光纖通信系統(tǒng)51光隔離器.ppt

第五章光纖線路技術及器件,光纖線路技術,為了實現(xiàn)光信號從發(fā)射機至接收機的傳送，在整個光纖的傳輸線路上既需要解決由光纖損耗、色散及非線性引起的信號衰減和畸變等問題，還需要解決信號的調(diào)制、信號的選路、線路的連接、光功率的分配、光功率的控制、雜散光的隔離等一系列工程實踐問題。,光器件,根據(jù)在實現(xiàn)功能過程中是否發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，可將光器件分為有源器件和無源器件有源器件(activedevice)：如激光器、光電檢測器、光放大器等。無源器件(passivedevice)：如光隔離器、光耦合器、光環(huán)形器等實現(xiàn)連接光路、分配光功率以及合波和分波等作用。,主要內(nèi)容,一、光隔離器和光環(huán)形器二、光纖的連接三、光衰減器和光開關四、光纖耦合器五、光纖光柵六、波分復用器件七、平面及矩形光波導技術及器件八、光放大器九、色散補償技術,光隔離器(isolator),光隔離器是一種只允許光沿一個方向通過而在相反方向阻擋光通過的光無源器件作用：防止光路中的后向傳輸光對光源以及光路系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。例如：半導體激光器、光纖放大器應用：光纖通信、光信息處理系統(tǒng)、光纖傳感以及精密光學測量系統(tǒng)等類型：偏振相關型和偏振無關型兩類,法拉第旋光效應,光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應。法拉第效應是法拉第在1845年首先觀察到的不具有旋光性的材料在磁場作用下使通過該物質(zhì)的光的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，也稱磁致旋光效應。沿磁場方向傳輸?shù)钠窆?，其偏振方向旋轉(zhuǎn)角度q=VBL(B磁場強度，L材料長度，V維爾德常數(shù)為材料的特性常數(shù))。偏振方向的旋轉(zhuǎn)只與磁場強度的方向有關，而與光傳播的方向無關。磁光材料有釔鐵石榴石（YIG）、鉍鐵石榴石（SIC）等。,偏振相關型光隔離器,由起偏器、檢偏器和旋光器三部分組成。,偏振無關型光隔離器,主要技術指標,插入損耗回波損耗隔離度偏振相關損耗（PDL）偏振模色散（PMD）,插入損耗(IL),指在光隔離器通光方向上傳輸?shù)墓庑盘栍捎谝牍飧綦x器而產(chǎn)生的附加損耗。Pi：輸入的光信號功率，Po：經(jīng)過光隔離器后的功率，顯然，IL值越小越好。光隔離器的插入損耗來源于偏振器、法拉第旋轉(zhuǎn)器等各部分的插入損耗。,回波損耗(RL),回波損耗：指由于構(gòu)成光隔離器的各元件、光纖以及空氣折射率失配引起的反射造成的對入射光信號的衰減。Pi：正向輸入光隔離器的光信號功率Pr：返回輸入端口的光功率,隔離度,指在逆光隔離器通光方向上傳輸?shù)墓庑盘栍捎谝牍飧綦x器而產(chǎn)生的損耗Pi：反向輸入光隔離器的光信號功率Po：返回輸入端口的光功率值越大越好,偏振相關損耗和偏振模色散,偏振相關損耗（PDL）：指輸入光偏振態(tài)發(fā)生變化而其它參數(shù)不變時，器件插入損耗的最大變化量，是衡量器件插入損耗受偏振態(tài)影響程度的指標。偏振模色散（PMD）：指通過器件的信號光不同偏振態(tài)之間的相位延遲差。