淺談光纖通信有源器件與無源器件

淺談光纖通信有源器件與無源器件任課教師 學院 班級 姓名 學號 日期2016年05月18日 目錄

1

引言

1

2光有源器件

1

2.1

光有源器件簡介

1

2.2

光纖激光器

12.3光纖放大器

32.4

全光波長變換器

4

2.5光檢測器

4

3

光無源器件

5

3.1

光無源器件簡介

5

3.2

光纖活動連接器

6

3.3

跳線

6

3.4

轉(zhuǎn)換器

73.5

變換器

8

3.6光纖活動連接器的表征指標93.6.1插入損耗93.6.2回波損耗93.6.3重復性103.6.4互換性103.7光分路器103.8光衰減器123.9光隔離器143.10光開關(guān)153.11波分復用器153.12光接頭盒、光配線箱、光終端盒15結(jié)語

16參考文獻

16引言在光纖通訊行業(yè)，光纖系統(tǒng)中所用到的各種器件稱為光器件。而光器件簡單來說分為有源光器件與無源光器件兩種。有源光器件也稱光有源器件，無源光器件也稱光無源器件。光有源和無源器件都有如下產(chǎn)品：●有源光器件：定義是在光通信系統(tǒng)中能產(chǎn)生或接收光信號的器件?？梢院唵蔚恼J為有源光器件是需要接上電源才能工作的。比如：光纖收發(fā)器（"纖億通"自主生產(chǎn)），光接收機，光源，光端機，光功率計等?！駸o源光器件：定義是在光通信系統(tǒng)中不能產(chǎn)生或接收光信號的器件。可以簡單的認為無源光器件是不需要接上電源就能夠工作的。比如：光纖連接器，光纖適配器，光纖衰減器，光纖終結(jié)器，密集波分復用器（DWDM），粗波分復用器（CWDM），光纖耦合器，光開光，光纖準直器，光隔離器,平面波導光分路器（PLCS）等等。2光有源器件2.1光有源器件簡介光有源器件是\o"光纖"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.),\o"量子點激光器"量子點激光器(QDI,D)、多波長激光器等)，光探測器(光電子二極管(PD)、雪崩光電二極管(APD)等)，光\o"調(diào)制器("調(diào)制器(妮酸銼(LiNb03)調(diào)制器等。2.2光纖激光器光纖通信中主要應用半導體激光器作為\o"光源"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)一個熱點。光纖激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)換效率高、設(shè)計簡單、輸出光束質(zhì)量好、散熱表面大、閡值低、高可靠性等優(yōu)點?？梢愿鶕?jù)諧振腔結(jié)構(gòu)、增益介質(zhì)、輸出波長、激光模式、摻雜元素、工作機制、光纖結(jié)構(gòu)等加以分類。如果以泵浦抽運方式來分，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。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，激光波長在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)重點和熱點。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，已能達到數(shù)瓦到近百瓦量級的輸出光功率，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)計出了對稱圓形、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103W、波長為1565nm的報道，以及鎖模摻餌光纖激光器脈沖寬度已達3fs的報道，這些都為全光纖高速通信的實現(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、印刷業(yè)、國防等激光應用領(lǐng)域擴展。光纖結(jié)構(gòu)光纖\o"激光器"激光器是近年來提出的泵浦新方法，實際上它是包層端面泵浦方式的一種改進，它從包層側(cè)面射人抽運光，從而構(gòu)成了“任意形狀”光纖激光器概念，使千瓦級的高功率光纖激光器得以實現(xiàn)?