光线传感技术课件

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1、光无源器件一、连接器和接头二、光衰减器 三、光耦合器 四、光隔离器五、光环行器六、光调制器七、光开关八、波长转换器九、光滤波器十、光纤光栅光线传感技术课件3.1 无源光器件 无源光器件是除光源器件、光检波器件之外不需要电源的光通路部件。 无源光器件可分为连接用的部件和功能性部件两大类。 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）和部件（设备）的连接。 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，用于光的分路、耦合、复用、衰减等方面。光线传感技术课件3.1 光纤连接器 光纤连接器，俗称活接头，ITU-T建议将其定义为“用以稳定地，

2、但并不是永久地连接两根或多根光纤的无源组件”。 光纤连接器主要用于实现系统中设备与设备、设备与仪表、设备与光纤及光纤与光纤的非永久性固定连接等。 （1）光纤连接器的基本构成 由三个部分组成的：两个配合插头和一个耦合管。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套管的作用。如图5-19所示。图5-19光纤活动连接器基本结构光线传感技术课件3.1 光纤连接器 （2）光纤连接器的分类 光纤连接器按光纤数量、光耦合系统、机械耦合系统、套管结构和紧固方式进行分类，如表5-1所示。 表5-1光纤连接器的分类单通道对接套筒/V型槽直套管螺丝多通道透镜锥型锥型套管销钉单/多通道其他其他其他弹簧销光线传感技术课件3

3、.1 光纤连接器 （3）光纤连接器的性能 插入损耗（介入损耗），该值越小越好。平均损耗值应不大于0.5dB。 回波损耗（或称反射损耗、回损、回程损耗），是衡量从连接器反射回来并沿输入通道返回的输入功率分量的一个度量值，该值越大越好。其典型值应不小于25dB。 互换性，每次互换后，其连接损耗变化量越小越好。 重复性，即每次插拔时连接损耗变化量要小。 插拔寿命（最大可插拔次数），光纤连接器的插拔寿命一般由元件的机械磨损情况决定。光线传感技术课件3.1 光纤连接器 （4）部分常见光纤连接器 FC型。其接头的对接方式为平面对接。 PC型。是FC型的改进型。其对接面由平面变为拱型凸面。是我国最通用的规格

4、。 SC型。其结构尺寸与FC型相同，端面处理采用拱型凸面或PC研磨方式。 DIN47256型。由德国开发。 双锥型连接器。由美国贝尔实验室开发研制。 （5）固定连接 光纤与光纤的连接有两种，活动连接和永久性连接。以上介绍了活动连接。永久性连接有粘接法和熔接法，目前多用熔接法。光线传感技术课件 光纤连接器的一般性能1）性能 项 目 型号或材料 性 能插入损耗/ dB 0.2-0.3重复性/ dB 0.1互换性/ dB 0.1反射损耗/ dBFC 型 35-40PC 型 45-50寿命（插拔次数） 不锈钢 103 陶瓷 104工作温度 不锈钢20- +70 陶瓷40- +80光线传感技术课件3.2

5、 光衰减器光衰减器主要用于光纤通信系统的特性测试和其他测试中，是对光功率有一定衰减量的器件。根据衰减量是否变化，可以分为固定衰减器和可变衰减器。光线传感技术课件 光衰减器的基本原理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，光的衰减量有膜的厚度进行控制。光线传感技术课件 固定衰减器 固定衰减器对光功率衰减量固定不变，主要用于调整光纤传输线路的光损耗。输入光纤输出光纤光纤连接器光纤连接器透镜透镜衰减部分光线传感技术课件 可变衰减器可变衰减器的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

6、范围。(a)光路和结构(b)步进衰减片(c) 连续衰减片厚薄光线传感技术课件三、光耦合器光耦合器的功能是把一个输入光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。P1P2P3T型光纤耦合器光线传感技术课件 光耦合器类型 T T型型光光耦耦合合器器是是一一种种2222的的3 3端端耦耦合合器器，可可把把一一根根光光纤纤输输入入的的光光信信号号按按一一定定比比例例分分配配给给两两根根光光纤纤，或或把把两两根根光光纤纤的的输输入入光光信信号号组组合合在在一一起起，输输入入一一根根光光纤纤。主主要要用用做做不不同同分分路路比比的的功功率率分分配配器或组合器。器或组合器。 星星型型光光耦耦合合

