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1、光器件光器件(2)(2)四、无源光器件四、无源光器件v 无源光器件无源光器件不需要电源的光通路部件。不需要电源的光通路部件。v无源光器件可分为无源光器件可分为连接用的部件连接用的部件和和功能性部功能性部件件两大类。两大类。v连接用的部件有各种光连接器，用做光纤和连接用的部件有各种光连接器，用做光纤和光纤、部件（设备）和光纤、或部件（设备）光纤、部件（设备）和光纤、或部件（设备）和部件（设备）的连接。和部件（设备）的连接。v功能性部件有分路器、耦合器、光合波分波功能性部件有分路器、耦合器、光合波分波器、光衰减器、光开关和光隔离器等，用于器、光衰减器、光开关和光隔离器等，用于光的分路、耦合、复用、
2、衰减等方面。光的分路、耦合、复用、衰减等方面。（1 1）光纤活动连接器）光纤活动连接器v功能：功能：1.1.实现光纤与光纤之间实现光纤与光纤之间的活动连接。的活动连接。2.2.实现光纤与有源器件实现光纤与有源器件之间的活动连接。之间的活动连接。3.3.实现光纤与无源器件实现光纤与无源器件之间的活动连接。之间的活动连接。4.4.实现光纤与系统和仪实现光纤与系统和仪表之间的活动连接。表之间的活动连接。光纤粘接剂套管插针体套管结构光纤连接器简图套管结构光纤连接器简图v把光纤用胶固定在玻璃毛细管的轴心上，磨把光纤用胶固定在玻璃毛细管的轴心上，磨平抛光，插入插针套管加上螺帽等固定件就平抛光，插入插针套管
3、加上螺帽等固定件就成了光纤插头。两个这样的光纤插头配上一成了光纤插头。两个这样的光纤插头配上一个连接插座，就可完成了光纤的活动连接。个连接插座，就可完成了光纤的活动连接。常用的端面接触形式常用的端面接触形式vFCFC型（型（face connectface connect平面接触型）平面接触型）v端面为垂直光纤轴心，无凹凸不平的跑光平面。端面为垂直光纤轴心，无凹凸不平的跑光平面。vPCPC（physical connect physical connect 物理接触型）物理接触型）v插针体的端面为抛光的球面，光纤芯子位于球冠的插针体的端面为抛光的球面，光纤芯子位于球冠的中心。中心。常见光纤接头
4、ST（圆形）光尾纤接头外形图（圆形）光尾纤接头外形图SC（方型）光尾纤接头外形图（方型）光尾纤接头外形图MU光尾纤接头外形图光尾纤接头外形图FC型光尾纤外形图型光尾纤外形图（2 2）光衰减器）光衰减器v功能功能v对光能量进行预期的衰减，是光能量减少。对光能量进行预期的衰减，是光能量减少。v可变光光衰减器：衰减量可在一定范围内变可变光光衰减器：衰减量可在一定范围内变化，用于测量光接收机灵敏度和动态范围。化，用于测量光接收机灵敏度和动态范围。光衰减器的基本原理光衰减器的基本原理v在玻璃基片上蒸镀透射系数（或反射系数）在玻璃基片上蒸镀透射系数（或反射系数）变化很小的金属膜，使通过镀膜玻璃片的光变化很
5、小的金属膜，使通过镀膜玻璃片的光功率被膜层材料吸收一部分，光强度受到衰功率被膜层材料吸收一部分，光强度受到衰减。金属膜可以是镍铬等化合物材料，光的减。金属膜可以是镍铬等化合物材料，光的衰减量有膜的厚度进行控制。衰减量有膜的厚度进行控制。（3 3）光耦合器）光耦合器v光分路耦合器的作用是对光信号进行分路和光分路耦合器的作用是对光信号进行分路和耦合。耦合。（4 4）光隔离器）光隔离器v光隔离器是保证光波只能正向传输，避免线光隔离器是保证光波只能正向传输，避免线路中由于各种因素而产生的反射光再次进入路中由于各种因素而产生的反射光再次进入激光器而影响激光器的工作稳定性。激光器而影响激光器的工作稳定性。
6、v光隔离器主要用在激光器或光放大器的后面。光隔离器主要用在激光器或光放大器的后面。（5 5）光开关）光开关v光开关对光路进行控制，将光接通，或将光光开关对光路进行控制，将光接通，或将光断开。断开。（6 6）光波分复用器）光波分复用器v波波分分复复用用就就是是将将几几路路不不同同波波长长的的光光信信号号，合合路路以以后后在在一一条条光光纤纤中中传传输输，在在接接收收端端经经分分路路后恢复成原来的路数。后恢复成原来的路数。v将将不不同同波波长长的的多多个个光光信信号号合合并并为为一一路路的的器器件件称为光合波器；称为光合波器；v将将光光信信号号按按不不同同波波长长分分开开的的器器件件称称为为光光分
