光線傳感技術(shù)ppt課件

1、光無源器件 一、銜接器和接頭 二、光衰減器 三、光耦合器 四、光隔離器 五、光環(huán)行器 六、光調(diào)制器 七、光開關(guān) 八、波長轉(zhuǎn)換器 九、光濾波器 十、光纖光柵 無源光器件是除光源器件、光檢波器件之外不需求電源的光通路部件。 無源光器件可分為銜接用的部件和功能性部件兩大類。 銜接用的部件有各種光銜接器，用做光纖和光纖、部件設(shè)備和光纖、或部件設(shè)備和部件設(shè)備的銜接。 功能性部件有分路器、耦合器、光合波/分波器、光衰減器、光開關(guān)和光隔離器等，用于光的分路、耦合、復(fù)用、衰減等方面。 光纖銜接器，俗稱活接頭，ITU-T建議將其定義為“用以穩(wěn)定地，但并不是永久地銜接兩根或多根光纖的無源組件。 光纖銜接器主要用于

2、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與儀表、設(shè)備與光纖及光纖與光纖的非永久性固定銜接等。 1光纖銜接器的根本構(gòu)成 由三個部分組成的：兩個配合插頭和一個耦合管。兩個插頭裝進(jìn)兩根光纖尾端；耦合管起對準(zhǔn)套管的作用。如圖5-19所示。圖5-19 光纖活動銜接器根本構(gòu)造 2光纖銜接器的分類 光纖銜接器按光纖數(shù)量、光耦合系統(tǒng)、機(jī)械耦合系統(tǒng)、套管構(gòu)造和緊固方式進(jìn)展分類，如表5-1所示。 表5-1光纖銜接器的分類單通道對接套筒/V型槽直套管螺絲多通道透鏡錐型錐型套管銷釘單/多通道其他其他其他彈簧銷 3光纖銜接器的性能 插入損耗介入損耗，該值越小越好。平均損耗值應(yīng)不大于0.5dB。 回波損耗或稱反射損耗、回?fù)p、回程損耗，

3、是衡量從銜接器反射回來并沿輸入通道前往的輸入功率分量的一個度量值，該值越大越好。其典型值應(yīng)不小于25dB。 互換性，每次互換后，其銜接損耗變化量越小越好。 反復(fù)性，即每次插拔時銜接損耗變化量要小。 插拔壽命最大可插拔次數(shù)，光纖銜接器的插拔壽命普通由元件的機(jī)械磨損情況決議。 4部分常見光纖銜接器 FC型。其接頭的對接方式為平面對接。 PC型。是FC型的改良型。其對接面由平面變?yōu)楣靶屯姑?。是我國最通用的?guī)格。 SC型。其構(gòu)造尺寸與FC型一樣，端面處置采用拱型凸面或PC研磨方式。 DIN47256型。由德國開發(fā)。 雙錐型銜接器。由美國貝爾實(shí)驗室開發(fā)研制。 5固定銜接 光纖與光纖的銜接有兩種，活動銜接

4、和永久性銜接。以上引見了活動銜接。永久性銜接有粘接法和熔接法，目前多用熔接法。 光纖銜接器的普通性能1 性能 項 目 型號或資料 性 能插入損耗/ dB 0.2-0.3反復(fù)性/ dB 0.1互換性/ dB 0.1反射損耗/ dBFC 型 35-40PC 型 45-50壽命插拔次數(shù) 不銹鋼 103 陶瓷 104任務(wù)溫度 不銹鋼20- +70 陶瓷40- +803.2 光衰減器 光衰減器主要用于光纖通訊系統(tǒng)的特性測試和其他測試中，是對光功率有一定衰減量的器件。根據(jù)衰減量能否變化，可以分為固定衰減器和可變衰減器。 光衰減器的根本原理 在玻璃基片上蒸鍍透射系數(shù)或反射系數(shù)變化很小的金屬膜，使經(jīng)過鍍膜玻璃

5、片的光功率被膜層資料吸收一部分，光強(qiáng)度遭到衰減。金屬膜可以是鎳鉻等化合物資料，光的衰減量有膜的厚度進(jìn)展控制。 固定衰減器 固定衰減器對光功率衰減量固定不變，主要用于調(diào)整光纖傳輸線路的光損耗。輸入光纖輸出光纖光纖銜接器光纖銜接器透鏡透鏡衰減部分 可變衰減器 可變衰減器的衰減量可在一定范圍內(nèi)變化，用于丈量光接納機(jī)靈敏度和動態(tài)范圍。(a)光路和構(gòu)造(b)步進(jìn)衰減片(c) 延續(xù)衰減片厚薄三、光耦合器 光耦合器的功能是把一個輸入光信號分配給多個輸出，或把多個輸入的光信號組合成一個輸出。P1P2P3T型光纖耦合器 光耦合器類型 T型光耦合器是一種22的3端耦合器，可把一根光纖輸入的光信號按一定比例分配給兩

