第四章通信用光器件1

第四章通信用光器件

4.1光器件簡介4.2光檢測器

4.3無源光器件

4.1光器件簡介在光纖通信系統(tǒng)中，光器件可分為有源光器件和無源光器件兩類，其中有源光器件包括前章介紹的光源器件，還有本章要介紹的光電檢測器等器件。光電檢測器，是將入射光轉(zhuǎn)化為電流或電壓，是以光子一電子的量子轉(zhuǎn)換形式完成光的檢測目的，如光電二極管（PIN）和雪崩光電二極管（APD）。由于光纖具有三個(gè)低損耗窗口，即850nm、1310nm和1550nm。相應(yīng)的，用于850nm波長的稱為短波長光電檢測器，用于1310nm和1550nm波長的則稱為長波長光電檢測器。

返回下一頁4.2光電檢測器1.光電檢測器作用及要求（1）作用在光纖通信系統(tǒng)中，光電檢測器的作用是；將光纖輸出的光信號變換為電信號，其性能的好壞將對光接收機(jī)的靈敏度產(chǎn)生重要影響。（2）對光電檢測器的基本要求由于從光纖中傳過來的光信號一般是非常微弱的，因此對光電檢測器提出非常高的要求。對光檢測器的基本要求如下：在系統(tǒng)的工作波長上具有足夠高的響應(yīng)度，具有足夠快的響應(yīng)速度，能夠適用于高速或?qū)拵到y(tǒng)；具有盡可能低的噪聲，以降低器件本身對信號的影響；具有良好的線性關(guān)系，以保證信號轉(zhuǎn)換過程中的不失真；具有較小的體積、較長的工作壽命；工作電壓盡量低，使用簡便。

返回下一頁4.2光電檢測器2.半導(dǎo)體PN結(jié)的光電效應(yīng)如圖4-1所示，是一個(gè)未加電壓的半導(dǎo)體PN結(jié)。在半導(dǎo)體材料的PN結(jié)區(qū)，發(fā)生載流子相互擴(kuò)散的運(yùn)動(dòng)，即P型半導(dǎo)體中的空穴遠(yuǎn)比N型半導(dǎo)體的多，空穴將從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)；同樣N型半導(dǎo)體中的電子遠(yuǎn)比P型半導(dǎo)體的多，也要擴(kuò)散到P區(qū)。這種擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是在PN結(jié)內(nèi)形成了一個(gè)內(nèi)電場，在內(nèi)電場的作用下，使電子和空穴產(chǎn)生了與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方向相反的漂移運(yùn)動(dòng)。當(dāng)擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，便在PN結(jié)中形成了一個(gè)空間電荷區(qū)，即耗盡層。返回下一頁上一頁返回圖4-1光電效應(yīng)

圖4-1光電效應(yīng)4.2光電檢測器如果PN結(jié)接收到相當(dāng)能量的光照射，進(jìn)入耗盡層的光子就會產(chǎn)生電子--空穴對，在內(nèi)電場的加速下，空穴向P區(qū)漂移，電子則向N區(qū)漂移。很顯然，光照的結(jié)果打破了原有結(jié)區(qū)的平衡狀態(tài)。這種光生載流子的運(yùn)動(dòng)，在一定條件下，就會產(chǎn)生光電流。這就是半導(dǎo)體PN的光電效應(yīng)。當(dāng)入射光子能量小于禁帶寬度時(shí)，不論入射光有多強(qiáng)，光電效應(yīng)也不會發(fā)生，因此產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是（4-1）返回下一頁上一頁4.2光電檢測器3.光電二極管（PIN）（1）PIN的結(jié)構(gòu)及其原理PIN的結(jié)構(gòu)。PIN的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，是在摻雜濃度很高的P型、N型半導(dǎo)體之間，加一層輕摻雜的N型材料，稱為I層（本征層）。I層很厚，入射光很容易進(jìn)入材料內(nèi)部被充分吸收而產(chǎn)生大量電子--空穴對，因而大幅度提高了光電轉(zhuǎn)換效率。兩側(cè)的P和N型半導(dǎo)體很薄，吸收入射光的比例很小，I層幾乎占據(jù)整個(gè)耗盡層，因而光生電流中漂移分量占支配地位，從而大大提高了響應(yīng)速度。另外，可通過控制耗盡層的寬度，來改變器件的響應(yīng)速度。返回下一頁上一頁返回圖4-2PIN結(jié)構(gòu)

