光纖通信 第4章 常用光無(wú)源器件

光無(wú)源器件第4章常用光無(wú)源器件光有源器件：光源光放大器光檢測(cè)器光無(wú)源器件：光連接器光耦合器光開(kāi)關(guān)光隔離器光衰減器

光調(diào)制器光器件的分類作用——

參數(shù)——

原理——

類型光環(huán)行器光波分復(fù)用器4.1光纖連接器一、功能：用于光纖設(shè)備和光纖之間，光纖和光纖之間,光纖與其它部件之間，設(shè)備和設(shè)備之間的連接。又叫活接頭。光源光中繼光檢測(cè)器尾纖光耦合器光測(cè)試儀器光跳線二、光纖連接器的典型類型及工作原理1、平面對(duì)接型光纖連接器（FC型—faceconnect）結(jié)構(gòu)：套筒插針體插針體粘合劑光纖固定盤(pán)光纖FC型光纖連接器光連接器使用方法：將帶有接收光纖和發(fā)射光纖的插針體分別插入套筒中，將螺旋擰緊，就實(shí)現(xiàn)了光纖的耦合。套筒插針體插針體粘合劑光纖固定盤(pán)光纖材料：合金螺旋式連接菲涅耳反射：光在不同折射率的介質(zhì)平面的交界面上會(huì)發(fā)生入射光的部分反射。問(wèn)題所在：FC型光纖連接器的接頭時(shí)平面型，產(chǎn)生菲涅爾反射，形成損耗和引入噪聲。2、直接接觸型光纖連接器（PC型—physicalconnect）插針體（包括光纖）的端面研磨成凸面球，使得被連接的光纖的端面可以直接接觸，實(shí)現(xiàn)物理結(jié)構(gòu)的直接連接。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：減少了光的菲涅爾反射，避免了回波噪聲。材料：陶瓷端面的制備：光連接器3、矩形光連接器（SC）FC型PC型預(yù)留空間以便耦合部分旋轉(zhuǎn)，不能滿足高密度安裝要求?？谑剑茏枣i和開(kāi)啟SC型光纖連接器4、ST型連接器插銷鎖定式連接方式5、FO型光纖連接器結(jié)構(gòu)圖：作用：將帶狀光纖的光纖一根根分開(kāi)，與單芯光纖連接。6、MT型光纖連接器結(jié)構(gòu)圖：作用：多模帶狀光纜的光纖的一次連接。三、光纖連接器的參數(shù)1、插入衰減意義：表征光連接器插入后引起的光路中的光信號(hào)衰減的程度。定義：ac=10Lg(Pin/Pout)(dB)影響光纖連接器衰減的因素：①參數(shù)不匹配：折射率、纖徑②耦合缺陷：間隙橫向偏移傾斜角端面不平2、重復(fù)性意義：在使用壽命期間允許實(shí)際插入損耗值偏離標(biāo)稱值的最大變化量?！鱝c=∣ac-aci∣max3、互換性描述同一種光纖連接器在相互代換時(shí)允許插入損耗的最大差值。△a=∣ac1-ac2∣max意義：定義：意義：表征連接時(shí)光纖端面對(duì)光的反射程度。回波損耗（反射損耗）：10Lg(P入/P反)4、回波損耗5、工作壽命意義：可插拔的最大次數(shù)四、光纖通信對(duì)光連接器的要求①連接損耗低0.5dB連接損耗~~~5km光纖損耗≤0.4dB②重復(fù)性好③壽命長(zhǎng)一般>1000次④強(qiáng)度高⑤環(huán)境穩(wěn)定性好⑥反射低