7、分波波器。器。棱镜型光合波和光分波的原理图棱镜型光合波和光分波的原理图 衍射光栅型光合波和光分波的原理图衍射光栅型光合波和光分波的原理图光波分复用器的光学特性光波分复用器的光学特性v中心波长（中心波长（1 1 2 2 3 3 n+1n+1 ）vITU-TITU-T建建议议G.652G.652规规定定的的中中心心波波长长及及分分布布是是：标标称称中中心心波波长长以以1552.52nm(193.1THz)1552.52nm(193.1THz)为为中中心心，间隔为间隔为100GHz100GHz（0.8nm0.8nm）的整数倍。）的整数倍。v波长间隔波长间隔v相邻两中心波长的间隔。相邻两中心波长的间隔
8、。光波分复用器的光学特性光波分复用器的光学特性v中心波长处插入损耗中心波长处插入损耗v插插入入损损耗耗是是指指由由于于波波分分复复用用器器的的引引入入而而产产生生的功率损耗。的功率损耗。i i=10lg(P=10lg(P1 1/P/P2 2)vi i插入衰减插入衰减vP P1 1：第第i i个个复复用用通通道道在在中中心心波波长长0101上上的的输输入入光功率；光功率；vP P2 2：第第i i个个复复用用通通道道在在中中心心波波长长0101上上的的输输出出光功率；光功率；光波分复用器的光学特性光波分复用器的光学特性v通带通带v通过频带的宽度。定义为通带内衰减增加通过频带的宽度。定义为通带内衰
9、减增加0.5dB0.5dB是所对应的波长范围。是所对应的波长范围。通带0.5dB0波长转换器波长转换器v使信号从一个波长转换到另一个波长的器件。使信号从一个波长转换到另一个波长的器件。v根据波长转换机理可分为光电型波长转换器根据波长转换机理可分为光电型波长转换器和全光型波长转换器。和全光型波长转换器。v 光电型波长转换器v（2 2）全光型波长转换器）全光型波长转换器v主要由半导体光放大器（主要由半导体光放大器（SOASOA）构成。）构成。v 全光型波长转换器光放大器光放大器光放大器的概述、放大原光放大器的概述、放大原理、类型理、类型掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器半导体光放大器半导体光放大器光纤拉
10、曼放大器光纤拉曼放大器一、光放大器概述 光放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重光放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重要里程碑。要里程碑。光放大器出现之前，光纤通信的中继器采用光放大器出现之前，光纤通信的中继器采用光光电光电光(O-E-O)(O-E-O)变换方式。变换方式。装置复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信装置复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信道，在道，在WDMWDM系统中复杂性和成本倍增。系统中复杂性和成本倍增。光放大器（光放大器（O-OO-O）多波长放大、低成本。多波长放大、低成本。光放大器的原理 光放大器的功能：提供光信号增益，以补偿光信号在通路中的传输衰减，增大系统的无中
11、继传输距离。在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子数反转（非线性光纤放大器除外），然后通过受激辐射实现对入射光的放大。光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现入射光信号放大的一种器件。其机制与激光器完全相同。实际上，光放大器在结构上是一个没有反馈或反馈较小的激光器。3、光放大器的类型 利用稀土掺杂的光纤放大器（EDFA）利用半导体制作的半导体光放大器（SOA）利用光纤非线性效应制作的非线性光纤放大器（FRA）一、半导体光放大器一、半导体光放大器SOASOARR1 1RR2 2I I半导体光放大器示意图半导体光放大器示意图半导体光放大器示意图半导体光放大器示意图SOASOA也是一种也是一种也是一