7、器器是是一一种种nmnm的的耦耦合合器器，可可把把n n根根光光纤纤输输入入的的光功率组合在一起，均匀地分配给光功率组合在一起，均匀地分配给m m根光纤。根光纤。 定定向向光光耦耦合合器器是是一一种种2222的的3 3端端或或4 4端端耦耦合合器器，用用于于分分别别驱驱除除光光纤纤中中向向不不同同方方向向传传输输的的光光信信号号。只只用用于于作作分分路路器器，不不能能作作合合路器。路器。 波波分分复复用用/ /解解复复用用器器波波分分复复用用器器是是与与波波长长有有关关的的耦耦合合器器，用用于于把把多多个个不不同同波波长长的的发发射射机机输输出出的的光光信信号号组组合合在在一一起起，输输入入到

8、到一一根根光光纤纤；解解复复用用器器用用于于把把一一根根光光纤纤输输出出的的多多个个不不同同波波长长的的光光信信号号分配分配给给不同的光接收机。不同的光接收机。光线传感技术课件 常用光耦合器类型示意图1（b）星型（c）定向型（d）波分复用型（a）T型42312 N1 + 2 +N光线传感技术课件 2主要性能指标 表示光纤耦合器性能指标的参数有：隔离度、插入损耗和分光比等。下面以22定向耦合器为例来说明。 （1）隔离度A 如图5-20（c）所示，由端1输入的光功率P1应从端2和端3输出，端4理论上应无光功率输出。但实际上端4还是有少量光功率输出（P4），其大小就表示了1、4两个端口的隔离程度。隔

9、离度A表示为一般情况下，要求 。光分路耦合器光线传感技术课件光耦合器主要特性1 1）耦耦合合比比CRCR是是一一个个指指定定输输出出端端的的光光功功率率P Pococ和和全全部输出端的光功率总和部输出端的光功率总和P Potot的比值。的比值。2 2）附附加加损损耗耗LeLe是是全全部部输输入入端端光光功功率率总总和和P Pitit和和全全部输出端光功率总和部输出端光功率总和P Potot的比值。的比值。光线传感技术课件（3）分光比）分光比T 分光比等于两个输出端口的光功率之比，如从端分光比等于两个输出端口的光功率之比，如从端1输入光功率，输入光功率，则端则端2和端和端3分光比分光比 一般情况

10、下，定向耦合器的分光比为一般情况下，定向耦合器的分光比为11110。光线传感技术课件3.4 光隔离器光隔离器是一种非互易性器件，只允许光波往一个方向传输，阻止光波往其他方向尤其是反方向传输。一般用在激光器或光放大器后。插入损耗值为1dB,隔离度的典型值为40-50 dB。光线传感技术课件 光隔离器工作原理 假设入射光是垂直偏振光，起偏振器的透振方向是在垂直方向，故入射光顺利通过它射向法拉第旋转器，法拉第旋转器由旋光材料制成，能使光的偏振态旋转一定角度，如45，并且其旋转方向与光传播方向无关。法拉第旋转器后的检偏振器透振方向若在45方向上，则经过法拉第旋转器旋转45后的光能通过检偏振器，即光沿正

11、方向（从左到右）通过这些器件是没有损耗的。但沿反方向（从右到左）传送的反射光，其偏振态也在45，当反射光经过法拉第旋转器再旋转45后，偏振态达到90，变为水平偏振光，则无法通过起偏振器。光线传感技术课件 光隔离器工作原理示意图起偏振器法拉第旋转器检偏振器 阻塞 反射光 经SWP的 入射光 SWPSpatial SWPSpatial Walk-off Walk-off Polarizer Polarizer 空空间间分分离离偏偏振振器器 ，其其作作用用是是将将入入射射光光分解为垂直与水平两个正交偏振分量，让垂直分量通过，而水平分量偏折通过。分解为垂直与水平两个正交偏振分量，让垂直分量通过，而水平

12、分量偏折通过。光线传感技术课件 3光隔离器的性能指标 插入损耗和隔离度是光隔离器的两个主要性能参数，另还有回波损耗，偏振相关损耗和偏振模色散。 （1）插入损耗 插入损耗是指在光隔离器通光方向上传输的光信号由于引入光隔离器而产生的附加损耗。如果输入的光信号功率为Pi，经过光隔离器后的功率为Po，则插入损耗IL为 显然，其值越小越好。光线传感技术课件3.4 光隔离器 （2）回波损耗 回波损耗是指由于构成光隔离器的各元件、光纤以及空气折射率失配引起的反射造成的对入射光信号的衰减。回波损耗RL为 其中，Pi为正向输入光隔离器的光信号功率，Pr为返回输入端口的光功率。 RL值越大越好。 （3）隔离度 隔

