光无源器课件

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1、第第第第 1 1 页页页页X第第5 5章章 光无源器件光无源器件5.1 概述概述5.2光纤连接器5.3光耦合器5.4合/分路器5.5光衰减器5.6 光开关5.7光隔离器第第第第 2 2 页页页页X5.1 概述概述一分类一分类 在在光光纤纤通通信信中中，除除了了必必备备的的光光纤纤，还还需需要要各各种种辅辅助助器器件件以以实实现现光光纤纤之之间间或或光光纤纤与与端端机机之之间间的的连连接接、耦耦合合、合合/ /分分路路、线线路路倒倒换换以以及及保保护等多种功能。护等多种功能。有有源源：半半导导体体激激光光器器、发发光光二二极极管管、光光电电二二极极管、光纤放大器等。管、光纤放大器等。无无源源：光

2、光纤纤连连接接器器，耦耦合合器器，合合/ /分分路路器器，光光开关、光衰减器和光隔离器。开关、光衰减器和光隔离器。第第第第 3 3 页页页页X器件在传输线路中的主要用途如下图：无源光器件在传输线路中的分布第第第第 4 4 页页页页X二主要指标 各种器件各有其功能性指标，如分支器的各种器件各有其功能性指标，如分支器的分光比、光开关的开关速度、衰减器的重复精分光比、光开关的开关速度、衰减器的重复精度。但有两个度。但有两个共同的指标共同的指标： 插入损耗插入损耗C C：从入端输入于器件的光功率：从入端输入于器件的光功率P P1 1（dBmdBm）与从器件出端输出的光功率）与从器件出端输出的光功率P

3、P2 2（dBmdBm）之差，用之差，用dBdB表示。表示。 回波损耗回波损耗b b：从入端输入于器件的光功率：从入端输入于器件的光功率P P1 1与仍从入端输出的光功率与仍从入端输出的光功率P P1 1（dBmdBm）之差。）之差。 C C = P = P1 1 - P- P2 2 b b = P = P1 1 - P- P1 1（dBmdBm） 第第第第 5 5 页页页页X基准测量方法为剪断法第第第第 6 6 页页页页X5 52 2光纤连接器光纤连接器作用：纤线路得以延长和方便地连通。 不良接续：轴错位、倾斜、有空隙、端面倾斜、芯径与模场直径不一致等分类： 活动连接器（活接头）:主要用光纤

4、两端与端机的光电器件连接，特殊场合用于互连光纤 固定连接器第第第第 7 7 页页页页X性能性能 活动连接器活动连接器： 一般C 1.0dB（商用） 优档者 1000次固固定定连连接接器器：不能拆卸或只能破坏性拆卸的连接器“死接头”，特点：稳定性好，接续损耗低，用于光纤链的接续。第第第第 8 8 页页页页X使用使用施施工工熔熔接接，用用电电弧弧的的热热量量将将光光纤纤端端熔熔化化，并并沿沿被被接接光光纤纤端端互互相相靠靠近近，接接触触并并融融合为一体。合为一体。维维护护抢抢修修机机械械固固定定连连接接，用用精精密密加加工工的的“V”“V”形形槽槽将将被被接接光光纤纤端端对对正正并并贴贴紧紧，然然

5、后后以以某某种种不不可可逆逆的的方方式式光光纤纤将将其其固固定定在在对正位置。对正位置。 目前光纤接续损耗目前光纤接续损耗 熔接熔接0.04dB 0.04dB （单模）（单模） 固定连接器标称损耗值固定连接器标称损耗值0.2dB0.2dB第第第第 9 9 页页页页X5.3光耦合器 具有多个输入端如多个输出端的光纤汇接器件，一般可用MN表示，即M个输入端，N个输出端。第第第第 1 10 0 页页页页X性能性能 l熔熔融融光光纤纤型型：芯芯区区在在熔熔融融段段并并未未相相连连，由由于于包包层层厚厚度度的的作作用用，从从一一根根光光纤纤入入射射的的光光可耦合到另一根光纤中，其主要指标：可耦合到另一根

6、光纤中，其主要指标：总插入损耗总插入损耗 C C = P = P1 1 - -（P P2 2+ P+ P2 2”）单路损耗单路损耗 C C = P = P1 1 - P- P2 2 C C”= P”= P1 1 - P- P2 2”分光比分光比 P P2 2/ P/ P2 2”第第第第 1 11 1 页页页页X作用星形耦合器：星形耦合器：3333，4444，8888，16161616，32323232等等（a a）总总插插入入损损耗耗：从从任任一一输输入入口口入入射射的的光光功功率率（dBmdBm）与）与N N个输出口出射功率（个输出口出射功率（dBmdBm）总和之差。）总和之差。（b b）各

7、输出口出射功率的）各输出口出射功率的均匀性均匀性（c c）其其有有一一定定的的方方向向性性，一一个个口口输输入入，其其它它输输入入口口无无光输出光输出 真真星星形形：从从N N个个端端口口的的任任一一端端口口入入射射，均均可可从从另另外外N-1N-1个端口输出近似均匀的光。个端口输出近似均匀的光。第第第第 1 12 2 页页页页X5.45.4合合/ /分路器分路器作用 一个端口对N个端口的光纤汇接口，用于一路光信号分为N路，或将N路合为一路。与波长有关：波合复用器 与波长无关：1*N耦合器，与星形耦合器同，（一端保留一个口，当器件的输出口直接通向探测器（光接收机），选用较粗芯径的光纤，减少插入