，F(xiàn)在已有輸出功率達2000W,激射波長為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\o"光學相位"光學相位陣列(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)、光電對抗、激光有源干擾等國防、軍事領(lǐng)域有著十分重要的應用，美國、德國等已有相應的軍用高功率光纖激光器研制計劃和實施項目?，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)推進到一個新高度，與半導體激光相比，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\o"熒光光纖"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。\o"摻餌光纖放大器"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（超長)距離、(超)大容量、(超)高速、密集波分復用(DWDM)等正成為國際上長途高速光纖通信、越洋光纖通信等領(lǐng)域的主要技術(shù)發(fā)展方向。2.3光纖放大器光纖放大器有\(zhòng)o"摻雜光纖放大器"摻雜光纖放大器(摻稀土元素，如EDFA,\o"PDFA"PDFA,\o"YDFA"YDFA等)，\o"非線性光纖放大器"非線性光纖放大器(\o"喇曼光纖"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(\o"POFA"POFA)，摻餌光波導放大器(EDWA)等之分。主要技術(shù)指標有帶寬特性、\o"噪聲"噪聲特性、\o"增益"增益特性等。EDFA是最早開發(fā)，目前應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)、對數(shù)據(jù)速率與格式透明、插損小、多信道放大串擾低等特點。泵浦光波長主要是980nm(\o"三能級系統(tǒng)"三能級系統(tǒng))和1480nm(二能級系統(tǒng))，泵浦方式有同向、反向、雙向等三種基本方式;EDFA的級聯(lián)可構(gòu)成多級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)、\o"功率"功率、前置,LAN等形式的放大。為了進一步提高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。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，對提高和改進現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)的性能具有重要的現(xiàn)實意義。NDFA和PDFA都是以摻欽(Nd)和摻錯(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)應用了光纖中的喇曼效應來實現(xiàn)光信號放大。RFA最主要的優(yōu)點是噪聲系數(shù)小、全波段可放大、對溫度不敏感、在線放大等。RFA有分立式和分布式之分，以適應不同的需求。分立式RFA主要采用\o"拉曼增益"拉曼增益高的特種光纖(如高摻鍺(Ge)光纖等)，長度約1一2km，泵浦功率幾瓦，泵浦\o"波長"波長1.06um激光產(chǎn)生的三級斯托克斯(Stakes)線可泵浦放大1.3t.m波長的光信號;1.55rlm波長的光纖通信系統(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)升級等特點，主要作為光纖系統(tǒng)分布式補償放大，可以用在遠程泵浦、寬帶、遠距離的1.3pm和1.55f4m光纖傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡中。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相對于EDFA在寬帶特性、增益特性、\o"光信噪"光信噪比(QSNR)和配置靈活性方面都具有明顯的優(yōu)勢，更適合大容量、高速率和遠距離的傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡。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，HFA吸收了RFA和EDFA的長處，進一步提升了光纖放大器的性能。