,光環(huán)形器(circulator),多端口非互易N（N2）個端口光由端口1-端口2；由端口2-端口3;若端口N輸入的光可由端口1輸出，稱為環(huán)行器，若不可以，稱為準環(huán)行器,應用,雙向通信中的重要器件，完成正反向傳輸光的分離單纖雙向通信、上/下話路、合波/分波及色散補償?shù)?結(jié)構(gòu),光纖準直器,分束合束鏡,偏振旋轉(zhuǎn)鏡,光束變換器,光纖準直器,偏振旋轉(zhuǎn)鏡,分束合束鏡,分束/合束鏡,將任意狀態(tài)的輸入光變成分解成兩束偏振方向垂直的偏振分量雙折射平行平板、楔形雙折射晶體,偏振旋轉(zhuǎn)鏡,90度非互易旋轉(zhuǎn)器,端口1端口2,端口2端口3,端口3端口4,技術指標,包括插入損耗、回波損耗、隔離度、串音、偏振相關損耗、偏振模色散等串音指兩個不相鄰端口之間理論上不能接收到光信號但實際中由于種種原因而接收到的功率以dB表示的相對值，,光纖的連接,光纖的連接將兩根光纖端面結(jié)合在一起，實現(xiàn)光信號的持續(xù)傳輸。根據(jù)連接方式的不同，可分為活動連接和固定連接。利用活動連接器是實現(xiàn)活動連接的主要方法熔接法是固定連接的主要方法,活動連接器,連接兩根光纖或光纜使其成為光通路的可以重復裝拆的活接頭用于光源到光纖、光纖到光纖、光纖與深測器、器件之間等的連接必須具備損耗低、體積小、重量輕、可靠性高、便于操作、重復性和互換性好以及價格低廉等優(yōu)點。要求能承受機械振動和沖擊、適應一定的溫度和濕度環(huán)境條件、裝拆時防止雜質(zhì)污染的保護措施。,分類,可分為單芯型和多芯型可分為多模和單模單芯型按結(jié)構(gòu)可分為調(diào)心型和非調(diào)心型：非調(diào)心型內(nèi)部沒有調(diào)心機構(gòu),靠光纖活動連接器結(jié)構(gòu)組件之間的精密配合來達到最佳耦合常用的非調(diào)心型結(jié)構(gòu)有以下幾種：套管結(jié)構(gòu)、雙錐結(jié)構(gòu)、V型槽結(jié)構(gòu)、微透鏡結(jié)構(gòu)以及自聚焦透鏡結(jié)構(gòu)等按連接方式可分為對接耦合式和透鏡耦合式,套管結(jié)構(gòu),由插針和套管組成，都是精密的機械結(jié)構(gòu)和光學結(jié)構(gòu)光纖固定在插針里，兩個插針在套管中對接并保證兩根光纖的對準,插針,可用不銹鋼、陶瓷、玻璃、塑料等材料制作陶瓷材料具有極好的溫度穩(wěn)定性，線膨脹系數(shù)很小，且與石英光纖的線膨脹系數(shù)接近，使用最多,套管,常用開口套管，選用彈性好的材料如磷青銅、鈹青銅、氧化鋯陶瓷制作,雙錐結(jié)構(gòu),利用錐面定位,V型槽結(jié)構(gòu),主要性能指標,插入損耗：一般在0.5dB以下?；夭〒p耗：一般應大于45dB。重復性：每次插拔后其損耗的變化范圍，一般應小于0.1dB?；Q性：是指同一種連接器不同插針替換時損耗的變化范圍，一般應小于0.1dB。插拔次數(shù)：連接器具有上述損耗參數(shù)范圍內(nèi)插拔的次數(shù)，一般應在千次以上。工作溫度：在工作溫度范圍內(nèi)（-2570范圍內(nèi)），連接器的損耗變化量應在0.2dB范圍內(nèi)變化。,影響插入損耗的因素,光纖連接時，產(chǎn)生的損耗主要來自制造技術和光纖本身的不完善。