光網(wǎng)絡器件教材課件

第5章光網(wǎng)絡器件

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光放大器★無源器件第5章光網(wǎng)絡器件

（1）半導體光放大器（SOA）光放大器的分類光放大器按原理不同，大體上有以下三種類型：優(yōu)點；

FRA具有頻帶寬、增益高、輸出功率大、響應快等。缺點:需要大功率的半導體激光器作泵浦源（約數(shù)瓦）。優(yōu)點:體積小、結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、便于光電集成；缺點:插入損耗大、工作穩(wěn)定性較差、噪聲大，增益小、對串擾和偏振態(tài)敏感等。它是由半導體材料制成的，可看成是沒有反饋的半導體激光器（2）光纖喇曼放大器（FAR）它是利用石英光纖的非線性效應而制成。光放大器（1）半導體光放大器（SOA）光放大器的分類光放大器按原理優(yōu)點：①工作波長處在1530～1560nm范圍，與光纖最小損耗窗口一致；②對摻鉺光纖進行激勵的泵浦功率低，僅需幾十毫瓦；③連接損耗低，耦合效率高。因為它是光纖型放大器，因此易于與光纖耦合連接，且連接損耗可低至0.1dB。④增益高且特性穩(wěn)定、噪聲低、輸出功率大。增益可達40dB，且在100℃內(nèi)增益特性保持穩(wěn)定，也與偏振無關。噪聲系數(shù)可低至3～4dB，輸出功率可達14～20dBm；⑤對各種類型、速率與格式的信號傳輸透明。光放大器的分類光放大器（3）摻鉺光纖放大器（EDFA）

優(yōu)點：③連接損耗低，耦合效率高。因為它是光纖型放大器，因此易

缺點：①波長固定，只能放大1550nm左右的光波，可調(diào)節(jié)的波長有限；②增益帶寬不平坦，在WDM系統(tǒng)中需要采用特殊的手段來進行增益譜補償。光放大器的分類光放大器缺點：光放大器的分類光放光放大器概述1.增益系數(shù)光放大器是基于受激輻射或受激散射的原理來實現(xiàn)對微弱入射光進行放大的，其機制與激光器類似。當光介質(zhì)在泵浦電流或泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)時就獲得了光增益。增益系數(shù)可表示為對于小信號放大有由泵浦強度決定的增益峰值介質(zhì)原子躍遷頻率偶極子弛豫時間光放概述1.增益系數(shù)光放大器是基于受激輻射或受激散射的原理設光放大器增益介質(zhì)長度為L，信號光功率將沿著放大器的長度按指數(shù)規(guī)律增長為最大，也為最大光放大器概述增益設光放大器增益介質(zhì)長度為L，信號光功率將沿著放大器的為最大，(2π)ΔνgT20.50G(ω)歸一化增益(ω－ω0)T20.751.000.250.00－4－2024g(ω)光放大器增益曲線和增益系數(shù)曲線的半最大值全寬FWHM（FullWidthatHalfMaximum）的FWHM,也稱作光放大器的帶寬。光放大器概述(2π)ΔνgT20.50G(ω)歸(ω－ω0)T20.752．增益飽和當輸入光功率比較小時，是一個常數(shù)，輸出光功率與輸入光功率成正比，此時的增益用符號表示，稱為光放大器的小信號增益。但當增大到一定數(shù)值后，光放大器的增益開始下降，這種現(xiàn)象稱為增益飽和.PsatPin(dBm)10G0增益(dB)20303dB0－60－50－30－40－20－10010增益G與輸入光功率的關系曲線光放大器概述飽和輸出光功率2．增益飽和當輸入光功率比較小時，是一個常數(shù)，輸出大信號增益飽和輸出光功率光放大器概述大信號增益飽和輸出光功率光放概述？？？3．噪聲系數(shù)放大的自發(fā)輻射形成了信號帶寬內(nèi)的主要噪聲。放大的自發(fā)輻射ASE(AmplifiedSpontaneousEmission)功率為自發(fā)輻射噪聲是一種白噪聲，疊加到信號光上，會劣化信噪比SNR。信噪比的劣化用噪聲系數(shù)

