第五章 光路无源器件(2011)

光纤通信与数字传输南京邮电大学通信与信息工程学院2第五章光路无源器件5.1光纤连接器5.2光纤耦合器5.3光衰减器5.4光隔离器与光环行器5.5光调制器和光开关35.1光纤连接器光纤连接器是使一根光纤与另一根光纤之间可活动连接的器件。光纤连接器主要用于光发送机光源器件尾纤输出或光接收机光电检测器尾纤输入等系统侧与线路传输侧光纤之间的连接，与之对应的光纤线路中的光纤之间的接头是一个永久性（固定）连接。连接器是光纤通信系统中应用最广泛的一种无源器件。光纤连接器的使用必定会引入一定的插入损耗而影响传输性能。对光纤连接器的一般要求是插入损耗小、重复插拔的寿命长、互换性好、拆卸方便等。45.1.1光纤连接损耗及影响因素光纤连接时引起的损耗与多种因素有关，诸如光纤的结构参数（如纤芯直径、数值孔径等）、光纤的相对位置（如横向位移、纵向间隙等）以及端面状态（如形状、平行度等），如图5-1所示。5图5-1产生光纤连接损耗因素横向错位端面反射角度倾斜端面间隙端面不良65.1.2光纤连接器的结构光纤活动连接器的种类很多：按结构可以分为调心型和非调心型；按连接方式可以分为对接耦合式和透镜耦合式；按光纤相互接触关系可以分为平面接触式和球面接触式，等等。其中使用最多的是非调心型对接耦合式光纤活动连接器。7插针－套筒式光纤连接器目前主要采用的光纤连接器多采用插针－套筒结构，如图5-2a所示。连接器主要由带有微孔（Φ125μm）的插针体a、插针体b与用于对中的套筒等几部分构成。需要连接的光纤去除涂覆层后插入插针中心微孔，并用环氧树脂类粘结剂固定。将插针体a、b同时插入套筒中，就可完成光纤的对接耦合。插针－套筒结构材料套筒和插针材料通常采用坚硬耐久的金属材料如不锈钢等，但现在多使用性能更加稳定的氧化锆（一种热膨胀系数与光纤相近的陶瓷材料）。89光纤连接器的分类平面对接（FC）型光纤活动连接器矩形（SC）型光纤活动连接器多芯光纤活动连接器10图5-2FC型光纤活动连接器示意11图5-3SC型光纤活动连接器12光纤带光纤带插座插头导针光纤光纤图5-4阵列式连接器13光纤连接器实物光纤连接器--零件认识LC型防尘盖金属箍弹簧插头片内架外罩插头软管护套15插针形式为了进一步减小插入损耗和反射损耗，活动连接器的插针也有不同的形式。常用的插针体有PC（物理接触）、SPC（球面物理接触）、APC（角度物理接触）等。PC插针体端面之间直接接触，使得光纤端面间微小空气间隙引起的损耗大为减少。SPC型将插针端面研磨成球面，利用自聚焦特性获得较小的插入损耗。APC型将插针制成8°倾角，这样可以大大提高回波损耗。16第五章光路无源器件5.1光纤连接器5.2光纤耦合器5.3光衰减器5.4光隔离器与光环行器5.5光调制器和光开关175.2光纤耦合器光纤耦合器的功能是实现光信号的分路/合路，就是把一个输入的光信号分配给多个输出或者把多个输入的光信号组合成一个输出。一般是对同一波长的光功率进行分路或合路。光纤耦合器的使用将会对光纤线路带来一定的附加插入损耗以及一定的串扰和反射。几种典型光纤耦合器的结构示意图18基于2×2耦合器级联的N×N耦合器19集成光波导耦合器2021第五章光路无源器件5.1光纤连接器5.2光纤耦合器5.3光衰减器5.4光隔离器与光环行器5.5光调制器和光开关225.3光衰减器光衰减器是一种用来降低光功率的有源器件，它可分为可变光衰减器和固定光衰减器两种。可变光衰减器主要用于调节光线路电平，在测量光接收机灵敏度时，需要用可变光衰减器进行连续调节来观察接收机的误码率。在校正光功率计时也需要光可变衰减器。固定光衰减器主要用于调整光纤通信线路电平，若光纤通信线路的电平太高，就需要串入固定光衰减器。23242526图5-11光可变衰减器光输入光输出尾纤尾纤圆盘式衰减片圆盘式衰减片棱镜活动接头活动接头27三种MEMSVOA结构28第五章光路无源器件5.1光纤连接器5.2光纤耦合器5.3光衰减器5.4光隔离器与光环行器5.5光调制器和光开关295.4光隔离器和光环行器光隔离器是一种只允许光波往一个方向传播，阻止光波往其他方向特别是反方向传输的一种无源器件，主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回导致器件性能变坏。环行器除了有多端口以外，其工作原理与隔离器相似，光环行器主要用在光分插复用器中。3045o45o入射光出射光光轴光轴起偏器检偏器法拉第旋光器图5-12光隔离器（1/2）3145o45o反射光光轴光轴起偏器检偏器法拉第旋光器图5-12光隔离器（2/2）32图5-15光环行器示意图123123433第五章光路无源器件5.1光纤连接器5.2光纤耦合器5.3光衰减器5.4光隔离器与光环行器5.5光调制器和光开关345.5光调制器和光开关5.5.1光调制器在光纤通信系统中，对光源的调制可采用内调制和外调制技术。目前在光纤通信系统中广泛应用的直接强度调制技术是一种内调制技术。但这种调制方式受到了LD极限调制速率的限制。在相干光通信中采用外调制方式，把激光的产生和调制分开，需要用专门的调制器。在调制器上加上外电压使调制器的某些物理特性发生变化，当光源产生的恒定光信号射入调制器时，其输出端可得到已调制的光信号。可以利用电光效应、磁光效应、声光效应等来制成调制器。355.5.2光开关光开关是光纤通信系统和光纤测试技术中不可缺少的无源器件，光开关的主要功能是切换光路。光开关主要有机械式光开关和非机械式光开关两种。36OXC基本结构37二维MEMS光交叉连接结构示意图3839404143本章小结和知识点光纤连接器光纤耦合器光衰减器光隔离器与光环行器光调制器和光开关