圖4-2PIN結(jié)構(gòu)圖4-2PIN結(jié)構(gòu)4.2光電檢測器PIN的工作原理。當(dāng)PN結(jié)加上反向電壓后（如圖4-3所示），入射光主要在耗盡區(qū)被吸收，在耗盡區(qū)產(chǎn)生光生載流子(電子--空穴對)。在耗盡區(qū)電場作用下，電子向N區(qū)漂移，空穴向P區(qū)漂移，產(chǎn)生光生電動(dòng)勢。在遠(yuǎn)離PN結(jié)的地方，因沒有電場的作用，電子空穴作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生擴(kuò)散電流。因I層寬，又加了反偏壓，空間電荷區(qū)（耗盡層）加寬，絕大多數(shù)光生載流子在耗盡層內(nèi)進(jìn)行高效、高速漂移，產(chǎn)生漂移電流。這個(gè)漂移電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大干擴(kuò)散電流，所以PIN光電二極管的靈敏度高。在回路的負(fù)載上出現(xiàn)電流，就將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)榱穗娦盘?。返回下一頁上一頁圖4-3PIN的工作原理4.2光電檢測器PIN存在的問題僅能將光信號轉(zhuǎn)化成電信號，但不能對電信號產(chǎn)生增益；轉(zhuǎn)換后的電流信號，很微弱，這種微弱信號，經(jīng)放大器放大后，淹沒在放大器自身產(chǎn)生的噪聲中，以致難以辨認(rèn)。4.雪崩光電二極管(APD)（1）APD的結(jié)構(gòu)對于光電二極管（PIN），其輸出電流I和反向偏壓U的關(guān)系，如圖4-4所示。隨著反向偏壓的增加，光電流基本保持不變。但當(dāng)反向偏壓增加到一定數(shù)值時(shí)，光電流急劇增加，最后器件被擊穿，這個(gè)電壓稱為擊穿電壓。APD就是根據(jù)這種特性設(shè)計(jì)的器件，其結(jié)構(gòu)如圖4-5所示。返回下一頁上一頁返回圖4-4輸出電流I和反向偏壓U的關(guān)系

圖4-4輸出電流I和反向偏壓U的關(guān)系拉通型（RAPD）結(jié)構(gòu)4.2光電檢測器（2）APD工作原理根據(jù)光電效應(yīng)，雪崩光電二極管的光敏面上被光子照射之后，光子被吸收而產(chǎn)生電子-空穴對。這些電子空穴對經(jīng)過高速電場（可達(dá)200kV/cm）之后被加速，初始電子(一次電子)在高電場區(qū)獲得足夠能量而加速運(yùn)動(dòng)。高速運(yùn)動(dòng)的電子和晶體原子相碰撞，使晶體原子電離，產(chǎn)生新的電子-空穴對，這個(gè)過程稱為碰撞電離如此多次碰撞，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，使載流子數(shù)量迅速增加，反向電流迅速增大，形成雪崩倍增效果，所以這種器件就稱為雪崩光電二極管(APD)，其原理如圖4-6所示。APD中電場強(qiáng)度隨位置變化，如圖4-7所示。返回下一頁上一頁返回圖4-7電場強(qiáng)度分布

圖4-7電場強(qiáng)度分布返回4.2光電檢測器

PIN的特性參數(shù)量子效率是指單位時(shí)間內(nèi)輸出電子數(shù)與輸入光子數(shù)之比，即上一頁下一頁返回4.2光電檢測器

上一頁下一頁響應(yīng)度--響應(yīng)度被定義為單位光功率所產(chǎn)生的電流，即可推導(dǎo)出量子效率與響應(yīng)度的關(guān)系，即上式表明，響應(yīng)度和量子效率與光功率無關(guān)，與負(fù)載也無關(guān)，但與光波長（頻率）有關(guān)。響應(yīng)度的典型值為：SI在