表示，其定義光放大器概述光帶寬自發(fā)輻射因子？？？3．噪聲系數(shù)放大的自發(fā)輻射形成了信號帶寬內(nèi)的主要噪聲（1）輸入信噪比光放大器輸入端的信號功率經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)化為光電流為則檢測的電功率由于信號光的起伏，光放大器輸入端噪聲的考慮以光檢測器的散粒噪聲為限制可以得到輸入信噪比光放大器概述光檢測器的電帶寬（1）輸入信噪比光放大器輸入端的信號功率經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)化為光（2）輸出信噪比光檢測器輸出電功率為散粒噪聲自發(fā)輻射與信號光產(chǎn)生的差拍噪聲輸出信噪比所以噪聲系數(shù)當光放大器的增益比較大時光放大器概述（2）輸出信噪比光檢測器輸出電功率為散粒噪聲自發(fā)輻射與信號半導體光放大器SOA(SemiconductorOpticalAmplifier)法布里－珀羅腔放大器FPA(Fabry-PerotAmplifier)行波放大器TWA(Traveling-WaveAmplifier)(a)法布里－珀羅放大器泵浦電流反射面反射面有源區(qū)輸入光信號輸出光信號Z=0Z=L泵浦電流增透膜增透膜有源區(qū)輸入光信號輸出光信號Z=0Z=L(b)行波放大器反射鏡面由半導體晶體的解理面形成，自然反射率達32%。有增透膜或者有適當?shù)那忻娼嵌龋粫l(fā)生內(nèi)反射，入射光信號通過一次就會得到放大，光帶寬較寬，飽和功率高。光放大器半導體光放大器SOA(SemiconductorOptic1.光放大器的增益法布里－珀羅放大器的增益可以表示為Gω0增益頻率ω0GFPAmaxGFPAminR=0.3R=0.03R=0(行波放大器增益)半導體光放大器光放大器SOA放大器的增益頻譜反射面的反射系數(shù)單程功率放大因子峰值頻率1.光放大器的增益法布里－珀羅放大器的增益可以表示為Gω0行波放大器的增益單程增益用光放大器的參數(shù)可表示為SOA增益典型值為20～30dBSOA的增益依賴于輸入信號的偏振狀態(tài)，不同的極化模式具有不同的增益。由于有源區(qū)的矩形形狀和晶體結(jié)構(gòu)造成增益對偏振依賴。減小SOA的偏振增益的方法，一種是使有源區(qū)的橫截面成正方形；另一種是通過串聯(lián)或是并聯(lián)兩個SOA來補償增益差。這些方法的使用可以使偏振增益差降至0.5dB。半導體光放大器光放大器限制系數(shù)增益系數(shù)損耗系數(shù)行波放大器的增益單程增益用光放大器的參數(shù)可表示為SOA增益典2.光放大器的帶寬增益減小到峰值一半時，

就是帶寬上式成立要滿足條件：FPA的帶寬比較窄，通常不超過10GHz。常用在有源濾波器、構(gòu)造光子開關、光波長轉(zhuǎn)換器和路由器等場合。行波放大器的帶寬用下式進行估算TWA的帶寬大約是半導體光放大器光放大器2.光放大器的帶寬增益減小到峰值一半時，就是帶寬上式成Gω0增益頻率ω0GFPAGTWAΔωTWAΔωPFAFPA增益較大，而帶寬較小；TWA增益略小，帶寬較大。FPA與TWA的帶寬比較半導體光放大器光放大器Gω0增益頻率ω0GFPAGTWAΔωTWAΔωPFAFPA3.噪聲系數(shù)SOA噪聲系數(shù)的范圍是從6dB到9dB。半導體光放大器光放大器3.噪聲系數(shù)SOA噪聲系數(shù)的范圍是從6dB到9dB。半導體摻雜光纖放大器光隔離器光隔離器波分復用器輸入光信號輸出光信號濾波器熔接點摻鉺光纖EDFA泵浦源1.

摻鉺光纖放大器（EDFA）的基本結(jié)構(gòu)光隔離器是防止反射光影響光放大器穩(wěn)定工作，保證光信號只能正向傳輸?shù)钠骷?。光濾波器的作用是濾除光放大器的噪聲、降低噪聲對系統(tǒng)的影響,提高系統(tǒng)的信噪比.波分復用器也稱為合波器，它的功能是將980/1550nm或1480/1550nm波長的泵浦光和信號光合路后送入摻鉺光纖，對它的要求是插入損耗小，而且對光的偏振不敏感。光放大器摻雜光纖放大器光隔離器光隔離器波分復用器輸入光信號輸出光信號摻鉺光纖是一段長度大約為10～100m的石英光纖，將稀土元素鉺離子注入到纖芯中，濃度約為25㎎/㎏。泵浦光源為半導體激光器，輸出的光功率為10～100mW，工作波長約為980nm或1480nm。按照泵浦光源的泵浦方式不同，EDFA又可有三種不同的結(jié)構(gòu)方式:（1）同向泵浦結(jié)構(gòu)泵浦光與信號光從同一端注入摻鉺光纖。在摻鉺光纖的輸入端，泵浦光較強，故粒子反轉(zhuǎn)激勵也強，其增益系數(shù)大，信號一進入光纖即得到較強的放大。但是由于吸收的原因，泵浦光將沿光纖長度衰減，使在一定的光纖長度上達到增益飽和。其優(yōu)點是構(gòu)成簡單，具有較好的噪聲性能。缺點是輸出功率低。摻雜光纖放大器光放大器光隔離器光隔離器波分復用器輸入光信號輸出光信號濾波器熔接點摻鉺光纖EDFA泵浦源摻鉺光纖是一段長度大約為10～100m的石英光纖，將稀土元泵（2）反向泵浦結(jié)構(gòu)泵浦光與信號光從不同的方向輸入摻鉺光纖，兩者在摻鉺光纖中反向傳輸。其優(yōu)點是：當光信號放大到很強時，泵浦光也強，不易達到飽和，輸出功率高，但是噪聲性能差。光隔離器光隔離器波分復用器輸入光信號輸出光信號濾波器EDFA泵浦源熔接點摻鉺光纖摻雜光纖放大器光放大器（2）反向泵浦結(jié)構(gòu)泵浦光與信號光從不同的方向輸入摻鉺光纖，兩（3）雙向泵浦結(jié)構(gòu)有兩個泵浦光源，其中一個泵浦光與信號光以同一方向注入摻鉺光纖，另一個泵浦光從相反方向注入摻鉺光纖。這種方式結(jié)合了同向泵浦和反向泵浦的優(yōu)點，使泵浦光在光纖中均勻分布從而使其增益在光纖中均勻分布。光隔離器光隔離器波分復用器輸入光信號輸出光信號濾波器EDFA泵浦源熔接點摻鉺光纖