2.4全光波長變換器光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡的密集波分復用(DWDM)是當前光纖通信技術(shù)發(fā)展的方向之一，由于光通信波長資源的有限，全光波長變換器(AOWC)在全光網(wǎng)絡中將成為不可缺少的關(guān)鍵性器件之一。A{?WC技術(shù)可以解決光纖通信網(wǎng)絡中波長競爭、路由選擇、降低網(wǎng)絡\o"阻塞"阻塞、提高網(wǎng)絡的靈活性和利用率、擴大網(wǎng)絡容量、改善網(wǎng)絡的運行、管理和控制水平。AOWC具有變換速率快(10Gbitjs以上)、對比特率和光信號形式透明、變換范圍大、偏振不敏感、有利于避免光電轉(zhuǎn)換的“電子瓶頸”效應，可以實現(xiàn)不同光網(wǎng)絡之間的波長配匹和優(yōu)化，增強網(wǎng)絡的可靠性和生存性等特性。目前已提出了多種AOWC方案，如光波導型、半導體光放大器(SOA)型、激光器(LD)型和其它類型等，其分類見表3所示，每種方案各有不同的優(yōu)缺點。AWOC有波長變換范圍、變換效率、變換速率、消光比、信噪比、偏振敏感性等多項技術(shù)指標。從目前的變換速率來看，SOA-XPM-AOWC和SOAXGM-AOWC可達40Gbit/s，這兩種AOWC是近期的研究熱點;XAM-AOWC的變換速率在20-40Gbit/s之間;光纖型NOLM-AOWC具有Tbit/s量級的變換潛力，正受到人們的關(guān)注;而FWM-AOWC的速率在100Gbit/s以上，并且是唯一能對輸人信號進行透明變換的AOWC，具有廣闊的發(fā)展前景。2.5光檢測器光信號經(jīng)過光纖傳輸?shù)竭_接收端后，在接收端有一個接收光信號的元件。但是由于我們對光的認識還沒有達到對電的認識的程度，所以我們并不能通過對光信號的直接還原而獲得原來的信號。在他們之間還存在著一個將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，然后再由電子線路進行放大的過程，最后再還原成原來的信號。這一接收轉(zhuǎn)換元件稱作光檢測器，或者光電檢測器，簡稱檢測器，又叫光電檢波器或者光電二極管。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）。光纖通信系統(tǒng)要求光檢測器：（1）靈敏度高：靈敏度高表示檢測器把光功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯男矢?。在實際的光接收機中，光纖傳來的信號及其微弱，有時只有1nw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。（2）響應速度快：指射入光信號后，馬上就有電信號輸出；光信號一停，電信號也停止輸出，不要延遲。這樣才能重現(xiàn)入射信號。實際上電信號完全不延遲是不可能的，但是應該限制在一個范圍之內(nèi)。隨著光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率的不斷提高，超高速的傳輸對光電檢測器的響應速度的要求越來越高，對其制造技術(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)的各個組成部分的噪聲要求足夠小。但是對于光電檢測器要求特別嚴格，因為它是在極其微弱的信號條件下工作，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，則會使信號噪聲比降低，影響重現(xiàn)原來的信號。（4）穩(wěn)定可靠：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，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。3光無源器件3.1光無源器件簡介光無源器件是光纖通信設(shè)備的重要組成部分，也是其它光纖應用領(lǐng)域不可缺少的元器件。具有高回波損耗、低插入損耗、高可靠性、穩(wěn)定性、機械耐磨性和抗腐蝕性、易于操作等特點，廣泛應用于長距離通信、區(qū)域網(wǎng)絡及光纖到戶、視頻傳輸、光纖感測等等。光無源器件是光纖通信設(shè)備的重要組成部分。