。Ge在響應(yīng)時(shí)間描述光電二極管光電轉(zhuǎn)換速度，光電轉(zhuǎn)換所用的總的時(shí)間有：從光入射光敏面到發(fā)生受激吸收的時(shí)間在耗盡區(qū)內(nèi)發(fā)生載流子漂移的時(shí)間在耗盡區(qū)外發(fā)生載流子擴(kuò)散的時(shí)間光電二極管及負(fù)載的時(shí)間常數(shù)RCAPD雪崩倍增建立的時(shí)間（APD特有的）[結(jié)論]：減小耗盡層寬度可以減小渡越時(shí)間，從而提高響應(yīng)速度，但會降低量子效率，所以要合理選擇耗盡區(qū)寬度，兼顧量子效率和響應(yīng)速度。暗電流指在無光照條件下，光電檢測器的輸出電流。暗電流引起光接收機(jī)的噪聲增大，因此希望暗電流越小越好。暗電流分為體內(nèi)暗電流和表面暗電流（表面漏電流）。PIN光電二極管的暗電流主要以表面暗電流為主。APD光電二極管的體內(nèi)暗電流會受到倍增作用，所以以體內(nèi)暗電流為主。

噪聲特性噪聲直接影響光接收機(jī)的靈敏度。光電二極管噪聲包括信號電流和暗電流產(chǎn)生的散粒噪聲和有負(fù)載電阻和后繼放大器輸入阻抗產(chǎn)生的熱噪聲。通常噪聲用均方噪聲電流描述。PIN光電二極管噪聲來源主要是散粒噪聲。

均方散粒噪聲電流均方熱噪聲電流總均方噪聲電流

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APD主要特性參數(shù)①APD的倍增系數(shù)。APD的倍增系數(shù)定義為式中，為倍增后的總輸出電流的平均值；

為初始光電流（沒有倍增時(shí)的光電流）。

APD的倍增與雪崩有關(guān)，即與外加的電壓有關(guān)，因此是外加電壓的函數(shù)，如圖4-8所示。②

APD的響應(yīng)度。APD的響應(yīng)度定義為③APD的量子效率與PIN的量子效率定義相同。量子效率與入射的光波長（頻率）有關(guān)，如圖4-9所示，為硅APD雪崩管的量子效率與波長的關(guān)系。④APD的噪聲主要是由于對初始電流的散粒噪聲有倍增作用，因此稱為倍增噪聲。APD的噪聲主要是倍增噪聲。過剩噪聲因子F——是雪崩效應(yīng)的隨機(jī)性引起噪聲增加的倍數(shù)

過剩噪聲因子F——是由于雪崩效應(yīng)的隨機(jī)性引起噪聲增加的倍數(shù)。設(shè)（x是附加噪聲指數(shù)），則APD的均方量子噪聲電流為

同理，APD的均方暗電流噪聲電流為

量子噪聲和體內(nèi)暗電流都被放大了倍，表面暗電流可忽略。附加噪聲指數(shù)與器件所用材料和制造工藝有關(guān)，Si-APD的x=0.3～0.5,Ge-APD的x=0.8～1.0,InGaAs-APD的x=0.5～0.7。

返回圖4-8反向偏壓與倍增系數(shù)的關(guān)系

圖4-8反向偏壓與倍增系數(shù)的關(guān)系返回圖4-9量子效率與波長的關(guān)系

圖4-9量子效率與波長的關(guān)系

PIN光電檢測器的一般性能

Si-PIN

InGaAs-PIN波長響應(yīng)0.4～1.0

1～1．6響應(yīng)度0.4(0.85μm)