波分復用器泵浦源摻雜光纖放大器光放大器（3）雙向泵浦結(jié)構(gòu)有兩個泵浦光源，其中一個泵浦光與信號光以同泵浦光功率Fn反向泵浦雙向泵浦輸出光功率同向泵浦輸出光功率摻鉺光纖長度雙向泵浦反向泵浦同向泵浦Fn反向泵浦同向泵浦雙向泵浦

(a)轉(zhuǎn)換效率的比較(c)噪聲系數(shù)與摻鉺光纖長度之間的關系三種泵浦方式的微分轉(zhuǎn)換效率分別為61%和76%和77%。隨著輸出功率的增加，粒子反轉(zhuǎn)數(shù)將下降，結(jié)果是使噪聲指數(shù)增大。不管摻鉺光纖的長度如何，同向泵浦方式的EDFA噪聲最小。摻雜光纖放大器光放大器(b)噪聲系數(shù)與放大器輸出功率的關系泵浦光功率Fn反向泵浦雙向泵浦輸同向泵浦輸出光功率摻鉺光纖長2.

摻鉺光纖放大器的工作原理簡單地說，就是在泵浦源的作用下，在摻鉺光纖中出現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生了受激輻射，從而使光信號得到放大。（1）能級與泵浦泵浦光980nm能級1（0ev）τsp=1μs泵浦光1480nm受激輻射信號光（1500～1600nm）自發(fā)輻射光（1500～1600nm）ASE能級2（0.80ev）能級3（1.27ev）τsp=10ms摻鉺石英的能級圖，用三能級表示摻雜光纖放大器光放大器EDFA得到廣泛應用的原因噪聲2.

