光無源器件第8章

第八章光無源器件

2024/4/11Page第八章光無源器件2024/4/11Page概述簡介是一種光學元器件工藝原理遵循光學的基本原理，即光線理論以及電磁波理論光通信設備的重要組成部分工藝涉及多種加工工藝，特別復雜2024/4/12Page概述簡介2024/4/12Page概述光無源器件主要分為以下幾種光纖準直器（FiberCollimators）光纖連接器（Connector）光耦合器件（Coupler）光衰減器（Attenuator）光隔離器（Isolator）光波分復用器（WDM）偏振光合波器（PBC）光開關(Switch)

光環(huán)形器（Circulator）2024/4/13Page概述光無源器件主要分為以下幾種2024/4/13Page概述

PPT內(nèi)容介紹各種無源器件的基本原理各種無源器件的種類各種無源器件的性能技術指標2024/4/14Page概述PPT內(nèi)容介紹2024/4/14Page光纖準直器（Collimator)

1.光纖準直器（FiberCollimator）2024/4/15Page光纖準直器（Collimator)1.光纖準直器（Fi光纖準直器（Collimator)原理與作用光纖準直器的基本原理是，將光纖端面置于準直透鏡的焦點處，使光束得到準直，然后在焦點附近輕微調(diào)節(jié)光纖端面位置，得到所需工作距離，因此準直器的工作距離與光纖頭和透鏡的間距L相關。光纖準直器的作用是將光纖輸出的束腰半徑較小而發(fā)散角較大的近似高斯光束轉(zhuǎn)化為腰斑較大而發(fā)散角較小的光束，以增加對軸向間距的容查從而提高光纖與光纖之間的耦合效率，這樣可使兩準直器之間保持較長的距離，可以插入光學元件以實現(xiàn)器件性能。如下圖所示；2024/4/16Page光纖準直器（Collimator)原理與作用2024/4/光纖準直器（Collimator)原理示意圖

腰斑較大發(fā)散角小

GrinLens（1/4透鏡）FiberPigtail束腰半徑小發(fā)散角大GlassSleeve近高斯光束折射率徑向變化示意圖

玻璃套管光纖尾纖2024/4/17Page光纖準直器（Collimator)原理示意圖腰斑較大光纖準直器（Collimator)種類C-Lens光纖準直器:Cylindrical-Lens,球端面透鏡技術準直器G-Lens光纖準直器:GrinLens,斜端面折射率徑向漸變技術準直器

C-Lens可通過增大端面曲率半徑來增加工作距離，比G-Lens改變參數(shù)相對容易，長工作距離應用中具有優(yōu)勢，而在普通應用中，也因其成本優(yōu)勢受到歡迎。只是在Filter型WDM中，需要在透鏡的端面粘貼濾波片，Grin-Lens端面為平面易于貼片。

2024/4/18Page光纖準直器（Collimator)種類C-Lens光纖準直光纖準直器（Collimator)UV膠

Epoxy環(huán)氧樹脂制作工藝Lens組裝玻璃管Lens2024/4/19Page光纖準直器（Collimator)UV膠Epoxy環(huán)氧樹脂光纖準直器（Collimator)制作工藝Pigtail組裝對齊后作標記斜面對齊2024/4/110Page光纖準直器（Collimator)制作工藝Pi光纖準直器（Collimator)制作工藝LensHolder套管組裝Lens

Holder

2024/4/111Page光纖準直器（Collimator)制作工藝Le主要性能技術指標：Wavelength（波長）=1520~1580nmInsertionLoss（插入損耗）<0.15dBReturnLoss（回波損耗）>65dBTensileLoad（拉力）>5NWorkingDistance（工作距離）:10mm光纖準直器（Collimator)2024/4/112Page主要性能技術指標：Wavelength（波長）=1520連接器（Connector）2.連接器（Connector）2024/4/113Page連接器（Connector）2.連接器（Connect連接器（Connector）基本原理光纖連接器的基本原理是采用某種機械和光學機構，是兩根光纖的纖心對準，保證90％以上的光可以通過。光纖連接器是光學元器件中的基礎元件，除了實現(xiàn)光纖之間的連接外，它還具有將光纖光纜、有源器件、其他無源器件、系統(tǒng)與儀表實現(xiàn)連接的功能。2024/4/114Page連接器（Connector）基本原理2024/4/114Pa連接器（Connector）種類1、活動連接器：