0.5（1.31μm）暗電流0.1～1

2～5響應(yīng)時(shí)間

2～10

0.2～1結(jié)電容

0.5～1

1～2工作電壓/V－5～－15－5～－15

APD光電檢測器的一般性能

Si-APD

InGaAs-APD波長響應(yīng)0.4～1.01～1．65響應(yīng)度0.5

0.5～0.7暗電流0.1～110～20響應(yīng)時(shí)間

0.2～0.50.1～0.3結(jié)電容

1～2＜0.5工作電壓

50～10040～60倍增因子30～10020～30附加噪聲指數(shù)0.3～0.5

0.5～0.7一個(gè)完整的光纖通信系統(tǒng)，除光纖、光源和光電檢測器外，還需要許多其它光器件，特別是無源器件。這些不用電源的無源光器件（即無光電能量轉(zhuǎn)換，是能量消耗型光學(xué)器件），對光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成、功能的擴(kuò)展或性能的提高，都是不可缺少的，是構(gòu)成光纖傳輸系統(tǒng)的重要部分。無源光器件種類繁多，功能各異，是一類實(shí)用性很強(qiáng)的器件，主要產(chǎn)品有光纖連接器、光纖耦合器、光衰減器、光隔離器與光環(huán)形器、光調(diào)制器、光開關(guān)、光波分復(fù)用器、光纖放大器等。無源光器件的作用是：連接光路，控制光的傳輸方向，控制光功率的分配，實(shí)現(xiàn)器件與器件之間、器件與光纖之間的光耦合、合波及分波。返回上一頁4.3無源光器件4.3無源光器件無源光器件是指除光源器件、光檢測器件之外，不需要電源的光通路部件。無源光器件可分為連接用的部件和功能性部件兩大類。連接用的部件是指各種光連接器，用做光纖與光纖之間、光纖與光器件（或設(shè)備）之間、或部件（設(shè)備）和部件（設(shè)備）之間的連接。功能性部件有光波分波器、光衰減器、光隔離器等，用于光的分路、耦合、復(fù)用、衰減等方面。1.光纖連接器光纖連接器又稱為光纖活動(dòng)連接器，俗稱活接頭，被定義為：能穩(wěn)定地，但并不是永久地，連接兩根或多根光纖的無源組件。可見光纖連接器是一種可拆卸使用的連接部件。返回下一頁4.3無源光器件①光纖連接器的用途。光纖連接器主要用于光端機(jī)、光測儀表等設(shè)備與光纖之間的連接以及光纖之間的相互連接，它是組成光纖通信線路不可缺少的重要器件之一。②光纖連接器的作用。光纖連接器的主要作用是將需要連接起來的單根或多根光纖纖芯端面相互對淮、貼緊，并能夠多次使用。③對光纖連接的要求。光纖連接器需要滿足下列要求：連接損耗小；連接損耗的穩(wěn)定性好，在-20-60℃范圍溫度變化時(shí)不應(yīng)該有附加的損耗產(chǎn)生；具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命；接頭體積小，密封性好；便于操作，易于放置和保護(hù)。返回下一頁上一頁4.3無源光器件（1）光纖連接器的結(jié)構(gòu)及原理光纖連接器的結(jié)構(gòu)。光線路的活動(dòng)連接，須使被接光纖的纖芯嚴(yán)格對準(zhǔn)并接觸良好，為滿足這一基本要求，有多種對中方式得到采用，如套筒式、圓錐式、V型槽式等。目前，工程上廣泛應(yīng)用的是套筒式對中結(jié)構(gòu)，如圖4-10所示。它是由三個(gè)部分組成的，有兩個(gè)配合插頭（插針體）和一個(gè)耦合管（琺瑯盤）。兩個(gè)插頭裝進(jìn)兩根光纖尾端；耦合管起對準(zhǔn)套管的作用。返回下一頁上一頁返回圖4-10光纖連接器結(jié)構(gòu)

圖4-10光纖連接器結(jié)構(gòu)4.3無源光器件（2）光纖連接器的類型按照不同的分類方法，光纖連接器可以分為不同的種類。按傳輸媒介的不同可分為：單模光纖連接器和多模光纖連接器；按結(jié)構(gòu)的不同可分為：FC、SC、ST、MU、LC、MT等各種型式；按連接器的插針端面形式可分為：FC、PC（UPC）和APC；按光纖芯數(shù)分還有單芯、多芯之分。如表4-1所示，是ITU-T建議的光纖連接器分類。返回下一頁上一頁返回表4-1光纖連接器類型

表4-1光纖連接器類型單通道對接套筒/V型槽直套管螺絲多通道透鏡錐型錐型套管銷釘單/多通道其他其他其他彈簧銷4.3無源光器件（3）光纖連接器特性光纖連接器的特性，首先是光學(xué)特性，還有光纖連接器的互換性、重復(fù)性、抗拉強(qiáng)度、溫度和插拔次數(shù)等?；Q性與重復(fù)性--光纖連接器是通用的無源光器件，對于同一類型的光纖連接器，一般都可以任意組合使用，并可以重復(fù)多次使用，由此而導(dǎo)入的附加損耗一般都在小于0.2dB的范圍內(nèi)。

抗拉強(qiáng)度--對于光纖連接器，一般要求其抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于90N。溫度--一般要求，光纖連接器必須在-40℃～+70℃溫度范圍內(nèi)能夠正常使用。插拔次數(shù)--目前使用的光纖連接器一般都可以插拔l000次以上。返回下一頁上一頁4.3無源光器件（4）常見的光纖連接器FC型光纖連接器（如圖4-11所示）--圓型帶螺紋：FC連接器外部加強(qiáng)方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。最早，F(xiàn)C類型的連接器，采用的陶瓷插針的對接端面是平面接觸方式(FC)。此類連接器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，制作容易，但光纖端面對微塵較為敏感，且容易產(chǎn)生菲涅爾反射，提高回波損耗性能較為困難。后來，對該類型連接器做了改進(jìn)，采用對接端面呈球面的插針(PC)，而外部結(jié)構(gòu)沒有改變，使得插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的提高。返回下一頁上一頁返回圖4-11FC型連接器