⑦體積小，成本低，操作方便五、陶瓷PC型光纖連接器的主要技術(shù)指標(biāo)插入損耗≦0.3dB重復(fù)性≦0.1dB互換性≦0.1dB反射損耗≧38dB壽命≧10000次溫度范圍－40~80℃4.2光纖耦合器一、光纖耦合器對(duì)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)分路、合路、插入、分配的一種無(wú)源器件。實(shí)現(xiàn)光功率的分配，對(duì)光的波長(zhǎng)沒(méi)有影響。功能：分路插入合路分配二、參數(shù)（1）插入損耗合路器：nai=10Lg()∑i=1Pi/Po(dB)分路器：ai=10Lg(Pi/∑Po)i=1n(dB)意義：表征插入光方向耦合器后對(duì)鏈路的光信號(hào)的衰減。定義：一般要求ai<0.5dB（2）隔離度又稱光方向性串?dāng)_度，用于衡量合路時(shí)各個(gè)端口的干擾度。定義：Aij=10Lg(Pi/Pj)(dB)ij意義：一般要求A>20dB光連接器（3）、分路比分路時(shí)各個(gè)輸出端口的光功率之比。ij定義：Tij=Pi/Pj光方向耦合器意義：一般要求T在0.1：1~10：1三、光纖耦合器的分類1、T型耦合器功能：將一個(gè)光纖的輸入光功率按照一定的比例分配給兩根光纖，或者將兩根光纖的輸入光信號(hào)合在一起送入一根光纖。用途：光功率分配器或光功率組合器2、星型耦合器功能：將n根光纖的輸入光功率合在一起，均勻的分給m根光纖。用途：多端口功率分配器3、定向耦合器功能：取出光纖中向不同方向傳送的光信號(hào)12341234用途：只能用于功率分路器。四、基本結(jié)構(gòu)1、光纖型將幾根光纖去涂覆后排列在一起，用熔斷拉錐技術(shù)制作成光耦合器。工作原理：光功率的比例分配與錐形的長(zhǎng)度和包層的厚度有關(guān)2、微光器件型主要采用自聚焦?jié)u變透鏡半透鏡ABGRIN圓柱透鏡GRIN圓柱透鏡3、波導(dǎo)型在一個(gè)平面板的襯底上制作需要形狀的光波導(dǎo)，襯底既可以做支撐體也可以做波導(dǎo)的包層。玻璃襯底嵌入波導(dǎo)4、對(duì)接型偶合器包層研磨匹配液拼合五、耦合級(jí)聯(lián)1×2型2×2型級(jí)聯(lián)1×N型N×N型從2×2的光方向耦合器來(lái)推導(dǎo)N×N型星型耦合器的參數(shù)特性：結(jié)論：（N·㏒2N）/2個(gè)2×2的星型耦合器可以按照這樣的思路組成㏒2N級(jí)陣列，形成N×N型星型耦合器，其分路損耗為3㏒2NdB.4.3波分復(fù)用器

Wavelength-divisionmultiplexers(WDM)--波分復(fù)用器---的形式:3端口器件(第4端口不用)1310/1550nm(“經(jīng)典”

WDM技術(shù))1480/1550nm和980/1550nm用于光放大器(后面章節(jié)詳述)1550/1625nm用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控插入損耗和隔離度:對(duì)傳輸通道的波長(zhǎng)，具有低插入損耗(<1dB)傳輸通道波長(zhǎng)對(duì)另一波長(zhǎng)有高損耗(20to50dB):I10=-10log10[P1(λ1)/P0(λ1)],I20=-10log10[P2(λ1)/P0(λ1)]Commonl1l2A、分類熔錐型(粗WDM)多層干涉濾光膜型(細(xì)WDM→DWDM)棱鏡分光型(粗WDM)光柵型---體光柵、光纖光柵(粗WDM，細(xì)WDM)陣列波導(dǎo)光柵(細(xì)WDM→DWDM)B、原理直通臂(P1)耦合臂(P2)P0

熔錐型波分復(fù)用器P1=Pincos2[K(λ)z]P2=Pinsin2[K(λ)z]其中z是耦合區(qū)的長(zhǎng)度，K(λ)為耦合系數(shù)，當(dāng)K(λ)z=π/2，

P1=0，P2=Pin棱鏡分光型波分復(fù)用器Multiplexers(MUX)/Demultiplexers(DEMUX)DWDM的關(guān)鍵器件技術(shù)分類：串聯(lián)介質(zhì)濾光器CascadedFBGsPhasedarrays(seelater)低串?dāng)_，有利于解復(fù)用干涉濾光片型波分復(fù)用器1—161—15161—1415輸入光纖14320(監(jiān)管信道)干涉濾光膜光柵型波分復(fù)用器---體光柵主最大強(qiáng)度的方向由下式給出：dsinθ=mλΔθ/Δλ=m/dcosθ其中d為光柵周期，θ為衍射角，m=0，±1，±2，等等，Δθ

為角分離，Δλ

為波長(zhǎng)間隔。輸入光14321.體光柵型布拉格光柵1—161—151616161—15、161—15、16FBG環(huán)形器光纖光柵型波分復(fù)用器其反射波長(zhǎng)成為布拉格波長(zhǎng)（λB）由下面的布拉格條件確定：2Λneff=λB其中Λ為光柵周期，neff為有效纖芯折射率。ArrayWaveguide