摻鉺光纖放大器的工作原理簡單地說，就是在泵浦源的作用下（2）增益EDFA的增益不是簡單一個常數(shù)或解析式，它與摻鉺光纖的長度、鉺離子濃度、泵浦功率等因素有關。增益與摻鉺光纖長度的關系摻雜光纖放大器光放大器（2）增益EDFA的增益不是簡單一個常數(shù)或解析式，它與摻鉺光經(jīng)常用關系式來估算增益EDFA增益和噪聲與輸入光信號功率之間的關系8GEFn輸入功率（dBm）Fn(dB)GE(dB)765430252015105-45-40-35-30-25-20-15-10-5摻鉺光纖放大器的最大輸出功率常用3dB飽和輸出功率來表示，即當飽和增益下降3dB時所對應的輸出光功率值。它表示了摻鉺光纖放大器的最大輸出能力。摻雜光纖放大器光放大器經(jīng)常用關系式來估算增益EDFA增益和噪聲與輸入光信號功率之間（3）噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)與摻鉺光纖長度和泵浦功率有關噪聲系數(shù)還與泵浦源波長有關，使用980nm泵浦源的噪聲特性優(yōu)于1480nm泵浦源。EDFA噪聲系統(tǒng)的變化范圍在3.5dB到9dB之間。3.EDFA增益平坦性摻鉺光纖增益系數(shù)與波長的關系10增益系數(shù)(dB/m)8642波長（nm）14801500152015401560摻雜光纖放大器光放大器（3）噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)與摻鉺光纖長度和泵浦功率有關噪聲系數(shù)還為了獲得較為平坦的增益特性，增大EDFA的帶寬，有兩種方法可以采用。一種是采用新型寬譜帶摻雜光纖，如在纖芯中再摻入鋁離子；另一種方法是在摻鉺光纖鏈路上放置均衡濾波器。波長摻鉺光纖增益波長濾波器特性波長放大器增益均衡濾波器摻鉺光纖摻鉺光纖EDFA中的均衡濾波器作用摻雜光纖放大器光放大器為了獲得較為平坦的增益特性，增大EDFA的帶寬，有兩種方法波4.EDFA的性能指標摻雜光纖放大器光放大器4.EDFA的性能指標摻雜光纖放大器光放5.摻鐠光纖放大器摻鐠光纖放大器PDFA工作在1310nm波段目前已研制出的PDFA模塊所采用泵浦波長為1017nm，在1310nm波長處放大器的增益可達24dB，噪聲系數(shù)為6.6。在－3dBm輸入時放大波段為1281nm－1381nm，放大帶寬達37nm。增益和噪聲與波長的關系波長（μm）20Fn(dB)增益(dB)2015105510151.281.301.321.34Fn增益摻雜光纖放大器光放大器5.摻鐠光纖放大器摻鐠光纖放大器PDFA工作在1310n6.摻銩光纖放大器摻銩光纖是在氟化物玻璃中摻入銩離子制作的，其工作波長范圍為1450nm－1480nm，增益可達22dB，噪聲指數(shù)在6dB以下。主要與EDFA配合應用在DWDM系統(tǒng)中。摻雜光纖放大器光放大器6.摻銩光纖放大器摻銩光纖是在氟化物玻璃中摻入銩離子制作的喇曼光纖放大器基于受激喇曼散射機理，可以制造出喇曼光纖放大器RFA(RamanFiberAmplifier)。小功率信號光的頻率為大功率泵浦光的頻率為它們的頻差(也稱作頻移)落在喇曼增益譜帶寬范圍之內(nèi)，則信號光沿著光纖傳輸時將得到有效的放大。對于固定的泵浦光頻率，由于喇曼增益譜寬度很大，所以利用SRS效應可以在相當寬的波長范圍對信號光進行放大。光放大器？？？喇曼光纖放大器基于受激喇曼散射機理，可以制造出喇曼光纖放大器1.增益在長為L的光纖輸出端，信號光功率若沒有喇曼放大，經(jīng)光纖輸出的信號為故喇曼放大器的小信號增益定義為隨著信號光的增強，泵浦光的減弱，增益會逐漸降低達到飽和。喇曼光纖放大器光放大器光纖對信號光的衰減系數(shù)1.增益在長為L的光纖輸出端，信號光功率若沒有喇曼放大，經(jīng)光可算得飽和增益喇曼光纖放大器光放大器可算得飽和增益喇曼光纖放大器光放2.帶寬光纖的SRS增益與喇曼增益系數(shù)之間的關系是由喇曼增益譜曲線可見，在增益峰值附近的增益帶寬約為6THz~7THz。如果采用不同波長的多個泵浦源同時作用，則可獲得更為平坦的，帶寬更寬的增益特性。目前喇曼放大器的帶寬已達132nm。喇曼光纖放大器光放大器2.帶寬光纖的SRS增益與喇曼增益系數(shù)之間的關系是由喇曼增益光放大器的應用1.在線放大(in-lineamplifier)光放大器光發(fā)射機

光接收機光纖鏈路作用：補償傳輸損耗副作用：要考慮放大器噪聲等因素的影響，使用多個在線放大器,光纖鏈路中會積累ASE噪聲，它隨著信號光一起傳輸，最終影響輸出端的信噪比,造成信噪比下降。通過放大器增益和級聯(lián)數(shù)目的選擇，可以得到總增益和

的最佳組合一般而言，選擇在線放大器的輸入信號標稱范圍從增益大于15dB。光放大器光放大器的應用1.在線放大(in-lineamplifie2.前置放大光放大器光發(fā)射機

光接收機光纖鏈路作用：在光電檢測之前將弱信號放大，可以抑制在接收機中由于熱噪聲引起的信躁比下降。前置放大器的加入，可以提高接收機的靈敏度。光放大器的應用光放大器2.前置放大光放大器光發(fā)射機光接收機光纖鏈路作用：在光電檢光放大器光發(fā)射機

光接收機光纖鏈路3.功率放大（powerboaster）作用：可使傳輸距離增加10km－100km。如果同時使用前置放大，即可實現(xiàn)200km－250km的無中繼海底傳輸。由于功率放大器直接放置于光發(fā)射機后，其輸入功率較高，要求的泵浦功率也較大。其輸入一般要在－8dBm以上，具有的增益必須大于5dB。光放大器的應用光放大器光放大器光發(fā)射機光接收機光纖鏈路3.功率放大（power例5.1.1用EDFA做功率放大器，設其增益為20dB，泵浦波長為λ=980nm，輸入光信號的功率為0dBm，波長為1550nm，求所用的泵浦源功率為多少？解：入射功率0dBm，即為1mw。由功率放大器增益表達式光放大器的應用光放大器光放大器的應用光放第5章光網(wǎng)絡器件