圖4-11FC型連接器4.3無源光器件SC型光纖連接器（如圖4-12所示）--卡接式方型：其外殼呈矩形，所采用的插針與耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型完全相同，其中插針的端面多采用PC或APC型研磨方式；緊固方式是采用插拔銷閂式，不需旋轉(zhuǎn)。此類連接器價(jià)格低廉，插拔操作方便，介入損耗波動(dòng)小，抗壓強(qiáng)度較高，安裝密度高。

返回下一頁上一頁返回圖4-12SC型連接器

圖4-12SC型連接器4.3無源光器件LC型連接器（如圖4-13所示）：LC型連接器采用操作方便的模塊化插孔(RJ)閂鎖機(jī)理制成。其所采用的插針和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，為1.25mm。這樣可以提高光配線架中光纖連接器的密度。目前，在單模SFF方面，LC類型的連接器實(shí)際已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，在多模方面的應(yīng)用也增長迅速。返回下一頁上一頁返回圖4-13LC型連接器

圖4-13LC型連接器4.3無源光器件ST型光纖連接器（如圖4-14所示）--外殼呈圓形，所采用的插針與耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型完全相同，其中插針的端面多采用PC型或APC型研磨方式；緊固方式為螺絲扣。此類連接器適用于各種光纖網(wǎng)絡(luò)，操作簡便，且具有良好的互換性。DIN47256型光纖連接器（如圖4-15所示）：這種連接器采用的插針和耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型相同，端面處理采用PC研磨方式。與FC型連接器相比，其結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些，內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)中有控制壓力的彈簧，可以避免因插接壓力過大而損傷端面。另外，這種連接器的機(jī)械精度較高，因而插入損耗較小。返回下一頁上一頁返回圖4-14ST型光纖連接器

圖4-14ST型光纖連接器返回圖4-15DIN47256型光纖連接器

圖4-15DIN47256型光纖連接器4.3無源光器件MT-RJ型連接器（如圖4-16所示）：MT-RJ型連接器起步于MT連接器，帶有與RJ-45型LAN電連接器相同的閂鎖機(jī)構(gòu)，通過安裝于小型套管兩側(cè)的導(dǎo)向銷對準(zhǔn)光纖，為便于與光收發(fā)信機(jī)相連，連接器端面光纖為雙芯（間隔0.75mm）排列設(shè)計(jì)，是主要用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)南乱淮呙芏裙膺B接器。返回下一頁上一頁返回圖4-16MT-RJ型連接器

圖4-16MT-RJ型連接器4.3無源光器件（5）光纖連接器的插針端面光纖連接器的關(guān)鍵元件是插針與套筒。曾經(jīng)采用多種材料制作，如塑料、銅、不銹鋼等。但均因易變形、不耐磨損與光纖材料膨脹系數(shù)相差太大而導(dǎo)致光纖斷裂等一系列問題不能解決而被放棄。目前，實(shí)用的插針與套筒材料采用氧化鋯陶瓷，陶瓷所具有的性能可以克服上述材料的不足。裝有光纖的陶瓷插針，其端面的形狀與連接器件性能優(yōu)劣密切相關(guān)。陶瓷插針端面如圖4-17端面圖，光纖連接器的插針體端面在PC型球面研磨的基礎(chǔ)上，根據(jù)球面研磨的不同，又產(chǎn)生了超級PC（SPC）型球面研磨和角度PC(APC)型球面研磨，PC、SPC和APC端面連接器的插入損耗值在都小于0.4dB的情況下，回波損耗值分別小于-40dB、-50dH和-60dB。返回下一頁上一頁返回圖4-17端面圖

