11光通信3-2

目录第一章信息与信号第二章光通信的一般概念第三章传输光路第四章光发射机第五章光接收机与基本光纤数字通信系统第六章基于电复用的光纤通信系统第七章光放大第八章光路复用技术第三章传输光路第一节光纤和光缆第二节无源光器件第二节无源光器件指不需要外界输入能量即可工作的光路部件光纤连接器、光纤耦合器、光环形器、光滤波器、波分复用/解复用器光衰减器、光隔离器、偏振控制器、起偏器第二节无源光器件主要功能：对信号(或能量)的传输路径进行连接、合成、分支；对信号的形态进行变换以及有目的衰减其能量等光无源器件在光纤通信系统、光纤局域网(包括计算机光纤网、微波光纤网、光纤传感网等)以及各类光纤传感系统中是必不可少的重要器件，有着广泛的应用。第二节无源光器件3.2.1光纤连接器3.2.2光纤耦合器3.2.3波长相关器件3.2.4偏光器件3.2.5功率相关器件3.2.6自聚焦透镜与光纤准直器3.2.7光开关例：M-Z干涉仪分路合路反射反射准直关键：（1）准直；（2）分路；（3）合路（4）反射例：M-Z光纤干涉仪半导体激光器透镜偏振控制器(PC)偏振控制器(PC)光纤头接收屏电源电源偏振片探头功率计PZT准直分路例：光纤M-Z干涉仪图4干涉条纹图样例：M-Z光纤干涉仪半导体激光器透镜偏振控制器(PC)偏振控制器(PC)光纤头接收屏电源电源偏振片探头功率计PZT准直分路光源耦合耦合效率基本要求----两小（1）光斑小（2）数值孔径小（发散较小）芯包层树脂被覆层NA=0.1组合透镜LD光纤3.2.1光纤连接器光纤连接器连接两根光纤的器件。固定与活动连接器插入损耗，定义为连接器的输出功率与输入功率比值的分贝数。inoutiPPLlg10插入损耗越小越好例：M-Z光纤干涉仪半导体激光器透镜偏振控制器(PC)偏振控制器(PC)光纤头接收屏电源电源偏振片探头功率计PZT准直分路插入损耗影响因素⑴光纤结构参数失配引起的损耗⑵两光纤相对位置偏离设计要求引起的损耗⑶端面形状引起的损耗⑴结构参数失配模斑失配由于模斑失配引起的损耗与传输方向无关2122141lg10分别为输入，输出光纤的模场半径。⑵相对位置偏离横向错位光纤轴线不平行间隙zx⑵相对位置偏离横向错位引起的损耗22172.2explg10wdwdLdx⑵相对位置偏离光线轴线不平行引起的损耗220172.2nwkL⑵相对位置偏离间隙引起的损耗22222/11lg10wnzLzz⑶端面形状引起的损耗非平面端面的损耗光纤连接插入损耗方法熔接法V型槽法套管法连接工艺电弧放电、火焰、激光需要粘接剂需要粘接剂特点易于自动熔接易于多纤连接受灰尘影响小连接工具自动或手动熔接机简单，但用手工简单，但用手工操作技术自动焊接过程简单连接时间稍长要求技术熟练接头损耗0.1dB0.15dB0.15dB光纤连接方法示意图：1、熔接法光纤放电电极熔接机熔接机熔接机熔接机2、V形槽法点上光学胶用铁丝压上3、套管法φ’φ孔内灌入光学胶光纤活动连接器光纤活动连接器连接器分类插针：PC,APC,UPC插座：FC,ST,SC常用的光纤连接器FC型光纤连接器(FerruleConnector)表明其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。最早是由日本NTT研制。最早，FC类型的连接器，采用的陶瓷插针的对接端面是平面接触方式。此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性能较为困难。后来，对该类型连接器做了改进，采用对接端面呈球面的插针（PC），而外部结构没有改变，使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高。常用的光纤连接器SC型光纤连接器外壳呈矩形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转。此类连接器价格低廉，插拔操作方便，抗压强度较高，安装密度高。ST型光纤连接器外壳呈圆形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式。紧固方式为螺丝扣。此类连接器适用于各种光纤网络，操作简便，且具有良好的互换性。常用的光纤连接器LC型连接器是著名Bell（贝尔）研究所研究开发出来的，采用操作方便的模块化插孔（RJ）闩锁机理制成。其所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为1.25mm。这样可以提高光纤配线架中光纤连接器的密度。目前，在单模SFF方面，LC类型的连接器实际已经占据了主导地位，在多模方面的应用也增长迅速。3.2.2光纤耦合器光纤耦合器是实现光信号分路/合路的器件。模耦合理论。分类：多模光纤耦合器单模光纤耦合器结构：研磨式和熔融拉锥式。