12、种也是一种重要的光放大重要的光放大重要的光放大重要的光放大器，其结构类器，其结构类器，其结构类器，其结构类似于普通的半似于普通的半似于普通的半似于普通的半导体激光器。导体激光器。导体激光器。导体激光器。半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与有源层的介质特性。有源层的介质特性。有源层的介质特性。有源层的介质特性。根据光放大器端面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大根据光放大器端面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大根据光放大器端
13、面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大根据光放大器端面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大器分为：器分为：器分为：器分为：-法布里珀罗放大器法布里珀罗放大器法布里珀罗放大器法布里珀罗放大器(FP(FPSOA)SOA)-行波放大器行波放大器行波放大器行波放大器(TW(TWSOA)SOA)多峰值、带多峰值、带多峰值、带多峰值、带宽窄，不适宽窄，不适宽窄，不适宽窄，不适合通信系统合通信系统合通信系统合通信系统应用，只可应用，只可应用，只可应用，只可用于一些信用于一些信用于一些信用于一些信号处理。号处理。号处理。号处理。F-P半导体光放大器半导体光放大器入射光从左端面进入，通过具有增益的有源层，到达右
14、端面入射光从左端面进入，通过具有增益的有源层，到达右端面入射光从左端面进入，通过具有增益的有源层，到达右端面入射光从左端面进入，通过具有增益的有源层，到达右端面后，部分从端面反射，然后反向通过有源层至左端面，部分后，部分从端面反射，然后反向通过有源层至左端面，部分后，部分从端面反射，然后反向通过有源层至左端面，部分后，部分从端面反射，然后反向通过有源层至左端面，部分光从左端面出射，其余部分又从端面反射，再次通过有源层，光从左端面出射，其余部分又从端面反射，再次通过有源层，光从左端面出射，其余部分又从端面反射，再次通过有源层，光从左端面出射，其余部分又从端面反射，再次通过有源层，如此反复，使入射
15、光得到放大。如此反复，使入射光得到放大。如此反复，使入射光得到放大。如此反复，使入射光得到放大。行波半导体光放大器行波半导体光放大器vTWTWSOASOA与与FPFPSOASOA的区别在于端面的反射率的区别在于端面的反射率大小，大小，TWTWSOASOA具有极低的端面反射率，通具有极低的端面反射率，通常在常在0.1%0.1%以下。以下。vTWTWSOASOA的的增益、增益带宽和噪声特性都可增益、增益带宽和噪声特性都可以满足光纤通信的要求，但如下两个缺点限以满足光纤通信的要求，但如下两个缺点限制着它在光纤通信中的实际应用：制着它在光纤通信中的实际应用：对光信号偏振态的敏感性；对光信号偏振态的敏感
16、性；对光信号增益的饱和性。对光信号增益的饱和性。SOA Product二、掺铒光纤放大器二、掺铒光纤放大器v铒铒(ErEr)是一种稀土元是一种稀土元素素,原子序数为原子序数为6868，它是以三价离子的形它是以三价离子的形式参与工作的。式参与工作的。v参与激光放大过程的参与激光放大过程的能带：能带：vE1E1基态；基态；vE2E2受激辐射的高能级；受激辐射的高能级；vE3E3泵浦的高能级；泵浦的高能级；1、铒离子的电子能级图、铒离子的电子能级图v在外界泵浦源的作用下，基态上的粒子吸收在外界泵浦源的作用下，基态上的粒子吸收泵浦源的能量而跃迁到泵浦源的能量而跃迁到E3E3能级上。能级上。vE3E3能级上的电子主要通过无辐射跃迁的形式，能级上的电子主要通过无辐射跃迁的形式，迅速转移到迅速转移到E2E2能级上。能级上。v当当E2E2能级上聚集起足够的粒子，在能级上聚集起足够的粒子，在E2E2与与E1E1之之间形成粒子数反转分布，具有对信号放大的间形成粒子数反转分布，具有对信号放大的作用。作用。v受激辐射的光波长：受激辐射的光波长：=（E2-E1E2-E1）chchv =1520nm =1520n