圖4-17端面圖4.3無源光器件2.光耦合器在光纖通信系統(tǒng)或光纖測試中，經(jīng)常會遇到從光纖的主傳信道中取出一部分光作為檢測、控制等使用，有時(shí)將兩個(gè)方向的光信號合起來送入一根光纖中傳輸，會使用光耦合器。光耦合器又稱光定向耦合器，是對光信號實(shí)現(xiàn)分路、合路、插入和分配的無源光器件。它們是依靠光波導(dǎo)間電磁場的相互耦合來工作的。廣義而言，光分波器和光合波器具有波長選擇功能，也屬于光耦合器（1）光耦合器分類光耦合器分類，如表4-3所示。返回下一頁上一頁返回表4-3耦合器的分類

表4-3耦合器的分類光耦合器用途分類定向耦合器光分波器、光分波器光分支器星型耦合器透射星型耦合器反射星型耦合器T型耦合器結(jié)構(gòu)分類分立元件型熔融拉錐型平面波導(dǎo)型拼接型激光器件型光纖分類多模光纖耦合器單模光纖耦合器4.3無源光器件（2）常見的幾種光耦合器常見的幾種光耦合器，如圖4-20所示。(3)耦合器的特性表示光纖耦合器性能指標(biāo)的參數(shù)有：隔離度、插入損耗和分光比等。下面以2×2(四端口)定向耦合器為例來說明。隔離度--如圖4-20（c）所示，由端1輸入的光功率P1應(yīng)從端2和端3輸出，端4理論上應(yīng)無光功率輸出。但實(shí)際上端4還是有少量光功率P4輸出，其大小就表示了1、4兩個(gè)端口的隔離程度。隔離度A表示為返回下一頁上一頁返回圖4-20光耦合器

圖4-20光耦合器返回4.2光無源器件上一頁

一般要求A＞20dB。插入損耗。插入損耗表示定向耦合器損耗的大小。插入損耗等于輸出光功率之和與輸入光功率之比的分貝值，即一般要求≤0.5dB分光比:各輸出端口輸出功率與總輸出功率的比值下一頁4.3無源光器件3.光波分復(fù)用器（1）光波分復(fù)用器的定義及分類光波分復(fù)用器按用途分為光分波器和光合波器兩種，分別如圖4-19(a)、(b)所示。它們是波分復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。光合波器是將多個(gè)光源不同波長的信號結(jié)合在一起，經(jīng)一根傳輸光纖輸出的光器件。反之，將同—根傳輸光纖送來的多個(gè)不同波長的信號，分解為個(gè)別波長，分別輸出的光器件稱為光分波器。有時(shí)同一器件既可以作為光分波器，又可以作光合波器使用。光波分復(fù)用器的主要類型有熔錐光纖型、介質(zhì)膜干涉型、光柵型和波導(dǎo)型四種

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圖4-19光波分復(fù)用器(a)返回圖4-19光波分解復(fù)用器