a、連接器插頭（PlugConnector）使光纖（纜）在轉(zhuǎn)換器或變換器中完成插拔功能的器件

b、轉(zhuǎn)換器（Adaptor）把光纖（纜）插頭連接在一起，從而實現(xiàn)光纖接通的器件

c、跳線（JumperConnector）一根光纖（纜）的兩端都裝上插頭

d、變換器（Converter）使某種型號的插頭換成另一種型號插頭的器件

e、裸光纖轉(zhuǎn)換器（BareFiberAdaptor）使裸光纖與光源、探測器、各類光儀表連接的器件2、固定連接器：主要為光纖熔接（FiberFusingSplicing）2024/4/115Page連接器（Connector）種類1、活動連接器：2024/4連接器（Connector）基本制造類型2024/4/116Page連接器（Connector）基本制造類型2024/4/116各種制造標準連接器（Connector）2024/4/117Page各種制造標準連接器（Connector）2024/4/11連接器（Connector）

插針端面

PC：Non-angledPhysicalContactconnector

無角度接觸連接器

APC：AngledPhysicalContactconnector有角度接觸連接器這里端面一般為球面，球面增加回損。比較兩種連接器，APC斜球端面連接器可以在接觸時產(chǎn)生更大的回波損耗，其數(shù)值可以達到50-70dB，而一般的PC端面連接器回損約為30-40dB，只是由于角度位置的要求，APC連接器制作工藝會稍微復雜。

2024/4/118Page連接器（Connector）插針端面2024/4/1連接器（Connector）

部分連接器圖例

SC/PCSC/APC2024/4/119Page連接器（Connector）部分連接器圖例SC/PCSC/FC/PCFC/APC連接器（Connector）2024/4/120PageFC/PCFC/APC連接器（Connector）2024/LC/PCLC/APC連接器（Connector）2024/4/121PageLC/PCLC/APC連接器（Connector）2024/MU/PCMU/APC連接器（Connector）2024/4/122PageMU/PCMU/APC連接器（Connector）2024/ST/PC連接器（Connector）2024/4/123PageST/PC連接器（Connector）2024/4/123PE2000/PCE2000/APC連接器（Connector）2024/4/124PageE2000/PCE2000/APC連接器（ConnectorF3000/PCF3000/APC

Note:SFFConnector:SmallFormFactor(1.25mmferruleOD).

連接器（Connector）2024/4/125PageF3000/PCF3000/APC

插針A插針B光纖插針連接器（Connector）插針套筒式連接器示意圖2024/4/126Page插針A插針B光纖插針連接器（Connector）插針套筒LC/PC連接器組裝結(jié)構連接器（Connector）組裝前組裝后2024/4/127PageLC/PC連接器組裝結(jié)構連接器（Connector）組裝前組主要性能技術指標連接器（Connector）1、插入損耗（InsertionLoss)2、回波損耗（ReturnLoss）3、重復損耗：多次插拔的損耗4、互換損耗：連接器部件互換時損耗2024/4/128Page主要性能技術指標連接器（Connector）1、插入損耗（I光耦合器（Coupler）3.光耦合器（Coupler）2024/4/129Page光耦合器（Coupler）3.光耦合器（Coupler光耦合器（Coupler）耦合器件的定義以及種類光耦合器是重要的無源器件，可是傳輸中的光信號在特殊結(jié)構的耦合區(qū)發(fā)生耦合，然后進行再分配。種類從功能上分光功率（Splitter）和光波長分配耦合器（WDMCoupler）；從端口形式可分為X形、Y形、星形以及樹形耦合器；從工作帶寬分窄帶耦合器、單工作窗口寬帶耦合器、雙工作窗口的寬帶耦合器；從傳導光模式分多模耦合器、單模耦合器。熔融拉錐型全光纖耦合器應為其良好的綜合優(yōu)勢成為現(xiàn)在制作耦合器的主要方法。JDSU主要制造此類Coupler，為本章節(jié)專講內(nèi)容。2024/4/130Page光耦合器（Coupler）耦合器件的定義以及種類2024/4熔融拉錐型全光纖耦合器的優(yōu)勢1、極低的附加損耗：標準X型可達到0.05dB以下；2、方向性好：一般超過60dB;3、良好的環(huán)境穩(wěn)定性：例如在-40度－85度范圍內(nèi)可保持穩(wěn)定的工作特性；4、控制方法簡單、靈活；5、成本低廉：原料為一般光纖，自動化程度高，成品率高。光耦合器（Coupler）2024/4/131Page熔融拉錐型全光纖耦合器的優(yōu)勢光耦合器（Coupler）202光纖結(jié)構示意圖光耦合器（Coupler）Coating包膠層