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光放大器★無源器件第5章光網(wǎng)絡器件

光器件概述作用:

實現(xiàn)光信號的連接、能量分路/合路、波長復用/解復用、光路轉(zhuǎn)換、能量衰減、方向阻隔等功能。是構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)的必備元件。類型：包括：光連接器、光衰減器、光耦合器、光復用器、光隔離器、環(huán)行器、光濾波器、光解復用器等發(fā)展趨勢：集成化、全光纖化光器件概述作用:實現(xiàn)光信號的連接、能量分路/合路、波長復用定義：對同一波長的光功率進行分路或合路類型：Y型、X型22耦合器、1N型、MN型全光纖型、微光元件型、集成光波導型功能：光信號的分配、合成、提取、監(jiān)控等。1321243光耦合器—Coupler定義：對同一波長的光功率進行分路或合路1321243光耦合器1、插入損耗：特定的輸出端口的功率相對全部輸入功率的減少值，用分貝表示。2、附加損耗：所有端口輸出功率的總和相對于全部輸入功率以分貝表示的減小值。3、分光比或耦合比：輸出端口間光功率分配的百分比特性參數(shù)：光耦合器—Coupler1、插入損耗：特定的輸出端口的功率相對全部輸入功率的減少值，4、方向性（串擾）：一個端口的輸入信號與散射或反射回另一個輸入端口的光功率間的隔離度。以22光纖耦合器為例：5、均勻性(uniformity)定義為在器件的工作帶寬范圍內(nèi)各輸出端口輸出光功率的最大變化量6、偏振相關損耗(polariztiondependentloss)指當傳輸光信號的偏振態(tài)發(fā)生360o變化時，器件各輸出光功率的最大變化量.光耦合器—Coupler4、方向性（串擾）：一個端口的輸入信號與散射或反射回另一個輸目前,國內(nèi)外普遍采用熔融拉錐法(FBT)制作光纖耦合器,用這種方法制作的光纖耦合器,由于具有損耗低、性能穩(wěn)定、成本低且制作容易等特點而日益受到人們的重視。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式靠攏，在高溫加熱下熔融，同時向兩側(cè)拉伸，最終形成雙錐體形式的特殊波導結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法。光耦合器—Coupler目前,國內(nèi)外普遍采用熔融拉錐法(FBT)制作光纖耦合器在單模光纖中，傳導模是兩個正交的基模信號,當傳導模進入熔錐區(qū)時，隨著纖芯不斷變細，V值不斷減小，模場直徑越來越比纖芯直徑大，于是越來越多的光模傳輸?shù)焦饫w包層中；在熔錐區(qū)，由于兩光纖包層合并在一起，纖芯足夠逼近，光從一根纖芯耦合到另一纖芯；在逐漸離開拉錐區(qū)時，隨著纖芯的逐漸變粗，V值重新增大．光模以特定的比例重新被限制在兩光纖纖芯中，實現(xiàn)了功率的再分配。在若導近似下，光纖的耦合模方程為：兩光纖模場振幅

和是兩光纖在孤立狀態(tài)時的傳播常量互耦合系數(shù)自耦合系數(shù)光耦合器—Coupler在單模光纖中，傳導模是兩個正交的基模信號,當傳導模進入熔錐區(qū)假設：且時光纖耦合模方程的解為：式中光耦合器—Coupler假設：且時光纖耦合模方程的解由此可知每根光纖中的功率為：假定：，光功率由一根光纖注入當兩根光纖完全相同時，有即影響拉伸長度與耦合功率的關鍵參數(shù)就是耦合系數(shù)C，而耦合系數(shù)C的確定，需要用不同的模型來近似。光耦合器—Coupler由此可知每根光纖中的功率為：假定：錐體頸部區(qū)域縱向為平行線形如圖（a）橫向切面為矩形如圖（b）光耦合器—Coupler錐體頸部區(qū)域縱向為平行線形如圖（a）光耦合器—Couple錐體頸部區(qū)域縱向為拋物線型如圖（a）橫向切面為相切的雙圓形如圖（b）光耦合器—Coupler錐體頸部區(qū)域縱向為拋物線型如圖（a）光耦合器—Coupler1310nm1550nm拉伸長度為8.936mm，纖芯間隔0.65微米