它是一種光學元器件，其工藝原理遵守光學的基本規(guī)律及光線理論和電磁波理論、各項技術(shù)指標、多種計算公式和各種測試方法，與纖維光學、集成光學息息相關(guān)；因此它與電無源器件有本質(zhì)的區(qū)別。在光纖有線電視中，其起著連接、分配、隔離、濾波等作用。實際上光無源器件有很多種，限于篇幅，此處僅講述常用的幾種—光分路器、光衰減器、光隔離器、連接器、跳線、光開關(guān)。3.2光纖活動連接器光纖活動連接器，俗稱活接頭，國際電信聯(lián)盟（ITU）建議將其定義為“用以穩(wěn)定地，但并不是永久地連接兩根或多根光纖的無源組件”（CCITT第VI研究組1992年3月于日內(nèi)瓦通過）。是用于光纖與光纖之間進行可拆卸（活動）連接的器件.它是把光纖的兩個端面精密對接起來，以使發(fā)射光纖輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其介入光鏈路而對系統(tǒng)造成的影響減到最小。光纖活動連接器是實現(xiàn)光纖之間活動連接的無源光器件，它還有將光纖與有源器件、光纖與其它無源器件、光纖與系統(tǒng)和儀表進行連接的功能。活動連接器伴隨著光通信的發(fā)展而發(fā)展，現(xiàn)在已形成門類齊全、品種繁多的系統(tǒng)產(chǎn)品，是光纖應用領(lǐng)域中不可缺少的、應用最廣泛的基礎(chǔ)元件之一。盡管光纖（纜）活動連接器在結(jié)構(gòu)上千差萬別，品種上多種多樣，但按其功能可以分成如下幾部分：連接器插頭、光纖跳線、轉(zhuǎn)換器、變換器等。這些部件可以單獨作為器件使用，也可以合在一起成為組件使用。實際上，一個活動連接器習慣上是指兩個連接器插頭加一個轉(zhuǎn)換器。連接器插頭使光纖在轉(zhuǎn)換器或變換器中完成插拔功能的部件稱為插頭，連接器插頭由插針體和若干外部機械結(jié)構(gòu)零件組成。兩個插頭在插入轉(zhuǎn)換器或變換器后可以實現(xiàn)光纖（纜）之間的對接；插頭的機械結(jié)構(gòu)用于對光纖進行有效的保護。插針是一個帶有微孔的精密圓柱體，其主要尺寸如下：外徑Ф2.499±0.0005mm外徑不圓度<0.0005mm微孔直徑Ф126±0.5μm微孔偏心量<1μm微孔深度4mm或10mm插針外圓柱體光潔度▽14端面曲率半徑20-60mm插針的材料有不銹鋼、全陶瓷、玻璃和塑料幾種?，F(xiàn)在市場上用得最多的是陶瓷，陶瓷材料具有極好的溫度穩(wěn)定性，耐磨性和抗腐蝕能力，但價格也較貴。塑料插頭價格便宜，但不耐用。市場上也有較多插頭在采用塑料冒充陶瓷，工程人員在購買時請注意識別。插針和光纖相結(jié)合成為插針體。插針體的制作是將選配好的光纖插入微孔中，用膠固定后，再加工其端面，插頭端面的曲率半徑對反射損耗影響很大，通常曲率半徑越小，反射損耗越大。插頭按其端面的形狀可分為3類：PC型、SPC型、APC型。PC型插頭端面曲率半徑最大，近乎平面接觸，反射損耗最低；SPC型插頭端面的曲率半徑為20mm，反射損耗可達45dB，插入損耗可以做到小于0.2dB；反射損耗最高的是APC型，它除了采用球面接觸外，還把端面加工成斜面，以使反射光反射出光纖，避免反射回光發(fā)射機。斜面的傾角越大，反射損耗越大，但插入損耗也隨之增大，一般取傾角為8o—9o，此時插入損耗約0.2dB，反射損耗可達60DB，在CATV系統(tǒng)中所有的光纖插頭端面均為APC型。要想保證插針體的質(zhì)量，光纖的幾何尺寸必須達到下列要求：光纖外徑比微孔直徑小0.0005mm；光纖纖芯的不同軸度小于0.0005mm。因此，插針和光纖以及兩者的選配對連接器插頭的質(zhì)量影響極大，也是連接器插頭質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。不同廠家的產(chǎn)品工藝水平不一樣，因而差別就很大，在實際應用中，本人也曾多次碰到一個插頭插損1dB以上的情況，而正常值一般小于0.3dB。在工程應用中，不要小看一個小小的插頭，質(zhì)量低劣的插頭對系統(tǒng)的影響是和很大的；在選購時一定要選用信譽高、知名廠家的產(chǎn)品。3.3跳線將一根光纖的兩頭都裝上插頭，稱為跳線。連接器插頭是跳線的特殊情況，即只在光纖的一頭裝有插頭。在工程及儀表應用中，大量使用著各種型號、規(guī)格的跳線，跳線中光纖兩頭的插頭可以是同一型號，也可以是不同的型號。跳線可以是單芯的，也可以是多芯的。跳線的價格主要由接頭的質(zhì)量決定。