，阻止光波往其他方向特別是反方向傳播。阻止光波往其他方向特別是反方向傳播。l用處用處：主要在激光器或放大器的后面主要在激光器或放大器的后面，以防止反射光返回到該器件致使該器件以防止反射光返回到該器件致使該器件性能變壞。性能變壞。光環(huán)行器工作原理與隔離

17、器類似，光環(huán)行器工作原理與隔離器類似，主要用于主要用于光分插復(fù)用器光分插復(fù)用器中。中。第四章 常用光無源器件 主講：施艷光環(huán)行器的原理光環(huán)行器的原理4321432133第四章 常用光無源器件 主講：施艷光隔離器與光環(huán)行器光隔離器與光環(huán)行器C波段單級隔離器波段單級隔離器三端口光環(huán)行器三端口光環(huán)行器第四章 常用光無源器件 主講：施艷光環(huán)行器的應(yīng)用光環(huán)行器的應(yīng)用光分插復(fù)用器原理圖光分插復(fù)用器原理圖光纖光柵型波分解復(fù)用器原理圖光纖光柵型波分解復(fù)用器原理圖第四章 常用光無源器件 主講：施艷關(guān)于光柵關(guān)于光柵Grating光柵廣泛的用來將光別離為不同波長光柵廣泛的用來將光別離為不同波長的單色光。的單色光。在

18、在WDM系統(tǒng)中，系統(tǒng)中，主要用主要用在解復(fù)用器中。在解復(fù)用器中。光柵具有選頻性能光柵具有選頻性能。當(dāng)多個波長的光。當(dāng)多個波長的光射入光柵上時要發(fā)生衍射，衍射光彼射入光柵上時要發(fā)生衍射，衍射光彼此之間互相干預(yù)，結(jié)果會產(chǎn)生衍射圖此之間互相干預(yù)，結(jié)果會產(chǎn)生衍射圖樣，既得到不同方向的各級兩條紋。樣，既得到不同方向的各級兩條紋。實際上只需要調(diào)整光柵面的傾斜度即實際上只需要調(diào)整光柵面的傾斜度即可將最大光強(qiáng)調(diào)整到所需的方向，從可將最大光強(qiáng)調(diào)整到所需的方向，從而把各種波長的光波分開。而把各種波長的光波分開。第四章 常用光無源器件 主講：施艷布拉格光柵布拉格光柵Bragg Grating一般情況下，傳輸媒質(zhì)的周

19、期性微擾一般情況下，傳輸媒質(zhì)的周期性微擾可以看作是布拉格光柵；這種微擾通可以看作是布拉格光柵；這種微擾通常引起媒質(zhì)折射率周期性的變化。常引起媒質(zhì)折射率周期性的變化。用處：用處：本導(dǎo)體激光器使用布拉格光波本導(dǎo)體激光器使用布拉格光波導(dǎo)作分布反響可以獲得單頻輸出如導(dǎo)作分布反響可以獲得單頻輸出如DFB激光器；在光纖中，寫入布拉激光器；在光纖中，寫入布拉格光柵后可以用于光濾波器、光分插格光柵后可以用于光濾波器、光分插復(fù)用器和色散補償器。復(fù)用器和色散補償器。第四章 常用光無源器件 主講：施艷布拉格光柵布拉格光柵Bragg Grating個波中去。的能量可以耦合到另一為光柵周期，則一個波其中配條件：如果滿足

20、布拉格相位匹，和為傳播，其傳播長數(shù)分別設(shè)兩列波沿著同一方向22020同波長的反射光中去。播的具有相耦合到沿它的反方向傳則這個光波的能量可以：右傳播，如果滿足條件的光波從左向們假設(shè)傳播常數(shù)為在反射型濾波器中，我220000第四章 常用光無源器件 主講：施艷布拉格光柵布拉格光柵Bragg Grating。導(dǎo)或光纖的有效折射率為波為輸入光的波長，其中設(shè)effeffnn000/2，就稱作布拉格波長。這個波長，光波將發(fā)生反射，也就是說，如果002effn光全部透射。長的光才反射，其它的只有波長等于布拉格波光柵上，則同時傳輸?shù)焦饫w布拉格如果具有幾個波長的光率就會降低。離布拉格波長，其反射隨著入射光波的波長

21、偏第四章 常用光無源器件 主講：施艷光纖光柵光纖光柵Fiber Grating光纖光柵是一種非常有吸引力的全光纖器光纖光柵是一種非常有吸引力的全光纖器件，其用處非常廣泛，可以件，其用處非常廣泛，可以用作光濾波器、用作光濾波器、光分插復(fù)用器和色散補償器。光分插復(fù)用器和色散補償器。對于全光纖器件，其對于全光纖器件，其主要優(yōu)點主要優(yōu)點有：插入損有：插入損耗低，易于與光纖耦合，對偏振不敏感，耗低，易于與光纖耦合，對偏振不敏感，溫度系數(shù)低，封裝簡單，本錢也較低。溫度系數(shù)低，封裝簡單，本錢也較低?？梢苑譃榭梢苑譃槎讨芷诠饫w光柵和常周期光纖光短周期光纖光柵和常周期光纖光柵柵。短周期光纖光柵也稱為光纖布拉格光。短周期光纖光柵也稱為光纖布拉格光柵。其周期可以和光波長相比較。柵。其周期可以和光波長相比較。第四章 常用光無源器件 主講：施艷關(guān)于光纖光柵關(guān)于光纖光柵Fiber Grating光纖布拉格光柵光纖布拉格光柵FBG:Fiber Bragg Grating是一種反射型光纖光柵，光柵是一種反射型光纖光柵，光柵使正向傳輸模單模光纖中即為基模同使正向傳輸模單模光纖中即為基模同反向傳輸模之間發(fā)生耦合，光柵的波矢應(yīng)反向傳輸模之間發(fā)生耦合，光柵的波矢應(yīng)等于傳輸模波矢的等于傳輸模波矢的2倍。倍。這中光纖光柵只對在布拉格波長及其附近