13、离度是指在逆光隔离器通光方向上传输的光信号由于引入光隔离器而产生的损耗。有 其中， 为反向输入光隔离器的光信号功率， 为反向通过光隔离器的光功率。隔离度越大越好。光线传感技术课件3.4 光隔离器与光环形器 （4）偏振相关损耗（PDL） 是指输入光偏振态发生变化而其他参数不变时，器件插入损耗的最大变化量。它是衡量器件插入损耗受偏振态影响程度的指标。 （5）偏振模色散（PMD） 是指通过器件的信号光不同偏振态之间的相位延迟。 注：一般情况下，光通信系统对光隔离器的主要技术指标要求为：插入损耗1.0dB；隔离度35dB；回波损耗50dB；PDL0.2dB；PMD0.2ps。光线传感技术课件3.5 光

14、环行器光环行器是多端口的隔离器。主要用于光分插复用器。典型的环行器一般有三或四个端口，在三端口环行器中，端口1输入的光信号在端口2输出，端口2输入的光信号在端口3输出，端口3输入光信号在端口1输出。光线传感技术课件 常用光环行器示意图1231234(a) 三端口(b) 四端口光线传感技术课件 光环形器用于单纤双向通信示意图光线传感技术课件3.6 光调制器光调制器外调制方式中采用，把激光的产生和调制分开，可避免对光源直接调制产生线性调频的限制。调制器一般用电光效应或声光效应使折射率改变，或用磁光效应使光的透过率变化实现光调制。 光线传感技术课件3.7 光开关 光开关：能够控制传输通路中光信号通或

15、断或进行光路切换作用的器件。 光开关一般包括两种：机械式光开关和电子式光开关。 机械式光开关的开关功能是通过机械方法实现的。利用电磁铁或步进电机驱动光纤、棱镜或反射镜等光学元件实现光路切换。 优点是插入损耗小，隔离度高，串扰小，适合各种光纤，技术成熟；缺点是开关速度较慢，体积较大。 电子式光开关利用磁光效应、电光效应或声光效应实现光路切换的器件。 优点是开关速度快，易于集成化；缺点是插入损耗大，串扰大，只适合单模光纤。光线传感技术课件3.8 波长转换器 波长转换器：使信号从一个波长转换到另一个波长的器件。 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。 （1）光电型波长转

16、换器 如图所示。由于速度受电子器件限制，不适应高速大容量光纤通信系统。光电型波长转换器光线传感技术课件3.8 波长转换器 （2）全光型波长转换器 其波长转换技术主要由半导体光放大器（SOA）构成，如图所示。 波长为1的光信号与需要转换为波长为2的连续光信号同时送入半导体光放大器，SOA对入射光功率存在增益饱和特性，结果使得输入光信号所携带的信息转换到2 上，通过滤波器取出2 光信号，即可实现从1到2 的全光波长转换。 全光型波长转换器光线传感技术课件3.9 光滤波器 光滤波器：在光纤通信系统中，只允许一定波长的光信号光滤波器：在光纤通信系统中，只允许一定波长的光信号通过的器件。通过的器件。 如

17、果所通过的光波长可以改变，则称为波长可调谐光滤波如果所通过的光波长可以改变，则称为波长可调谐光滤波器。器。 目前，结构最简单、应用最广的光滤波器是目前，结构最简单、应用最广的光滤波器是F-P腔光滤波腔光滤波器。器。 光滤波器的结构常用的有两类，干涉滤波器和吸收滤波器。光滤波器的结构常用的有两类，干涉滤波器和吸收滤波器。光线传感技术课件3.10 光纤光栅 光纤光栅是利用光纤中的光敏性而制成的。 光敏性是指当外界入射的紫外光照射到纤芯中掺锗的光纤时，光纤的折射率将随光强而发生永久性改变。人们利用这种效应可在几厘米之内写入折射率分布光栅，称为光纤光栅。 光纤光栅最显著的优点是插入损耗低，结构简单，便于与光纤耦合，而且它具有高波长选择性。光线传感技术课件