因而價格也相差較大。在選用跳線時，本著質(zhì)優(yōu)價廉去選是不錯，但一定不要買質(zhì)次價低的產(chǎn)品。3.4轉(zhuǎn)換器把光纖接頭連接在一起，從而使光纖接通的器件稱為轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器俗稱法蘭盤。在CATV系統(tǒng)中用得最多的是FC型連接器；SC型連接器因使用方便、價格低廉，可以密集安裝等優(yōu)點，應用前景也不錯，除此地外，ST型連接器也有一定數(shù)量的應用。a．FC型連接器。FC型連接器是一種用螺紋連接，外部元件采用金屬材料制作的圓形連接器。它是我國采用的主要品種，在有線電視光網(wǎng)絡系統(tǒng)中大量應用；其有較強的抗拉強度，能適應各種工程的要求。b．SC型連接器。SC型連接器外殼采用工程塑料制作，采用矩形結(jié)構(gòu)，便于密集安裝；不用螺紋連接，可以直接插拔，操作空間小。實用于高密集安裝，使用方便。c．ST型連接器。ST型連接器采用帶鍵的卡口式鎖緊結(jié)構(gòu)，確保連接時準確對中。這三種連接器雖然外觀不一樣，但核心元件——套筒是一樣的。套筒是一個加工精密的套管（有開口和不開口兩種），兩個插針在套筒中對接并保證兩根光纖的對準。其原理是：以插針的外圓柱面為基準面，插針與套筒之間為緊配合；當光纖纖芯外圓柱面的同軸度、插針的外圓柱面和端面、以及套筒的內(nèi)孔加工的非常精密時，兩根插針在套筒中對接，就實現(xiàn)了兩根光纖的對準。下面詳細講一下套筒。套筒有兩種結(jié)構(gòu)：開口套筒與不開口套筒。a．開口套筒。開口套筒在連接器中使用最普遍，其主要尺寸為：外徑：Ф3.2±0.01mm，內(nèi)徑Ф2.5±0.02mm，內(nèi)孔光潔度：▽14；彈性形變：小于0.0005mm，插針插入或拔出套筒的力：3.92-5.88N。開口套筒采用高彈性的材料，如磷青銅、鈹青銅和氧化鋯陶瓷制作，當插針插入套筒之后，套筒對插針的夾持力應保持恒定，這三種材料制作的套筒都在應用，但以鈹青銅和氧化鋯陶瓷居多。b．不開口套筒。不開口套筒在連接器中應用較少，在光纖與有源器件的連接中應用較多，其外型尺寸與開口套筒基本上一致。不同之處在于它的內(nèi)孔直徑為ф2.5+0.0005mm，即比插針的外徑大1μm；既讓插針能夠順利插入，同時間隙也不能太大，保證光纖與有源器件（如激光管、探測器）連接時，重復性、互換性達到要求的指標。上述三種型號的轉(zhuǎn)換器，只能對同型號的插頭進行連接，對不同型號插頭的連接，就需要下面三種轉(zhuǎn)換器。即：FC/SC型轉(zhuǎn)換器——用于FC與SC型插頭互連；FC/ST型轉(zhuǎn)換器——用于FC與ST型插頭互連，SC/ST型轉(zhuǎn)換器——用于SC與ST型插頭互連。市場上的法蘭盤價格高低之間相關(guān)數(shù)倍，其實講完這些，讀者也應該明白原因在何處。3.5變換器將某一種型號的插頭變換成另一型號插頭的器件叫做變換器，該器件由兩部分組成，其中一半為某一型號的轉(zhuǎn)換器，另一半為其它型號的插頭。使用時將某一型號的插頭插入同型號的轉(zhuǎn)換器中，就變成其它型號的插頭了。在實際工程應用中，往往會遇到這種情況，即手頭上有某種型號的插頭，而儀表或系統(tǒng)中是另一型號的轉(zhuǎn)換器，彼此配不上，不能工作。如果備有這種型號的變換器，問題就迎刃而解了。對于FC、SC、ST三種連接器，要做到能完全互換，有下述6種變換器。SC—FC，將SC插頭變換成FC插頭；ST—FC將ST插頭變換成FC插頭；FC—SC將FC插頭變換成SC插頭；FC—ST將FC插頭變換成ST插頭，SC—ST將SC插頭變換成ST插頭；ST—SC將ST插頭變換成SC插頭。實際上光纖的活動連接除了采用上述的活動連接器外，如果是緊急搶修斷光纜，而手頭又沒有熔接機，通常采用一種機械連接頭（也稱快速接線子）處理。其利用一個玻璃微細管來定位，用一套機械裝置來緊固光纖，使用時先切開光纖，對端面進行清潔處理，光纖端頭保留6—8mm，然后將光纖的兩個端面在玻璃微細管的中央對準后夾緊，擰緊兩端的螺帽即可實現(xiàn)光纖的可靠連接。這種機械連接頭的長度約40mm，直徑不超過5.7mm，平均插入損耗小于0.4dB，反射損耗大于50dB，抗拉強度大于1.25kg，更重要的是裝配時間極短，確實是一種快速搶修必備工具。3.6光纖活動連接器的表征指標3.6.1插入損耗插入損耗定義為光纖中的光信號通過活動連接器之后，其輸出光功率相對輸入光功率的比率的分貝比。