圖4-19光波分解復(fù)用器(b)4.3無源光器件（2）光波分復(fù)用器（光分波器和光合波器）原理在模擬載波通信系統(tǒng)中，通常采用頻分復(fù)用方法提高系統(tǒng)的傳輸容量，充分利用電纜的帶寬資源，即在同一根電纜中同時(shí)傳輸若干個(gè)信道的信號，接收端根據(jù)各載波頻率的不同，利用帶通濾波器就可濾出每一個(gè)信道的信號。在WDM系統(tǒng)中，充分利用了單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率（或波長）不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器（合波器）將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來，送入一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長、承載不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨(dú)立（不考慮光纖非線性時(shí)），從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸。返回下一頁上一頁4.3無源光器件（3）光波分復(fù)用器的要求及參數(shù)對光分波器和光合波器的主要要求是：復(fù)用信道多、插人損耗小、隔離度大、通帶寬、帶內(nèi)平坦、帶外插入損耗變化陡峭及體積小、工作穩(wěn)定和價(jià)格便宜等。光分波器和光合波器的主要特性參數(shù)有:中心波長、中心波長工作范圍、與中心波長對應(yīng)的插人損耗、隔離度、回波損耗、反射系數(shù)、偏振相關(guān)損耗、偏振模色散等。隔離度也稱為波長隔離度或通帶間隔離度，是由某一規(guī)定波長輸出端口所測得的另一不想要波長的光功率與該不想要波長輸入光功率之比的對數(shù)，單位為dB。返回下一頁上一頁4.3無源光器件4.光衰減器光衰減器是用來穩(wěn)定地、準(zhǔn)確地減小信號光功率的無源光器件。光衰減器的作用是當(dāng)光通過該器件時(shí)，使光強(qiáng)達(dá)到一定程度的衰減，它主要用于調(diào)整光中繼段的線路損耗、評價(jià)光系統(tǒng)的靈敏度和校正光功率計(jì)等場合。光衰減器通常是通過金屬蒸發(fā)膜使光衰減返回下一頁上一頁4.3無源光器件（1）衰減器分類按照光信號的衰減方式，衰減器可分為固定衰減器和可變衰減器兩種；按照光信號的傳輸方式，衰減器可分為單模光衰減器和多模光衰減器。固定光衰減器通過吸收一部分光信號，產(chǎn)生衰減作用。它在光線軸線上設(shè)置半透明的摻雜化合物即衰減膜，在一定的光帶內(nèi)，光在吸收帶內(nèi)被吸收，產(chǎn)生衰減。固定光衰減器造成的功率衰減值是固定不變的，一般用于調(diào)節(jié)傳輸線路中某一區(qū)間的損耗?？勺児馑p器帶有光纖連接器，通常是分檔進(jìn)行衰減的，改變金屬蒸發(fā)膜的厚度，也可以位衰減量連續(xù)變化，它的衰減范圍可達(dá)60dB以上，精度達(dá)0.1dB。返回下一頁上一頁4.3無源光器件（2）可變光衰減器的結(jié)構(gòu)及原理當(dāng)接收機(jī)輸入光功率超過某一范圍或在測量光纖接收機(jī)靈敏度時(shí)都要用到光衰減器，其結(jié)構(gòu)如圖4-18所示。它由透鏡、步進(jìn)衰減圓盤、連續(xù)可調(diào)衰減片組成。其中光衰減片可調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度，改變反射光與透射光比例來改變光衰減的大小。光纖輸人的光經(jīng)自聚焦透鏡變成平行光束，平行光束經(jīng)過衰減片再送到自聚焦透鏡耦合到輸出光纖中去，衰減片通常是表面蒸鍍了金屬吸收膜的玻璃基片，為減小反射光，衰減片與光軸可以傾斜放置。返回下一頁上一頁返回圖4-18衰減器的結(jié)構(gòu)

圖4-18衰減器的結(jié)構(gòu)可調(diào)旋轉(zhuǎn)光衰減片輸入光信號輸出光信號透鏡透鏡4.3無源光器件（3）對光衰減器的要求光纖通信系統(tǒng)對光衰減器的主要要求：插入損耗小、反射耦合低；符合使用的工作波長區(qū)域；體積小、重量輕。（4）光衰減器--SGT-9ASGT-9A是一種數(shù)字可調(diào)光衰減器，主要用于連續(xù)光信號功率的衰減。具有快速調(diào)節(jié)衰減值，線性度好、精度高、低插入損耗、高分辨率，衰減定位等功能。該衰減器可用于光纜施工與維護(hù)、光纖通信、光纖傳感器、光纖CATV等領(lǐng)域。該衰減器技術(shù)指標(biāo)如表4-2所示。返回下一頁上一頁返回表4-2光衰減器技術(shù)指標(biāo)

表4-2光衰減器技術(shù)指標(biāo)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)參數(shù)技術(shù)指標(biāo)波長范圍(nm)400～1625分辨率(dB)0.05校準(zhǔn)波長(nm)1310、1550測量精度(dB)0～30(±0.1)30～50(±0.3)50～60(±1.0)測量范圍(dB)0～60插入損耗(dB)＜2.5最大輸入光功率(dB)40回波損耗(dB)≥45光接口FC、ST、SC功耗(mW)704.3無源光器件5.光隔離器光隔離器是保證光信號只能正向傳輸?shù)臒o源光器件，用以避免光通路中，由于種種原因而產(chǎn)生的反射光再次進(jìn)入光源，而使光源工作不穩(wěn)定，影響其性能。光纖通信系統(tǒng)中的很多光器件如激光器和光放大器等，對來自連接器、熔接點(diǎn)、濾波器的反射光非常敏感，反射光將導(dǎo)致它們的性能惡化，例如半導(dǎo)體激光器的線寬受反射光的影響會展寬或壓縮。因此要在靠近這種光器件的輸出端放置隔離器。（1）光隔離器組成光隔離器主要由起偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器（旋光器）和檢偏器3部分組成，如圖4-21所示。起偏器的特點(diǎn)是當(dāng)入射光進(jìn)入起偏器時(shí)，是輸出光束變成某一形式的偏振光