光纤通信-第4章-常用光无源器件

光无源器件第4章常用光无源器件光有源器件：光源光放大器光检测器光无源器件：光连接器光耦合器光开关光隔离器光衰减器光调制器光器件的分类作用——参数——原理——类型光环行器光波分复用器4.1光纤连接器一、功能：用于光纤设备和光纤之间，光纤和光纤之间,光纤与其它部件之间，设备和设备之间的连接。又叫活接头。光源光中继光检测器尾纤光耦合器光测试仪器光跳线二、光纤连接器的典型类型及工作原理1、平面对接型光纤连接器（FC型—faceconnect）结构：套筒插针体插针体粘合剂光纤固定盘光纤FC型光纤连接器光连接器使用方法：将带有接收光纤和发射光纤的插针体分别插入套筒中，将螺旋拧紧，就实现了光纤的耦合。套筒插针体插针体粘合剂光纤固定盘光纤材料：合金螺旋式连接菲涅耳反射：光在不同折射率的介质平面的交界面上会发生入射光的部分反射。问题所在：FC型光纤连接器的接头时平面型，产生菲涅尔反射，形成损耗和引入噪声。2、直接接触型光纤连接器（PC型—physicalconnect）插针体（包括光纤）的端面研磨成凸面球，使得被连接的光纤的端面可以直接接触，实现物理结构的直接连接。特点：优点：减少了光的菲涅尔反射，避免了回波噪声。材料：陶瓷端面的制备：光连接器3、矩形光连接器（SC）FC型PC型预留空间以便耦合部分旋转，不能满足高密度安装要求。卡口式，能自锁和开启SC型光纤连接器4、ST型连接器插销锁定式连接方式5、FO型光纤连接器结构图：作用：将带状光纤的光纤一根根分开，与单芯光纤连接。6、MT型光纤连接器结构图：作用：多模带状光缆的光纤的一次连接。三、光纤连接器的参数1、插入衰减意义：表征光连接器插入后引起的光路中的光信号衰减的程度。定义：ac=10Lg(Pin/Pout)(dB)影响光纤连接器衰减的因素：①参数不匹配：折射率、纤径②耦合缺陷：间隙横向偏移倾斜角端面不平2、重复性意义：在使用寿命期间允许实际插入损耗值偏离标称值的最大变化量。△ac=∣ac-aci∣max3、互换性描述同一种光纤连接器在相互代换时允许插入损耗的最大差值。△a=∣ac1-ac2∣max意义：定义：意义：表征连接时光纤端面对光的反射程度。回波损耗（反射损耗）：10Lg(P入/P反)4、回波损耗5、工作寿命意义：可插拔的最大次数四、光纤通信对光连接器的要求①连接损耗低0.5dB连接损耗~~~5km光纤损耗≤0.4dB②重复性好③寿命长一般1000次④强度高⑤环境稳定性好⑥反射低⑦体积小，成本低，操作方便五、陶瓷PC型光纤连接器的主要技术指标插入损耗≦0.3dB重复性≦0.1dB互换性≦0.1dB反射损耗≧38dB寿命≧10000次温度范围－40~80℃4.2光纤耦合器一、光纤耦合器对光信号实现分路、合路、插入、分配的一种无源器件。实现光功率的分配，对光的波长没有影响。功能：分路插入合路分配二、参数（1）插入损耗合路器：nai=10Lg()∑i=1Pi/Po(dB)分路器：ai=10Lg(Pi/∑Po)i=1n(dB)意义：表征插入光方向耦合器后对链路的光信号的衰减。定义：一般要求ai0.5dB（2）隔离度又称光方向性串扰度，用于衡量合路时各个端口的干扰度。定义：Aij=10Lg(Pi/Pj)(dB)ij意义：一般要求A20dB光连接器（3）、分路比分路时各个输出端口的光功率之比。ij定义：Tij=Pi/Pj光方向耦合器意义：一般要求T在0.1：1~10：1三、光纤耦合器的分类1、T型耦合器功能：将一个光纤的输入光功率按照一定的比例分配给两根光纤，或者将两根光纤的输入光信号合在一起送入一根光纤。