光耦合器—Coupler1310nm1550nm拉伸長度為8.936mm，纖芯間隔0光耦合器—Coupler光耦合器—Coupler耦合臂光纖的相位總比直通光纖的相位滯后/2。耦合區(qū)兩纖芯中光功率隨耦合區(qū)長度的耦合交換規(guī)律。可根據(jù)耦合比要求，決定拉伸長度，但拉錐長度太長，纖芯變得過細后，將引起能量輻射，功率降低，插入損耗明顯增加。實際制作中耦合臂光纖的相位總比直通光纖的相位滯后/2。耦合區(qū)兩纖芯中光網(wǎng)絡器件教材課件波導型光耦合器利用平面介質(zhì)光波導工藝制作的光耦合器件．往往是在鈮酸鋰等襯底材料上，以薄膜沉積、光刻、擴散等工藝將所需的波導結(jié)構(gòu)制成芯片。光耦合器—Coupler波導型光耦合器利用平面介質(zhì)光波導工藝制作的光耦合器件．往往是Y-Coupler(Splitter)port1port2(50%)＋port3(50%)問題：如果從左端輸入100uw的功率則右邊兩端各為50uw，但是如果從右邊兩端各輸入50uw的功率，則左邊出射功率為多少呢？光耦合器—CouplerY-Coupler(Splitter)問題：如果從左端輸入3dBcoupler光耦合器—Coupler3dBcoupler光耦合器—CouplerIsolators&Circulators非互易器件用途：放置于激光器及光放大器后面，防止系統(tǒng)中的反射光對器件性能的影響甚至損傷，即只允許光單向傳輸。主要指標：低的插入損耗(對正向入射光，~1dB)高的隔離度(對反向反射光，40~50dB)原理：一般由起偏器、檢偏器和旋光器組成。光隔離器與環(huán)形器Isolators&Circulators非互易器件光與輸入偏振態(tài)有關的光隔離器的工作原理Polarizer

Polarizer

Faradayrotator

Blocked

Reflectlight

Lightout

Lightin

起偏器與檢偏器的透光軸成450角，旋光器使通過的光發(fā)生450旋轉(zhuǎn)。當垂直偏振光入射時，全部通過起偏器。經(jīng)旋光器后，光軸旋轉(zhuǎn)450，恰與檢偏器透光軸一致而獲得低損耗傳輸。如果有反射光出現(xiàn)且反向進入隔離器的只是與檢偏器光軸一致的那一部分光，經(jīng)旋光器被旋轉(zhuǎn)450

，變成水平線偏振光，正好與起偏器透光軸垂直，所以光隔離器能阻止反射光的通過。光隔離器與環(huán)形器與輸入偏振態(tài)有關的光隔離器的工作原理PolarizerPo基本原理：工作原理等同于隔離器，光傳送順序：1234（三端口，四端口，多端口）三端口光環(huán)行器四端口光環(huán)行器光環(huán)形器回波損耗如何測量？？主要特性：

插入損耗隔離度回波損耗隔離器的回波損耗測量圖光隔離器與環(huán)形器基本原理：工作原理等同于隔離器，三端口光環(huán)行器四端口光環(huán)行器IsolatorsIsolator/couplerhybrids光隔離器與環(huán)行器IsolatorsIsolator/couplerhybr濾波器固定濾波器:允許一個確定波長的信號光通過?？烧{(diào)諧濾波器:在一定光帶寬范圍內(nèi)動態(tài)地選擇波長。光濾波器λk(固定)λ1，λ2，…λn光濾波器λi(可調(diào))Δλλ1λ2λn1.固定波長濾波器

中心波長λ0，帶寬Δλ，插入損耗和隔離度等。主要參數(shù)：濾波器固定濾波器:允許一個確定波長的信號光通過。光濾波器λk（1）薄膜干涉濾波器

如何解釋薄膜干涉濾波器的原理？？濾波器（1）薄膜干涉濾波器

如何解釋薄膜干涉濾波器的原理？？濾波器（2）法布里－珀羅固定波長濾波器

L平行鏡入射光平行鏡透射光R1FSRΔfP－F頻率R2R1<R2TFPF10.5濾波器該濾波器的傳輸特性可由下式表示（2）法布里－珀羅固定波長濾波器

L平行鏡入射光平行鏡透射光周期長度稱為自由光譜范圍FSR

F-P濾波器的帶寬F-P濾波器的精細度反映濾波器的選擇性，即能分辨的最小頻率差。濾波器周期長度稱為自由光譜范圍FSR

F-P濾波器的帶寬F-P濾波2．可調(diào)諧濾波器屬于有源器件，它通過控制電壓或溫度的變化來改變?yōu)V波器的某些參數(shù)，從而達到波長動態(tài)選擇的目的。主要參數(shù)有調(diào)諧范圍、帶寬、可分辨信道數(shù)、調(diào)諧速度、插入損耗、偏振相關損耗和分辨率等?？煞直嫘诺罃?shù)是信道范圍與最小信道間隔之比。調(diào)諧速度指的是濾波器調(diào)到指定波長所需要的時間。分辨率是濾波器能檢測的最小波長偏移。濾波器2．可調(diào)諧濾波器屬于有源器件，它通過控制電壓或溫度的變化來改（1）光纖法布里－珀羅濾波器