6、根光纖，或把兩根光纖的輸入光信號組合在一同，輸入一根光纖。主要用做不同分路比的功率分配器或組合器。 星型光耦合器是一種nm的耦合器，可把n根光纖輸入的光功率組合在一同，均勻地分配給m根光纖。 定向光耦合器是一種22的3端或4端耦合器，用于分別驅(qū)除光纖中向不同方向傳輸?shù)墓庑盘?。只用于作分路器，不能作合路器?波分復(fù)用/解復(fù)用器波分復(fù)用器是與波長有關(guān)的耦合器，用于把多個不同波長的發(fā)射機(jī)輸出的光信號組合在一同，輸入到一根光纖；解復(fù)用器用于把一根光纖輸出的多個不同波長的光信號分配給不同的光接納機(jī)。 常用光耦合器類型表示圖1b星型c定向型d波分復(fù)用型aT型42312 N1 + 2 +N 2主要性能目的

7、表示光纖耦合器性能目的的參數(shù)有：隔離度、插入損耗和分光比等。下面以22定向耦合器為例來闡明。 1隔離度A 如圖5-20c所示，由端1輸入的光功率P1應(yīng)從端2和端3輸出，端4實(shí)際上應(yīng)無光功率輸出。但實(shí)踐上端4還是有少量光功率輸出P4，其大小就表示了1、4兩個端口的隔離程度。隔離度A表示為普通情況下，要求 。(dB)log101441PPA、dB20A光耦合器主要特性1 耦合比耦合比CR是一個指定輸出端的光是一個指定輸出端的光功率功率Poc和全部輸出端的光功率總和和全部輸出端的光功率總和Pot的比值。的比值。2 附加損耗附加損耗Le是全部輸入端光功率總是全部輸入端光功率總和和Pit和全部輸出端光功

8、率總和和全部輸出端光功率總和Pot的比值。的比值。NnonocotocPPPPCR1NnonNninotitePPPPL11lg10lg103分光比分光比T 分光比等于兩個輸出端口的光功率之比，如從端分光比等于兩個輸出端口的光功率之比，如從端1輸入光功率，輸入光功率，那么端那么端2和端和端3分光比分光比 普通情況下，定向耦合器的分光比為普通情況下，定向耦合器的分光比為11110。23PPT 3.4 光隔離器 光隔離器是一種非互易性器件，只允許光波往一個方向傳輸，阻止光波往其他方向尤其是反方向傳輸。普通用在激光器或光放大器后。插入損耗值為1dB,隔離度的典型值為40-50 dB。 光隔離器任務(wù)原

9、理 假設(shè)入射光是垂直偏振光，起偏振器的透振方向是在垂直方向，故入射光順利經(jīng)過它射向法拉第旋轉(zhuǎn)器，法拉第旋轉(zhuǎn)器由旋光資料制成，能使光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一定角度，如45，并且其旋轉(zhuǎn)方向與光傳播方向無關(guān)。法拉第旋轉(zhuǎn)器后的檢偏振器透振方向假設(shè)在45方向上，那么經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)45后的光能經(jīng)過檢偏振器，即光沿正方向從左到右經(jīng)過這些器件是沒有損耗的。但沿反方向從右到左傳送的反射光，其偏振態(tài)也在45，當(dāng)反射光經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器再旋轉(zhuǎn)45后，偏振態(tài)到達(dá)90，變?yōu)槌潭绕窆?，那么無法經(jīng)過起偏振器。 光隔離器任務(wù)原理表示圖起偏振器法拉第旋轉(zhuǎn)器檢偏振器 阻塞 反射光 經(jīng)SWP的 入射光 SWPSpatial Walk-

10、off Polarizer SWPSpatial Walk-off Polarizer 空間分別偏振器空間分別偏振器 ，其作用是將入射光，其作用是將入射光分解為垂直與程度兩個正交偏振分量，讓垂直分量經(jīng)過，而程度分量偏折經(jīng)過。分解為垂直與程度兩個正交偏振分量，讓垂直分量經(jīng)過，而程度分量偏折經(jīng)過。 3光隔離器的性能目的 插入損耗和隔離度是光隔離器的兩個主要性能參數(shù)，另還有回波損耗，偏振相關(guān)損耗和偏振模色散。 1插入損耗 插入損耗是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。假設(shè)輸入的光信號功率為Pi，經(jīng)過光隔離器后的功率為Po，那么插入損耗IL為 顯然，其值越小越好。(dB