其表達式為IL=-10loyPI/PO（dB），其中PO—輸入端的光功率，PI—輸出端的光功率。插入損耗越小越好。從理論上講影響插入損耗的主要因素有以下幾種：纖芯錯位損耗、光纖傾斜損耗、光纖端面間隙損耗、光纖端面的菲涅耳反射損耗、纖芯直徑不同損耗、數(shù)值孔徑不同損耗。不管那種損耗都和生產(chǎn)工藝有關(guān)，因此生產(chǎn)工藝技術(shù)是關(guān)鍵。3.6.2回波損耗回波損耗又稱反射損耗，是指在光纖連接處，后向反射光相對于輸入光的比率的分貝數(shù)，其表達式為RL=-10loyPr/POdB，其中PO—輸入光功率，Pr—后向反射光功率。反射損耗愈大愈好，以減少反射光對光源和系統(tǒng)的影響。改進回波損耗的途徑只有一個，即將插頭端面加工成球面或斜球面。球面接觸，使纖芯之間的間隙接近于“0”，達到“物理接觸”，使端面間隙和多次反射所引起的插入損耗得以消除，從面使后向反射光大為減少。斜球面接觸除了實現(xiàn)光纖端面的物理接觸以外，還可以將微弱的后向光加以旁路，使其難以進入原來的纖芯，斜球面接觸可以使回波損耗達到60dB以上，甚至達到70dB。關(guān)于插頭的類型定義前面已述，此處不多講。在CATV系統(tǒng)中都選用APC型端面的接頭，這種接頭的反射損耗完全可以達到系統(tǒng)要求，當然加工工藝不好的APC接頭反射損耗比PC型接頭的還要低也是可能的。3.6.3重復性重復性是指對同一對插頭，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，單位用DB表示。插拔次數(shù)一般取5次，先求出5個數(shù)據(jù)的平均值，再計算相對于平均值的變化范圍。性能穩(wěn)定的連接器的重復性應小于±0.1dB。重復性和使用壽命是有區(qū)別的，前者是在有限的插拔次數(shù)內(nèi)，插入損耗的變化范圍；后者是指在插拔一定次數(shù)后，器件就不能保證完好無損了。3.6.4互換性互換性是指不同插頭之間或者同轉(zhuǎn)換器任意置換之后，其插入損耗的范圍。這個指標更能說明連接器性能的一致性。質(zhì)量較好的連接器，其互換性應能控制在±0.15dB以內(nèi)。重復性和互換性考核連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝的合理與否，也是表明連接器實用化的重要標志。質(zhì)量好的跳線和轉(zhuǎn)換器，其重復性和互換性是合格的，即使是不同廠家的產(chǎn)品在一起使用；質(zhì)量低劣的產(chǎn)品即使是同一廠家的產(chǎn)品也很差。更不用說不同廠家產(chǎn)品混合使用的情況?；顒舆B接器的使用活動連接器一般用于下述位置：①光端機到光配接箱之間采用光纖跳線；②在光配線箱內(nèi)采用法蘭盤將光端機來的跳線與引出光纜相連的尾纖連通；③各種光測試儀一般將光跳線一端頭固定在測試口上另一端與測試點連接；④光端機內(nèi)部采用尾纖與法蘭盤相連以引出引入光信號；⑤光發(fā)射機內(nèi)部，激光器輸出尾纖通過法蘭盤與系統(tǒng)主干尾纖相連；⑥光分路器的輸入、輸出尾纖與法蘭盤的活動連接。3.7光分路器與同軸電纜傳輸系統(tǒng)一樣，光網(wǎng)絡系統(tǒng)也需要將光信號進行耦合、分支、分配，這就需要光分路器來實現(xiàn)，光分路器是光纖鏈路中最重要的無源器件之一，是具有多個輸入端和多個輸出端的光纖匯接器件，常用M×N來表示一個分路器有M個輸入端和N個輸出端。在光纖CATV系統(tǒng)中使用的光分路器一般都是1×2、1×3以及由它們組成的1×N光分路器。光分路器按原理可以分為光纖型和平面波導型兩種，光纖熔融拉錐型產(chǎn)品是將兩根或多根光纖進行側(cè)面熔接而成；光波導型是微光學元件型產(chǎn)品，采用光刻技術(shù)，在介質(zhì)或半導體基板上形成光波導，實現(xiàn)分支分配功能。這兩種型式的分光原理類似，它們通過改變光纖間的消逝場相互耦合（耦合度，耦合長度）以及改變光纖纖半徑來實現(xiàn)不同大小分支量，反之也可以將多路光信號合為一路信號叫做合成器。熔錐型光纖耦合器因制作方法簡單、價格便宜、容易與外部光纖連接成為一整體，而且可以耐孚機械振動和溫度變化等優(yōu)點，目前成為市場的主流制造技術(shù)。