光纖壓電陶瓷壓電陶瓷光纖反射鏡支架濾波器（1）光纖法布里－珀羅濾波器

光纖壓電陶瓷壓電陶瓷光纖反射鏡（2）馬赫－曾德干涉濾波器MZIMach-ZehnderInterferometer長度相差L的兩根波導，用來在兩臂間產(chǎn)生與波長有關的相移對輸入信號進行分路的3dB耦合器通過分裂輸入光束以及在一條通路上引進一個相移，重組的信號將在一個輸出端產(chǎn)生相加性干涉，而在另一個輸出端產(chǎn)生相消性干涉，信號最后只會在一個輸出端口出現(xiàn)。在輸出端將信號復合的3dB耦合器濾波器（2）馬赫－曾德干涉濾波器MZIMach-ZehnderIInput1Output2Output1/2+L+/2=L+/2+L-/2=LL=2neffL

/=kk為奇數(shù)k為偶數(shù)Output1Output2濾波器Input1Output2Output1/2+L利用3個22MZI元件構(gòu)成四通道復用器：1

2

3

4＋213241

32

4MZI1L1MZI2L2MZI3L3＋＋3ABCD濾波器利用3個22MZI元件構(gòu)成四通道復用器：123聲光可調(diào)諧濾波器λ1λ2λ3換能器λ1（選擇）λ2λ3（拒絕）TE電壓輸入偏振輸出偏振TMTE(λ1)TM(λ1)濾波器聲光可調(diào)諧濾波器λ1λ2λ3換能器λ1（選擇）λ2λ3（拒根據(jù)工作原理分類：位移型光衰減器橫向位移型光衰減器縱向位移型光衰減器直接鍍膜型光衰減器（吸收模或反射模型）衰減片型光衰減器液晶型光衰減器光衰減器光衰減器—Attenuator根據(jù)工作原理分類：位移型光衰減器橫向位移型光衰減器縱向位移型光衰減器固定光衰減器可變光衰減器尾纖式固定光衰減器轉(zhuǎn)\變換器式固定光衰減器SC—FC型、FC—ST型、SC—ST型、SC型、FC型、ST型小可變光衰減器步進可變光衰減器連續(xù)可變光衰減器機械型智能型根據(jù)結(jié)構(gòu)來分：光衰減器—Attenuator光衰減器固定光衰減器可變光衰減器尾纖式固定光衰減器轉(zhuǎn)\變換器光衰減器結(jié)構(gòu)與工作原理

1、位移型光衰減器兩段光纖連接時，纖芯錯位、端面間隙都會引起連接器損耗。如果將光纖的對中精度做適當?shù)恼{(diào)整，就可以控制連接時的衰減量。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)生一定錯位，使光能量損失一些，從而可以控制衰減量。光衰減器—Attenuator光衰減器結(jié)構(gòu)與工作原理1、位移型光衰減器兩段光纖連接時，纖特點僅用于固定衰減器回波損耗大，偏振無關體器件d橫向位移型光衰減器—Attenuator特點d橫向位移型光衰減器—Attenuator縱向位移型特點：

用于固定衰減器和一些小型可調(diào)光衰減器偏振無關體器件光衰減器—Attenuator縱向位移型特點：光衰減器—Attenuator光衰減片型特點不具備連續(xù)可變的衰減特性體器件P/4CollimatingFiberP/4FocusingFiber衰減盤不同衰減量的衰減片光衰減器—Attenuator光衰減片型特點P/4FiberP/4Fiber衰減盤不同衰減雙輪式可變光衰減器P/4CollimatingFiberP/4FocusingFiberSteptype

步進式雙輪可變光衰減器：在光路中插入兩個具有固定衰減量的衰減圓盤，通過旋轉(zhuǎn)這兩個圓盤．使兩個圓盤上的不同衰減片相互組合，獲得多檔衰減量。連續(xù)可變衰減器是將步進式雙輪可變光衰減器的第二個衰減片換成一片連續(xù)變化的衰減片而形成。光衰減器—Attenuator雙輪式可變光衰減器P/4FiberP/4FiberStep平移式光衰減器P/4CollimatingFiberP/4FocusingFiber衰減片改用全量程連續(xù)變化的中性濾光片，這種濾光片光學密度隨濾光片平移方向呈線性變化，垂直于光路平移濾光片即可調(diào)節(jié)光衰減器的衰減量。衰減片光衰減器—Attenuator平移式光衰減器P/4FiberP/4Fiber衰減片改用全量液晶型光衰減器P/4CollimatingFiberP/4FocusingFiberLiquidcrystal