光纖的橫向錯位、角度傾斜、端面間隙、端面形狀、端面光潔度以及纖芯直徑、數(shù)值孔徑、折射率分布的差異和光纖的橢圓度、偏心度等都會影響連接質(zhì)量。,改進回波損耗的辦法,光纖連接器存在回波損耗是由于光線在遇到折射率不同的界面時會出現(xiàn)菲涅爾反射如果兩光纖對接處存在端面間隙或者光纖端面存在高折射率的變質(zhì)層或者光纖端面存在劃痕、凹坑、污物都會引起光線在對接處產(chǎn)生菲涅爾反射從而造成了光纖連接器的回波損耗將原來的平面接觸更改為球面接觸、斜球面接觸等,球面接觸斜球面接觸,連接器的表示,/：表示外部連接方式，有FC、SC、ST、FDDI、D4、MU、MC、E2000等：表示插針端面形狀，有FC、PC、UPC、APC等,常用術語,連接器插頭(plugconnetor)光纜跳線(jumpercable)轉(zhuǎn)換器:(adaptor)插座、法蘭盤變換器(converter)裸光纖轉(zhuǎn)接器,FCConnector,STConnector,SCConnector,SMAConnector,MT-RJ,FDDIConnector,MPOConnector,MUConnector,LCConnector,E2000Connector,D4Connector,BiconicConnector,adaptor,adaptor,converter,裸光纖轉(zhuǎn)接器,實際器件指標,光纖的固定連接,使一對光纖之間形成永久性的連接，用于不需要拆卸或重復使用的場合。有熔接法、V型槽法、毛細管法等。熔接法在實際中應用最為普遍，是光纖通信干線中光纖連接的主要方法，它是利用電弧放電、氫焰或激光等方法加熱從而將光纖熔融結(jié)合在一起。電弧放電是熔接法中應用最廣的方法。利用電弧放電進行光纖熔接的設備稱為光纖熔接機。,光纖熔接機,由光纖的準直與夾持機構(gòu)、光纖對準機構(gòu)、電弧放電機構(gòu)以及控制機構(gòu)等四部分構(gòu)成,熔接步驟,制備光纖:利用光纖剝皮鉗去除光纖外的套塑層，利用光纖切割刀切割光纖端面，達到端面平整，并使端面與光纖軸線垂直，偏差小于1。對準光纖:將制備好端面的光纖放入準直與夾持機構(gòu)中固定，通過手動或自動裝置使纖芯在空間三個方向上移動，保證需要熔接的兩根光纖完全對準，消除纖芯的橫向錯位、角度偏差，并將端面之間的間距調(diào)整到預定大小。,熔接步驟,熔接光纖:根據(jù)光纖的類型，選擇合適的放電電流、放電時間，進行電弧放電，對端面加熱，實現(xiàn)光纖的熔接。接點的保護:熔接結(jié)束后加熱縮管對光纖熔接處進行保護。,同時觀察X軸和Y軸方向光纖5英寸LCD大屏幕顯示，四種語言可選內(nèi)置照明燈，方便夜晚放置方纖內(nèi)置溫度、濕度、氣壓傳感器，適應環(huán)境的變化自動檢測光纖端面，自動校準熔接位置自動選擇最佳熔接程序，自動推算接續(xù)損耗體積小重量輕，攜帶方便交直流兩用，適合各種場合屏幕菜單提示，操作簡單方便深凹式防風蓋，在15m/s的強風下能進行工作,光衰減器（opticalattenuator）,用來穩(wěn)定地、準確地減小信號光功率的無源器件。它是光功率調(diào)節(jié)所不可缺少的器件。按衰減光功率的工作機理分有：耦合型光衰減器反射型光衰減器吸收型光衰減器,耦合型光衰減器,通過輸入、輸出光束對準偏差的控制來改變光耦合量的大小，從而達到改變衰減量的目的。,反射型光衰減器,是在玻璃基片上鍍反射膜作為衰減片。光透過衰減片時主要是反射和透射。由膜層厚度的不同來改變反射量的大小，從而達到改變衰減量的目的。,吸收型光