Core纖芯Cladding涂覆層2024/4/132Page光纖結(jié)構示意圖光耦合器（Coupler）Coating包膠層光耦合器（Coupler）光線的傳播

1.MeridionalRay子午光線的傳播（總與光纖軸相交）CladdingCladding2024/4/133Page光耦合器（Coupler）光線的傳播1.Meridion2.SkewRay斜光線的傳播（射入角大于子午線，不與光纖軸相交）光線的傳播

光耦合器（Coupler）2024/4/134Page2.SkewRay斜光線的傳播（射入角大于子午線，不與光耦合器（Coupler）耦合機理：（單模光纖耦合器）

耦合即是入射光功率在熔融拉錐區(qū)域進行功率再分配，一部分通過“直通臂”繼續(xù)傳輸，另一部分由“耦合臂”傳到另一光路?；驹硎牵寒敼饩€輸入進入熔錐區(qū)輸入端時，由于纖芯的不斷變細，入射角度也不斷變大，當超過全反射的角度臨界點時，會有部分的光功率會逸出“輸入臂”熔錐區(qū)的光纖包層，這時光功率是以包層作為芯，纖外介質(zhì)（空氣）作為新的復合波導中傳播的；在輸出端，隨著纖芯變粗，入射角度逐漸變小，光功率被兩個纖芯以特定的比率捕獲。

2024/4/135Page光耦合器（Coupler）耦合機理：（單模光纖耦合器）耦合即

光耦合器（Coupler）耦合機理示意圖(1X2Single為例)

耦合區(qū)單模輸入光（小角度單一路徑）背散射臂

輸入臂入射角度變大

逸出折射光耦合臂形成新的全反射直通臂2024/4/136Page光耦合器（Coupler）耦合機理示意圖(1X2Sing

光耦合器（Coupler）熔融拉錐示意圖99.9％氫氣火焰拉力一定要打兩個結(jié)2024/4/137Page光耦合器（Coupler）熔融拉錐示意圖99.9％氫氣火焰

光耦合器（Coupler）V-shapeQuartzTube石英基板ShrinkTube熱縮套SiliconRubber硅膠StainlessSteelTube不銹鋼套Epoxy環(huán)氧膠UV膠Fiber光纖ShrinkTube熱縮套SiliconRubber硅膠V-shapeQuartzTubeV型石英基板StainlessSteelTube不銹鋼套結(jié)構示意圖2024/4/138Page光耦合器（Coupler）V-shapeQuartzT光耦合器（Coupler）主要性能技術指標1、插入損耗2、附加損耗（ExcessLoss）：全部輸出端口功率總和相對于全部輸入功率總和的減少值3、分光比（CouplingRatio）：耦合器各輸出端口的輸出功率的比值4、方向性（Directivity）：輸入側(cè)非注入光一端的輸出光功率與全部注入功率的比較值5、均勻性（Uniformity）:在器件工作帶寬范圍內(nèi)，各輸出端口輸出光功率的最大變化值6、偏振相關損耗（PolarizationDependentLoss）當傳輸光信號偏振態(tài)發(fā)生360度變化，器件各端口輸出光功率最大變化量7、隔離度（Isolation）光纖耦合器件某一光路對其他光路中光信號的隔離能力

2024/4/139Page光耦合器（Coupler）主要性能技術指標1、插入損耗20光衰減器（Attenuator）4.光衰減器（Attenuator）2024/4/140Page光衰減器（Attenuator）4.光衰減器（Atten光衰減器是重要的光學無緣器