電極

如果晶體不加電壓時，出射光功率等于入射光功率，當晶體加上電壓時，由于晶體的電光效應，出射光功率小于入射光功率，達到衰減的目的。光衰減器—Attenuator液晶型光衰減器P/4FiberP/4FiberLiquid技術(shù)指標：衰減量、精度、回波損耗、頻譜特性固定光衰減器尾纖式衰減量調(diào)節(jié)旋鈕光衰減器—Attenuator技術(shù)指標：衰減量、精度、回波損耗、頻譜特性固定光衰減器尾纖式光網(wǎng)絡器件教材課件技術(shù)指標：插入損耗：光信號通過連接器之后，其輸出光功率相對輸入光功率的比率的分貝數(shù)?；夭〒p耗：反射損耗，光纖連接處，后向反射光相對輸入光的比率的分貝數(shù)。重復性和互換性光連接器—Connector技術(shù)指標：光連接器—Connector損耗來源損耗來源光連接器—Connector改進回波損耗的方法如圖(a)．將裝有光纖的插針體端面加工成曲率半徑25—60mm的球面，這樣兩插針接觸時纖芯間隙接近于0，達到“物理接觸”，則端面間隙損耗和菲涅耳損耗將為0，從而后向反射光大大減小。這種方法可使回波損耗達到50dB以上。圖（b）是將插針體端面先加工成80左右的傾角，然后再拋磨成斜球面，這種接觸法除了具有球面接觸的優(yōu)點外，還可以將微弱的后向反射光加以旁路，使其難以進入原來的纖芯，從而可以進一步改進回波損耗．使其達到60dB以上。光連接器—Connector改進回波損耗的方法如圖(a)．將方法：利用各種技術(shù)準直纖芯插入損耗目前水平0.2dB減低反射技術(shù)：APC類型：FC、SC、ST其它：多芯光纜連接器、保偏光纖連接器、密封型光纖連接器活動連接器P/4CollimatingFiberP/4FocusingFiber

準直器Collimator方法：利用各種技術(shù)準直纖芯活動連接器P/4FiberP/4FP=2/gP/2光在自聚焦透鏡里面的傳輸性質(zhì)活動連接器P=2/gP/2光在自聚焦透鏡里面的傳輸性質(zhì)活動連接器ST型：采用帶鍵的卡口式鎖緊機構(gòu)，確保連接時準確對中。SC型：外殼采用工程塑料，矩形結(jié)構(gòu)，便于密集安裝，不用螺紋連接，可以直接插拔。FC型：螺紋連接。外部材料為金屬ST型：采用帶鍵的卡口式鎖緊機構(gòu)，確保連接時準確對中。SC型光網(wǎng)絡器件教材課件包括：熔接法、V形槽法和套管法等。固定連接器包括：熔接法、V形槽法和套管法等。固定連接器實現(xiàn)光通道的通斷和轉(zhuǎn)換。光網(wǎng)絡中的關鍵器件。開關時間是光開關的主要指標。不同的應用場合,對光開關的開關時間要求不同。應用開關時間需求光路的交換及管理(OADM、OXC)1~10ms保護開關1~10ms光包交換1ns外調(diào)制10ps

消光比、插損、串話、偏振相關性(PDL)也是光開關的重要參數(shù)光開關Switches實現(xiàn)光通道的通斷和轉(zhuǎn)換。光網(wǎng)絡中的關鍵器件。應用開關時間需求光開關的分類機械光開關集成光波導式光開關微光機電系統(tǒng)（MOEMS）光開關Switches光開關的分類機械光開關光開關Switches特點：低插損、低PDL、低串話(隔離度高)、性能穩(wěn)定、低價格，但速度慢(~ms)只能用在OXC和OADM節(jié)點中。是目前最為成熟，應用最廣的光開關活動光纖光纖光纖固定裝置機械式光開關特點：低插損、低PDL、低串話(隔離度高)、性能穩(wěn)定、低價格基本結(jié)構(gòu)：MZ干涉儀，通過改變某一干涉臂的材料溫度，而改變其相位差，進而實現(xiàn)光信號的通斷特點：可以集成、開關速度優(yōu)于機械式（ms）3dB耦合器波導臂薄膜加熱器相位移動熱光效應光開關基本結(jié)構(gòu)：MZ干涉儀，通過改變某一干涉臂的材料溫度，而改變其LiNbO3波導型電光開關：等同于外調(diào)制器特點：速度快（10ps~1ns）、偏振敏感、價格昂貴半導體光放大器SOA光開關：改變SOA驅(qū)動電流來實現(xiàn)特點：速度快（~ns）、無損開關，但引入ASE噪聲和可能導致信號畸變、價格昂貴電光效應光開關LiNbO3波導型電光開關：等同于外調(diào)制器電光效應光開