Grating(AWG)l1al3al2al4al1bl3bl2bl4bl1cl3cl2cl4cl1dl3dl2dl4dl1al3cl2dl4bl1bl3dl2al4cl1cl3al2bl4dl1dl3bl2cl4a行....轉(zhuǎn)化為....列自由空間扇型波導(dǎo)扇型波導(dǎo)波導(dǎo)光柵NTT：256波，間隔0.2nm，3dB帶寬0.12nm，插入損耗4.4-6.4dB，串?dāng)_-33dB，偏振相關(guān)波長(zhǎng)差<0.03nm，需要溫控。光開(kāi)關(guān)4.4光開(kāi)關(guān)一、功能光開(kāi)關(guān)是一種光路控制器，起轉(zhuǎn)換光路的作用。如：保護(hù)倒換光端機(jī)光端機(jī)1×2光開(kāi)關(guān)1×2光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān)全光交換：1×2空間光交換1×2時(shí)隙光交換光纖延時(shí)線T.T3T2T1T4T1T2T3T4復(fù)合光交換2t4t6t光開(kāi)關(guān)或耦合器T2T3T4T1光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān)二、光開(kāi)關(guān)的類型（1）機(jī)械式光開(kāi)關(guān)★移動(dòng)光纖式★移動(dòng)棱鏡式原理光開(kāi)關(guān)光纖1玻璃套筒方空玻璃套筒套管光纖2光纖3光纖1光纖2光纖3移動(dòng)光纖式：光開(kāi)關(guān)移動(dòng)棱鏡式：棱鏡自聚焦透鏡光開(kāi)關(guān)新型的微光機(jī)電系統(tǒng)光開(kāi)關(guān)微光機(jī)電系統(tǒng)（MOEMS）光開(kāi)關(guān)微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)與傳統(tǒng)的光技術(shù)的結(jié)合光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān)（2）電光式光開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶體高折射率玻璃棱鏡vV<VtV>Vt（3）熱光開(kāi)關(guān)（4）SOA光開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體光放大器控制電壓光開(kāi)關(guān)二、參數(shù)（1）插入損耗ai=10Lg(Pin/Pout)(dB)(2)通斷消光比開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)的輸出光功率和處于斷開(kāi)狀態(tài)的輸出光功率之比。a=10Lg(P通/P斷)光開(kāi)關(guān)(3)壽命允許轉(zhuǎn)換光路的次數(shù)（4）轉(zhuǎn)換速度光通道的設(shè)置開(kāi)關(guān)：1~10ms

保護(hù)倒換：1~10us分組交換：1ns外調(diào)制：10ps光隔離器4.6光隔離器一、定義光隔離器是一種防止光沿傳輸光程返回的無(wú)源器件。光隔離器光隔離器光隔離器二、工作原理基于法拉第效應(yīng)在偏振光的傳播方向外加電磁場(chǎng)時(shí)，其偏振方向會(huì)旋轉(zhuǎn)一定的角度。

Ω=V·B·L(V費(fèi)爾德常數(shù)、L材料厚度、B磁場(chǎng)強(qiáng)度)無(wú)論光的傳播方向如何，順著外加磁場(chǎng)的傳播方向觀察，偏振光按順時(shí)針的方向旋轉(zhuǎn).光隔離器BB光的不可逆性光隔離器光隔離器的工作原理：偏振器法拉第旋轉(zhuǎn)器B偏振器45°45°45°90°NOPASS45°光隔離器三、參數(shù)（1）正向插入衰減沿光傳播方向的衰減。afi=10Lg(Pin/Pout)（dB）(2)隔離度反向衰減，反向光被阻止的程度。A=10Lg(Pin/Pout)(dB)以反向方向?yàn)閰⒖挤较蚬猸h(huán)行器光環(huán)形器基本功能：123用途：用于光放大器和光時(shí)域反射儀。要點(diǎn)總結(jié)1、光器件與電器件的比較電源電探頭電阻電混頻器電插頭二極管激光器光檢測(cè)器光衰減器波分復(fù)用器光纖連接器隔離器分支器（三通）光方向耦合器MODEL光調(diào)制器要點(diǎn)總結(jié)2、FC型光纖連接器的結(jié)構(gòu)、缺點(diǎn)光纖插針體套筒平面對(duì)接型光纖連接器產(chǎn)生菲涅爾反射要點(diǎn)總結(jié)3、PC型光纖連接器、SC型光纖連接器、FO型光纖連接器各自的特點(diǎn)。PC型光纖連接器：物理接觸型，實(shí)現(xiàn)物理上的直接接觸，克服了菲涅爾