连接器类型：FCSTSMA耦合臂直通臂耦合臂直通臂光耦合器原理输入端1输入端2输出端3输出端4两根光纤靠近，模场互相交叠，产生横向耦合模式耦合方程zazaKzzazaKzadzza221122221111jjddjjdzzczaiijexpAehhelehheddj22221112212cK模耦合方程的对称性无损光波导的总功率应保持不变0dd2221aaz112212djjddjjdaazkazzakazazz两全同光波导的模耦合模耦合系数应为实数KK1221zazkazazkazaza212211jjddjjdd000)cos()sin(j)sin(j)cos(e21j21aakzkzkzkzzazaz两个光波导模式功率交换00,0021aa21222212210sin0cosakzzaakzza001j1je21j21aazazaz实际的耦合情况主要参数插入损耗附加损耗分光比隔离度iiPPL0lg100lg10PPLie%1000iRPPS12lg10PPLC3.2.3波长相关器件光滤波器干涉滤波型（介质膜型）光纤光栅波分复用器WDM(WaveDivisionMultiplexer)熔锥耦合器型干涉滤波型（介质膜型）阵列光栅AWG(ArrayWaveGrating)光纤滤波器干涉滤波型（介质膜型）黑色标记反射端R公共端C透射端T1212光纤光栅干涉滤波型（介质膜型）增透膜增透膜透射波长光λ3公共端：透射和反射波长光λ3和λ2反射波长光λ2滤波片主体光纤光栅光纤光栅的滤波特性图3.2-7光纤光栅的滤波特性波分复用/解复用器波分复用光纤通信系统的关键器件。将若干路不同波长的信号复合后送入同一根光纤中传送，或者将在同一根光纤中传送的多波长信号分解后分送给不同的接收机。它的插入损耗与普通耦合器的插入损耗不同，不存在分路损耗。隔离度：窄谱线光源，隔离度一般较大，可忽略不计宽谱线光源，隔离度不足，引起串话复用器解复用器发射机λ1发射机λNλ1…λN单根光纤接收机λ1接收机λN波分复用器1.熔锥耦合器型波分复用/解复用器2.干涉滤波器型3.集成波导型评价波分复用/解复用器的性能指标主要有插入损耗，串音（隔离度），通道带宽。波分复用/解复用器光纤偏振器Polarizor（起偏器、检偏器）偏振控制器PC(PolarizationController)旋转光纤线圈型挤压光纤型3.2.4偏光器件1.起偏器与检偏器光纤偏振器：消光比：26dB2.光纤偏振分束器PBS（保偏光纤耦合器）金属膜01LPy01LPx普通光纤单偏光纤P单偏光纤S3.2.4偏光器件3.偏振控制器偏振控制器是一种偏振态调节的元件各态遍历性：对于任意的输入偏振态都能调节到任意想要的输出偏振态至少要旋转两次PCinSoutS3.偏振控制器（1）手动旋转光纤圈（2）挤压光纤型偏振控制器（3）半导体光放大器SOA（4）MZ干涉仪（1）手动旋转光纤圈弯曲单模光纤产生感应双折射各向异性改变输入偏振态的相对角度2)(133.0RrnnyxnRyxr旋转光纤线圈型212113))(2(4Rrppnnnnxx21211123))((4Rrpppnnnnyy220.0270.16()xynrRnrR各态遍历性任意输入偏振态都可以达到任意输出偏振态从邦加球任意一点旋转到另一个任意点S1S2S3-1-0.500.51-1-0.500.51-1-0.500.51S2S1S3data1data1data2data3PSPPSPPSPPSP（2）挤压光纤型偏振控制器挤压单模光纤产生感应双折射各向异性两个挤压器成45°布置CDBA45°压电陶瓷挤压型PC1PolarizationAnalyzerComputerDFBLaserPPCJawPZTPCFiber45º2TunablePowerSupply1PolarizationAnalyzerComputerDFBLaserPPCJawPZTPCFiber45º2TunablePowerSupply3挤压光纤型图5.两个挤压器成45°布置CDBA45°各态遍历性-101-1-0.500.51-1-0.500.51S2S1S3α1,α3α2SOP1SOP2SOP3S2S3S1PPC的偏振遍历性三单元PPC的输出偏振态演化轨迹3.2.5功率相关器件光衰耗器：介质膜型光隔离器：(Isolator)法拉第磁光效应光环形器：光衰耗器光衰耗器是一种用来降低光功率的无源器件。用于调节光线路电平测光接收机灵敏度时观察误码率校正误码率，评价光传输设备可变光纤通信线路电平太高时固定分类衰耗精度衰耗范围衰耗重复性原始插入损耗主要技术指标起偏检偏45度反射回来的光完全透不过去光隔离器：光环行器1231到2，2到33不到13.2.6自聚焦透镜与光纤准直器普通透镜自聚焦透镜折射率分布找到此面，使所有的光线平行于光纤主轴，则经自聚焦透镜后，光线会聚在另一端面上，可实现聚焦。自聚焦透镜光轨迹示意图：其折射率分布沿径向逐渐减小n大n小平行光路3.2.7光开关光发射机光接收机Thanks