光纤通信(朱宗玖)第三章

第三章常用光无源器件3.1光纤连接器3.2光纤耦合器3.3波分复用器3.4光纤光栅3.5其他无源器件3.1光纤连接器光纤连接器是光纤与光纤之间进行可拆卸(活动)连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小，光纤连接器一般有两类：即活动型光纤连接器和固定型光纤连接器。1.活动型光纤连接器指与无源和有源器件的连接动作为可重复性连接的一类光纤连接器，一般用于光纤器件的临时性连接，主要由三部分组成：两个插头、一个插座，其连接方式主要有光纤端面对接与透镜扩束连接两种，如图3.2所示。2.固定型光纤连接器指与无源和有源器件的连接动作为永久性连接的一类光纤连接器。固定连接方式主要有光纤熔接和封装固结两种，前者利用光纤熔接机对光纤接头进行熔焊以实现固定连接；后者则采用独特封装材料将置于对接结构中的光纤接头胶合以实现固定连接。3.2光纤耦合器在光纤通信系统中，光的合束和分束是经常要考虑的，光纤耦合器（OC）的出现使光信号的合束和分束变得十分方便。OC的工作原理可用下面这个近似的耦合模方程及图3.3来说明。设耦合器中光纤1的输入端①(z=0处)的功率为p1(0)、光纤2的输入端②(z=0处)的功率为p2(0)，此时由耦合模理论可以得到耦合器另外两端③、④的输出功率为kzpkzpzp22211sin0cos0kzpkzpzp22212cos0sin0(3-1)(3-2)从此式可以看出，当耦合器1端的输入功率为p1(0)、2端的输入功率为0时，上式简化为kzpzp211cos0kzpzp212sin0通过选择kz可以将①端的输入光p1(0)按不同比例分配到③、④两端，得到不同的耦合比，这就是耦合器的基本工作原理。3.3光波分复用器光纤波分复用器（WDM）的工作原理与上述OC的工作原理是一样的，只是应该注意到上述结构作为WDM使用时，1、2两端各输入不同波长(频率)的光信号，原方程(3-1)zkpzkpzp2221211sin0cos0k1、k2对应的光波长是、00211ppzp选择合适的k1z、k2z,使得cos2k1z=1、sin2k2z-1，使③端口的输出功率为11/2k22/2k光纤布拉格光栅(FBG)利用掺杂光纤的光致折射率变化特性，用特定波长的激光干涉条纹从侧面辐照光纤，光纤内的折射率就会随着光强的空间分布发生相应的周期性变化并保存下来，成为光纤光栅，它能对波长满足布拉格反射条件的入射光产生反射。3.4光纤光栅3.5其他无源器件3.5.1光隔离器(ISO)光纤通信中，为使光信号单向传输，需要用到光隔离器；某些不连续处的反射会影响光发射机中激光器工作的稳定性，也需要光隔离器。Walk-off型单级ISO的工作原理如图3.5所示。3.5.2光环行器是在光通信中应用广泛的微光学器件，它具有多个端口，最常用的是3端口和4端口器件，如下图所示为一个3端口和4端口光环行器的基本结构。3.5.3在WDM光纤通信网络中，每个信道和单个波长相联系，单个信道的选择和管理需要选择单个波长，这就需要使用光滤波器。3.5.4光衰减器光衰减器是用于对光功率进行衰减的器件，它主要用于以下几个方面：防止接收机达到饱和(使输入光功率在接收机的动态范围)、在WDM系统中的多路复用前和掺铒光纤放大器(EDFA)前的各波长功率的平衡、光纤系统的指标测量、短距离通信系统的信号衰减以及系统试验等场合。光衰减器要求重量轻、体积小、精度高、稳定性好、使用方便等。它可以分为固定式、分级可变式、连续可调式几种。