11、)log10ioPPIL 2回波損耗 回波損耗是指由于構(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呵斥的對入射光信號的衰減。回波損耗RL為 其中，Pi為正向輸入光隔離器的光信號功率，Pr為前往輸入端口的光功率。 RL值越大越好。 3隔離度 隔離度是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。有 其中， 為反向輸入光隔離器的光信號功率， 為反向經(jīng)過光隔離器的光功率。隔離度越大越好。(dB)log10irPPRL(dB)log10iosoPPIiPoP 4偏振相關(guān)損耗PDL 是指輸入光偏振態(tài)發(fā)生變化而其他參數(shù)不變時，器件插入損耗的最大變化量。它是衡量器件插入損耗受偏

12、振態(tài)影響程度的目的。 5偏振模色散PMD 是指經(jīng)過器件的信號光不同偏振態(tài)之間的相位延遲。 注：普通情況下，光通訊系統(tǒng)對光隔離器的主要技術(shù)目的要求為：插入損耗1.0dB；隔離度35dB；回波損耗50dB；PDL0.2dB；PMD0.2ps。3.5 光環(huán)行器 光環(huán)行器是多端口的隔離器。主要用于光分插復(fù)用器。典型的環(huán)行器普通有三或四個端口，在三端口環(huán)行器中，端口1輸入的光信號在端口2輸出，端口2輸入的光信號在端口3輸出，端口3輸入光信號在端口1輸出。 常用光環(huán)行器表示圖1231234(a) 三端口(b) 四端口 光環(huán)形器用于單纖雙向通訊表示圖3.6 光調(diào)制器 光調(diào)制器外調(diào)制方式中采用，把激光的產(chǎn)生和

13、調(diào)制分開， 可防止對光源直接調(diào)制產(chǎn)生線性調(diào)頻的限制。調(diào)制器普通用電光效應(yīng)或聲光效應(yīng)使折射率改動，或用磁光效應(yīng)使光的透過率變化實(shí)現(xiàn)光調(diào)制。 3.7 光開關(guān) 光開關(guān)：可以控制傳輸通路中光信號通或斷或進(jìn)展光路切換作用的器件。 光開關(guān)普通包括兩種：機(jī)械式光開關(guān)和電子式光開關(guān)。 機(jī)械式光開關(guān)的開關(guān)功能是經(jīng)過機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)的。利用電磁鐵或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動光纖、棱鏡或反射鏡等光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)光路切換。 優(yōu)點(diǎn)是插入損耗小，隔離度高，串?dāng)_小，適宜各種光纖，技術(shù)成熟；缺陷是開關(guān)速度較慢，體積較大。 電子式光開關(guān)利用磁光效應(yīng)、電光效應(yīng)或聲光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光路切換的器件。 優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)速度快，易于集成化；缺陷是插入損耗大，串?dāng)_大，只適

14、宜單模光纖。 波長轉(zhuǎn)換器：使信號從一個波長轉(zhuǎn)換到另一個波長的器件。 波長轉(zhuǎn)換器根據(jù)波長轉(zhuǎn)換機(jī)理可分為光電型波長轉(zhuǎn)換器和全光型波長轉(zhuǎn)換器。 1光電型波長轉(zhuǎn)換器 如下圖。由于速度受電子器件限制，不順應(yīng)高速大容量光纖通訊系統(tǒng)。 光電型波長轉(zhuǎn)換器 2全光型波長轉(zhuǎn)換器 其波長轉(zhuǎn)換技術(shù)主要由半導(dǎo)體光放大器SOA構(gòu)成，如下圖。 波長為1的光信號與需求轉(zhuǎn)換為波長為2的延續(xù)光信號同時送入半導(dǎo)體光放大器，SOA對入射光功率存在增益飽和特性，結(jié)果使得輸入光信號所攜帶的信息轉(zhuǎn)換到2 上，經(jīng)過濾波器取出2 光信號，即可實(shí)現(xiàn)從1到2 的全光波長轉(zhuǎn)換。 全光型波長轉(zhuǎn)換器 光濾波器：在光纖通訊系統(tǒng)中，只允許一定波長的光信號光濾波器：在光纖通訊系統(tǒng)中，只允許一定波長的光信號經(jīng)過的器件。經(jīng)過的器件。 假設(shè)所經(jīng)過的光波長可以改動，那么稱為波長可調(diào)諧光濾假設(shè)所經(jīng)過的光波長可以改動，那么稱為波長可調(diào)諧光濾波器。波器。 目前，構(gòu)造最簡單、運(yùn)用最廣的光濾波器是目前，構(gòu)造最簡單、運(yùn)用