用途：光功率分配器或光功率组合器2、星型耦合器功能：将n根光纤的输入光功率合在一起，均匀的分给m根光纤。用途：多端口功率分配器3、定向耦合器功能：取出光纤中向不同方向传送的光信号12341234用途：只能用于功率分路器。四、基本结构1、光纤型将几根光纤去涂覆后排列在一起，用熔断拉锥技术制作成光耦合器。工作原理：光功率的比例分配与锥形的长度和包层的厚度有关2、微光器件型主要采用自聚焦渐变透镜半透镜ABGRIN圆柱透镜GRIN圆柱透镜3、波导型在一个平面板的衬底上制作需要形状的光波导，衬底既可以做支撑体也可以做波导的包层。玻璃衬底嵌入波导4、对接型偶合器包层研磨匹配液拼合五、耦合级联1×2型2×2型级联1×N型N×N型从2×2的光方向耦合器来推导N×N型星型耦合器的参数特性：结论：（N·㏒2N）/2个2×2的星型耦合器可以按照这样的思路组成㏒2N级阵列，形成N×N型星型耦合器，其分路损耗为3㏒2NdB.4.3波分复用器Wavelength-divisionmultiplexers(WDM)•--波分复用器---的形式:–3端口器件(第4端口不用)–1310/1550nm(“经典”WDM技术)–1480/1550nm和980/1550nm用于光放大器(后面章节详述)–1550/1625nm用于网络监控•插入损耗和隔离度:–对传输通道的波长，具有低插入损耗(1dB)–传输通道波长对另一波长有高损耗(20to50dB):I10=-10log10[P1(λ1)/P0(λ1)],I20=-10log10[P2(λ1)/P0(λ1)]Commonl1l2A、分类•熔锥型(粗WDM)•多层干涉滤光膜型(细WDM→DWDM)•棱镜分光型(粗WDM)•光栅型---体光栅、光纤光栅(粗WDM，细WDM)•阵列波导光栅(细WDM→DWDM)B、原理直通臂(P1)耦合臂(P2)P0熔锥型波分复用器P1=Pincos2[K(λ)z]P2=Pinsin2[K(λ)z]其中z是耦合区的长度，K(λ)为耦合系数，当K(λ)z=π/2，P1=0，P2=Pin棱镜分光型波分复用器Multiplexers(MUX)/Demultiplexers(DEMUX)•DWDM的关键器件•技术分类：–串联介质滤光器–CascadedFBGs–Phasedarrays(seelater)•低串扰，有利于解复用干涉滤光片型波分复用器l1—l16l1—l15l16l1—l14l15输入光纤l1l4l3l2l0(监管信道)干涉滤光膜光栅型波分复用器---体光栅主最大强度的方向由下式给出：dsinθ=mλΔθ/Δλ=m/dcosθ其中d为光栅周期，θ为衍射角，m=0，±1，±2，等等，Δθ为角分离，Δλ为波长间隔。输入光l1l4l3l21.体光栅型布拉格光栅l1—l16l1—l15l16l16l16l1—l15、l16l1—l15、l16FBG环形器光纤光栅型波分复用器其反射波长成为布拉格波长（λB）由下面的布拉格条件确定：2Λneff=λB其中Λ为光栅周期，neff为有效纤芯折射率。ArrayWaveguideGrating(AWG)l1al3al2al4al1bl3bl2bl4bl1cl3cl2cl4cl1dl3dl2dl4dl1al3cl2dl4bl1bl3dl2al4cl1cl3al2bl4dl1dl3bl2cl4a行....转化为....列自由空间扇型波导扇型波导波导光栅NTT：256波，间隔0.2nm，3dB带宽0.12nm，插入损耗4.4-6.4dB，串扰-33dB，偏振相关波长差0.03nm，需要温控。