熔融拉錐法就是將兩根（或兩根以上）除去涂覆層的光纖以一定的方法靠擾，在高溫加熱下熔融，同時向兩側(cè)拉伸，最終在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導結(jié)構(gòu)，通過控制光纖扭轉(zhuǎn)的角度和拉伸的長度，可得到不同的分光比例。最后把拉錐區(qū)用固化膠固化在石英基片上插入不銹銅管內(nèi)，這就是光分路器。這種生產(chǎn)工藝因固化膠的熱膨脹系數(shù)與石英基片、不銹鋼管的不一致，在環(huán)境溫度變化時熱脹冷縮的程度就不一致，此種情況容易導致光分路器損壞，尤其把光分路放在野外的情況更甚，這也是光分路容易損壞得最主要原因。對于更多路數(shù)的分路器生產(chǎn)可以用多個二分路器組成。光分路器的常用技術(shù)指標（1）插入損耗。光分路器的插入損耗是指每一路輸出我相對于輸入光損失的dB數(shù)，其數(shù)學表達式為：Ai=-10lgPouti/Pin，其中Ai是指第i個輸出口的插入損耗；Pouti是第i個輸出端口的光功率；Pin是輸入端的光功率值。（2）附加損耗。附加損耗定義為所有輸出端口的光功率總和相對于輸入光功率損失的DB數(shù)。值得一提的是，對于光纖耦合器，附加損耗是體現(xiàn)器件制造工藝質(zhì)量的指標，反映的是器件制作過程的固有損耗，這個損耗越小越好，是制作質(zhì)量優(yōu)劣的考核指標。而插入損耗則僅表示各個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。因此不同的光纖耦合器之間，插入損耗的差異并不能反映器件制作質(zhì)量的優(yōu)劣。對于1*N單模標準型光分路器附加損耗如下表所示：分路數(shù)2345678910111216附加損耗DB0.20.30.40.450.50.550.60.70.80.91.01.2分光比分光比定義為光分路器各輸出端口的輸出功率比值，在系統(tǒng)應用中，分光比的確定是根據(jù)實際系統(tǒng)光節(jié)點所需的光功率的多少，確定合適的分光比（平均分配的除外），光分路器的分光比與傳輸光的波長有關(guān)，例如一個光分路在傳輸1.31微米的光時兩個輸出端的分光比為50：50；在傳輸1.5μm的光時，則變?yōu)?0：30（之所以出現(xiàn)這種情況，是因為光分路器都有一定的帶寬，即分光比基本不變時所傳輸光信號的頻帶寬度）。所以在訂做光分路器時一定要注明波長。隔離度隔離度是指光分路器的某一光路對其他光路中的光信號的隔離能力。在以上各指標中，隔離度對于光分路器的意義更為重大，在實際系統(tǒng)應用中往往需要隔離度達到40dB以上的器件，否則將影響整個系統(tǒng)的性能。另外光分路器的穩(wěn)定性也是一個重要的指標，所謂穩(wěn)定性是指在外界溫度變化，其它器件的工作狀態(tài)變化時，光分路器的分光比和其它性能指標都應基本保持不變，實際上光分路器的穩(wěn)定性完全取決于生產(chǎn)廠家的工藝水平，不同廠家的產(chǎn)品，質(zhì)量懸殊相當大。在實際應用中，本人也確實碰到很多質(zhì)量低劣的光分路器，不僅性能指標劣化快，而且損壞率相當高，作于光纖干線的重要器件，在選購時一定加以注意，不能光看價格，工藝水平低的光分路價格肯定低。3.8光衰減器光衰減器是一種非常重要的纖維光學無源器件，是光纖CATV中的一個不可缺少的器件。到目前為止市場上已經(jīng)形成了固定式、步進可調(diào)式、連續(xù)可調(diào)式及智能型光衰減器四種系列。1、衰減器的衰減原理。光衰減器的類型很多，不同類型的衰減器分別采用不同的工作原理。①位移型光衰減器。眾所周知，當兩段光纖進行連接時，必須達到相當高的對中精度，才能使光信號以較小的損耗傳輸過去。反過來，如果將光纖的對中精度做適當?shù)恼{(diào)整，就可以控制其衰減量。位移型光衰減器就是根據(jù)這個原理，有意讓光纖在對接時，發(fā)生一定的錯位。使光能量損失一些，從而達到控制衰減量的目的，位移型光衰減器又分為兩種：橫向位移型光衰減器、軸向位移型光衰減器。橫向位移型光衰減器是一種比較傳統(tǒng)的方法，由于橫向位移參數(shù)的數(shù)量級均在微米級，所以一般不用來制作可變衰減器，僅用于固定衰減器的制作中，并采用熔接或粘接法，到目前仍有較大的市場，其優(yōu)點在于回波損耗高，一般都大于60dB。軸向位移型光衰減器在工藝設(shè)計上只要用機械的方法將兩根光纖拉開一定距離進行對中，就可實現(xiàn)衰減的目的。