8、损耗，其余与星形耦合器同。）第第第第 1 13 3 页页页页X波分复用器分类l熔融光纤型：结构与X型耦合器同，控制融合段的孤度和两光纤芯互相靠近的程度，可以对A侧一端输入的两个特定波长的光信号进行完全分解，分别从B1和B2输出，波长过程相反只有单模光纤器件。特点：体小量控，插入损耗极小，不易做成更多波长的合/分器件，且器件对无源波长变化的适应性差。第第第第 1 14 4 页页页页Xl透镜透镜+ +滤光型滤光型 将透镜分光型耦合器的分光膜将透镜分光型耦合器的分光膜滤光膜滤光膜 自自聚聚焦焦透透镜镜：在在各各种种无无源源光光器器件件的的内内部部结结构构中中，经经常常用用到到的的微微小小光光学学元元

9、件件，常常用用GRINGRIN或或sdfocsdfoc原理。原理。 第第第第 1 15 5 页页页页X 抛抛物物光光纤纤中中的的光光线线的的轨轨迹迹是是近近似似正正弦弦形形的的适适当当高高速速折折射射率率分分布布，可可以以使使各各种种模模式式的的光光线线轨轨迹迹具具有有相相同同的的周周期期P P，按按照照这这种种折折射射率率分分布布将将光光纤纤芯芯区区做做到到12m12m，直直径径（不不要要包包括括）并并截截取取P/4P/4长长度度将将两两端端面面磨磨平平抛抛光光，则则其其一一端端入入射的平行光线将在另一端聚为一点。射的平行光线将在另一端聚为一点。 GRINGRIN长长 度度 为为 几几 毫毫

10、 米米 ， 直直 径径 有有1.1.51:82.0mm1.1.51:82.0mm多多种种规规格格，数数值值孔孔径径可可做做到到0.3f0.460.3f0.46或或0.60.6更更大大体体积积小小，便便于于和和光光纤纤粘粘接接耦合，应用广泛耦合，应用广泛. .第第第第 1 16 6 页页页页Xl光栅型光栅型主要指标主要指标 波波分分器器件件的的主主要要指指标标是是插插入入损损耗耗和和串串音音，可可衰衰减减，插插入入耗耗是是按按单单个个波波长长的的几几行行通通道道进进行行测量和计算，串音衰减则按禁行通道进行计算。测量和计算，串音衰减则按禁行通道进行计算。第第第第 1 17 7 页页页页X5.5光衰

11、减器光衰减器作用作用 使使传传输输线线路路中中的的光光信信号号产产生生定定量量衰衰减减的的器器件件，作作用用与与电电阻阻在在电电路路中中的的作作用用相相似似，区区别别只只在在电电阻阻时时全全电电路路的的电电流流值值，而而光光衰衰减减只只对对输输出出口口一侧的光功率发生作用，输入口依然如故。一侧的光功率发生作用，输入口依然如故。分类分类可粗分为：固定光衰减器可粗分为：固定光衰减器衰减值固定；衰减值固定； 可变光衰减器可变光衰减器可定。可定。第第第第 1 18 8 页页页页X5.6 5.6 光开关光开关作用作用 是是使使传传输输通通路路中中的的光光信信号号发发生生通通、断断或或进进行行光光路路切切

12、换换，它它在在目目前前的的应应用用主主要要是是，主主备备光光纤纤线线路路的的切切换换，光光纤纤或或光光缆缆的测量系统中有时也会用到。的测量系统中有时也会用到。第第第第 1 19 9 页页页页X分类分类l机械式机械式（机械式光开关）（机械式光开关） 利利用用机机械械方方式式驱驱动动，光光路路转转移移慢慢，主主损损耗耗和和串串光光量量低低，典典型型损损耗耗值值为为0 0。5dB5dB，最最大大1 1。2dB2dB，隔隔离离度度可可达达80dB80dB，响应速度响应速度15ms15ms。l非机械式非机械式（电子光开关）（电子光开关）利利用用电电光光效效应应和和声声光光效效应应来来转转换换光光路路，开

13、开关关速速率率高高，可可达达几几个个GHzGHz以以上上，开开关关电电压压5V10V5V10V，但但插插入入损损耗耗相相对对较较大大，可达几可达几dBdB。第第第第 2 20 0 页页页页X5.7光隔离器光隔离器作用 在光源与活动连接器之间设置的阻止菲涅耳反射光返回光源，提高LD稳定性。光发射机光源所发生的信号光，通常是以活动器的形式耦合到光纤线路中去的，活接头处的光纤端面间隙会使约4%的反射光向着光源作用。第第第第 2 21 1 页页页页X原理 原理是使用法拉第旋转效应，具有一定偏振方向的偏振光在通过某种材料传输时，其偏振方向可能因存在环境磁场而发生旋转，转动角度的大小与材料性质、磁场强度和光通过这种区域的有效长度有关，但旋转的方向却与光的传播方向无关，是制作光线隔离器的基础。第第第第 2 22 2 页页页页X 光光隔隔器器的的主主要要指指标标是是隔隔离离衰衰减减，它它是是隔隔离离方方向向上上（即即LDLD所所在在侧侧）入入射射光光功功率率与与出出射射光光功功率率之之差差（dBdB）。目目前前已已做做到到超超过过60dB60dB的的隔隔离离衰衰减。减。