光开关4.4光开关一、功能光开关是一种光路控制器，起转换光路的作用。如：保护倒换光端机光端机1×2光开关1×2光开关光开关全光交换：1×2空间光交换1×2时隙光交换光纤延时线T.T3T2T1T4T1T2T3T4复合光交换2t4t6t光开关或耦合器T2T3T4T1光开关光开关二、光开关的类型（1）机械式光开关★移动光纤式★移动棱镜式原理光开关光纤1玻璃套筒方空玻璃套筒套管光纤2光纤3光纤1光纤2光纤3移动光纤式：光开关移动棱镜式：棱镜自聚焦透镜光开关新型的微光机电系统光开关微光机电系统（MOEMS）光开关微机电系统（MEMS）技术与传统的光技术的结合光开关光开关（2）电光式光开关场效应晶体高折射率玻璃棱镜vVVtVVt（3）热光开关（4）SOA光开关半导体光放大器控制电压光开关二、参数（1）插入损耗ai=10Lg(Pin/Pout)(dB)(2)通断消光比开关处于接通状态的输出光功率和处于断开状态的输出光功率之比。a=10Lg(P通/P断)光开关(3)寿命允许转换光路的次数（4）转换速度光通道的设置开关：1~10ms保护倒换：1~10us分组交换：1ns外调制：10ps光隔离器4.6光隔离器一、定义光隔离器是一种防止光沿传输光程返回的无源器件。光隔离器光隔离器光隔离器二、工作原理基于法拉第效应在偏振光的传播方向外加电磁场时，其偏振方向会旋转一定的角度。Ω=V·B·L(V费尔德常数、L材料厚度、B磁场强度)无论光的传播方向如何，顺着外加磁场的传播方向观察，偏振光按顺时针的方向旋转.光隔离器BB光的不可逆性光隔离器光隔离器的工作原理：偏振器法拉第旋转器B偏振器45°45°45°90°NOPASS45°光隔离器三、参数（1）正向插入衰减沿光传播方向的衰减。afi=10Lg(Pin/Pout)（dB）(2)隔离度反向衰减，反向光被阻止的程度。A=10Lg(Pin/Pout)(dB)以反向方向为参考方向光环行器光环形器基本功能：123用途：用于光放大器和光时域反射仪。要点总结1、光器件与电器件的比较电源电探头电阻电混频器电插头二极管激光器光检测器光衰减器波分复用器光纤连接器隔离器分支器（三通）光方向耦合器MODEL光调制器要点总结2、FC型光纤连接器的结构、缺点光纤插针体套筒平面对接型光纤连接器产生菲涅尔反射要点总结3、PC型光纤连接器、SC型光纤连接器、FO型光纤连接器各自的特点。PC型光纤连接器：物理接触型，实现物理上的直接接触，克服了菲涅尔反射。SC型光纤连接器：矩形，方便安装，降低精度要求FO型光纤连接器：用于将带状光纤的每一根光纤单独分离出来要点总结3、光耦合器与光波分复用器的区别：光耦合器光功率的合与分光波分复用器光波长的分与合要点总结4、2×2型光纤耦合器的级联利用（N·㏒2N）/2个2×2的星型耦合器可以组成㏒2N级阵列，形成N×N型星型耦合器，其分路损耗为3㏒2NdB.要点总结6、光开关在光纤通信中的用途倒换备用光交换空分光交换时分光交换复合光交换要点总结7、光隔离器的作用及工作原理光隔离器是一种防止光沿传输光程返回的无源器件。基于法拉第效应在偏振光的传播方向外加电磁场时，其偏振方向会旋转一定的角度。Ω=V·B·L无论光的传播方向如何，顺着外加磁场的传播方向观察，偏振光按顺时针的方向旋转工作原理：光隔离器的工作原理图：偏振器法拉第旋转器B偏振器45454590NOPASS要点总结8、光环行器的作用进来的光从一个端口走，回来的光从另一个端口走123要点总结1、利用光开关设计一个简单的光交换阵列，完成下列交换.我和你我和你2、光耦合器的功率分配计算.作业3、光连接器的类型判断.