這種原理主要用于固定光衰減器和一些小型可變光衰減器的制作。②薄膜型光衰減器。這種衰減器利用光在金屬薄膜表面的反射光強與薄膜厚度有關(guān)的原理制成。如果玻璃襯底上蒸鍍的金屬薄膜的厚度固定，就制成固定光衰減器。如果在光纖中斜向插入蒸鍍有不同厚度的一系列圓盤型金屬薄臘的玻璃襯底，使光路中插入不同厚度的金屬薄膜，就能改變反射光的強度，即可得到不同的衰減量，制成可變衰減器。③衰減片型光衰減器。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，達到衰減光信號的目的，這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。2．光衰減器的性能指標。①衰減量和插入損耗。衰減量和插入損耗是光衰減器的重要指標，固定光衰減器的衰減量指標實際上就是其插入損耗，而可變衰減器除了衰減量外，還有單獨的插入損耗指標，高質(zhì)量的可變衰減器的插入損耗在1.0dB以下，一般情況下普通可變衰減器的該項指標小于2.5dB即可使用。在實際選用可調(diào)衰減器時，插入損耗越小越好。但這勢必會牽扯到價格。②光衰減器的衰減精度。衰減精度是光衰減器的重要指標。通常機械式可調(diào)光衰減器的衰減精度為其衰減量的±0.1倍。其大小取決于機械元件的精密加工程度。固定式光衰減器的衰減精度很高。通常衰減精度越高，價格就越高。③回波損耗。在光器件參數(shù)中影響系統(tǒng)性能的一個重要指標是回波損耗?；胤倒鈱饩W(wǎng)絡系統(tǒng)的影響是眾所周知的。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45dB以上。事實上由于工藝等方面的原因，衰減器實際回波損耗離理論值還有一定差距，為了不致于降低整個線路回波損耗，必須在相應線路中使用高回損衰減器，同時還要求光衰減器具有更寬的溫度使用范圍和頻譜范圍。3．光衰減器的應用范圍。固定式光衰減器主要用于對光路中的光能量進行固定量的衰減，其溫度特性極佳。在系統(tǒng)的調(diào)試中，常用于模擬光信號經(jīng)過一段光纖后的相應衰減或用在中繼站中減小富余的光功率，防止光接收機飽和；也可用于對光測試儀器的校準定標。對于不同的線路接口，可使用不同的固定衰減器；如果接口是尾纖型的，可用尾纖型的光衰減器焊接于光路的兩段光纖之間；如果是在系統(tǒng)調(diào)試過程中有連接器接口，則用轉(zhuǎn)換器式或變換器式固定衰減器比較方便。在實際應用中常常需要衰減量可隨用戶需要而改變的光衰減器。所以可變衰減器的應用范圍更廣泛。例如由于EDFA、CATV光系統(tǒng)的設(shè)計富余度和實際系統(tǒng)中光功率的富余度不完全一樣，在對系統(tǒng)進行BER評估，防止接收機飽和時，就必須在系統(tǒng)中插入可變光衰減器，另外，在纖維光學（如光功率計或OTDR）的計量、定標也將使用可變衰減器。從市場需求的角度看，一方面光衰減器正向著小型化，系列化、低價格方向發(fā)展。另一方面由于普通型光衰減器已相當成熟，光衰減器正向著高性能方向發(fā)展，如智能化光衰減器，高回損光衰減器等。3.9光隔離器光隔離器是一種非互易光學元件，它只容許光束沿一個方向通過，對反射光有很強的阻擋作用。在CATV光傳輸系統(tǒng)中，由于光纖活動連接器，光纖熔接頭，光學元件的存在和光纖本身的瑞利散射的作用，總是存在反射光波，對系統(tǒng)性能產(chǎn)生有害的影響，因此就必須采用光隔離器消除反射波的影響，在光反射機，光放大器中都裝有光隔離器，隔離器由起偏器，旋光器和檢偏器三部分組成。起偏器是一種光學器件，當光束入射到它上面時，其輸出光束變成了某一方向的線性偏振光，該方向就是起偏器的偏振軸。當入射光的偏振方向與起偏器的偏振軸垂直時光不能通過，因此起偏器又可作檢偏器用。旋光器由旋光性材料和套在外面的永久磁鐵組成，借助磁光效應，使通過它的光的偏振方向發(fā)生一定程度的旋轉(zhuǎn)。光隔離器的工作原理為：起偏器與檢偏器的偏振軸相差45o，當入射光經(jīng)過起偏器時，被變成線偏振光，然后經(jīng)旋光器，其偏振面被旋轉(zhuǎn)45o，剛好與檢偏器的偏振方向一致，于是光信號順利通過光隔離器而進入光路中。如果有反射光出現(xiàn)時，反射光通過檢偏器和旋光器后，其偏振方向與起偏器的偏振方向正交而不能通過起偏器，從而達到了隔離反射光的目的，每級光隔離器對反射光的損耗高達35dB以上。在CATV系統(tǒng)中對光隔離器