第三章光纖材料及光纖器件1

1、5/31/20221光纖器件光纖器件5/31/20222光纖器件：光纖器件：光光纖纖無源器件無源器件 光纖有源器件 5/31/2022Page3概述概述 簡介簡介 一種光學(xué)元器件一種光學(xué)元器件 工藝原理遵循光學(xué)的基本原理，即光線理論工藝原理遵循光學(xué)的基本原理，即光線理論 以及電磁波理論以及電磁波理論 光通信設(shè)備的重要組成部分光通信設(shè)備的重要組成部分 涉及多種加工工藝涉及多種加工工藝，特別復(fù)雜，特別復(fù)雜5/31/2022Page4概述概述 光無源器件主要分為以下幾種光無源器件主要分為以下幾種1. 光纖準(zhǔn)直器（光纖準(zhǔn)直器（Fiber Collimators ）2. 光纖連接器（光纖連接器（Conn

2、ector）3. 光耦合器件（光耦合器件（Coupler）4. 光衰減器（光衰減器（Attenuator）5. 光隔離器（光隔離器（Isolator）6. 光波分復(fù)用器（光波分復(fù)用器（WDM）7. 偏振光合波器（偏振光合波器（PBC）8. 光開關(guān)光開關(guān)(Switch)9. 光環(huán)形器（光環(huán)形器（Circulator）5/31/2022Page5概述概述 內(nèi)容介紹內(nèi)容介紹 各種無源器件的基本原理各種無源器件的基本原理 各種無源器件的種類各種無源器件的種類 舉例介紹具體無源器件的制作工藝舉例介紹具體無源器件的制作工藝 各種無源器件的性能技術(shù)指標(biāo)各種無源器件的性能技術(shù)指標(biāo)5/31/2022Page6

3、1. 光纖準(zhǔn)直器（光纖準(zhǔn)直器（Fiber Collimator）5/31/2022Page7光纖準(zhǔn)直器（光纖準(zhǔn)直器（Collimator) 原理與作用原理與作用 光纖準(zhǔn)直器的基本原理是，將光纖端面置于準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)處光纖準(zhǔn)直器的基本原理是，將光纖端面置于準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)處， 使光束得到準(zhǔn)直，然后在焦點(diǎn)附近輕微調(diào)節(jié)光纖端面位置，得使光束得到準(zhǔn)直，然后在焦點(diǎn)附近輕微調(diào)節(jié)光纖端面位置，得 到所需工作距離，因此準(zhǔn)直器的工作距離與光纖頭和透鏡的間到所需工作距離，因此準(zhǔn)直器的工作距離與光纖頭和透鏡的間 距距L 相關(guān)相關(guān)。 光纖準(zhǔn)直器的作用是將光纖輸出的束腰半徑較小而發(fā)散角較大光纖準(zhǔn)直器的作用是將光纖輸出的束

4、腰半徑較小而發(fā)散角較大 的近似高斯光束轉(zhuǎn)化為腰斑較大而發(fā)散角較小的光束的近似高斯光束轉(zhuǎn)化為腰斑較大而發(fā)散角較小的光束，以增加，以增加 對(duì)軸向間距的容查從而提高光纖與光纖之間的耦合效率，這樣對(duì)軸向間距的容查從而提高光纖與光纖之間的耦合效率，這樣 可使兩準(zhǔn)直器之間保持較長的距離，可以插入光學(xué)元件以實(shí)現(xiàn)可使兩準(zhǔn)直器之間保持較長的距離，可以插入光學(xué)元件以實(shí)現(xiàn) 器件性能器件性能。如下圖所示如下圖所示；5/31/2022Page8光纖準(zhǔn)直器（光纖準(zhǔn)直器（Collimator) 原理示意圖原理示意圖 腰斑較大腰斑較大發(fā)散角小發(fā)散角小 Grin Lens（1/4透鏡）透鏡）Fiber Pigtail束腰半徑小

5、束腰半徑小發(fā)散角大發(fā)散角大Glass Sleeve近高斯光束近高斯光束折射率徑向變折射率徑向變化示意圖化示意圖 玻璃套管玻璃套管光纖尾纖光纖尾纖5/31/2022Page9光纖準(zhǔn)直器（光纖準(zhǔn)直器（Collimator)種類種類 C-Lens光纖準(zhǔn)直器光纖準(zhǔn)直器: Cylindrical-Lens,球端面透鏡技術(shù)準(zhǔn)直器球端面透鏡技術(shù)準(zhǔn)直器 G-Lens光纖準(zhǔn)直器光纖準(zhǔn)直器: Grin Lens,斜端面折射率徑向漸變技術(shù)準(zhǔn)直器斜端面折射率徑向漸變技術(shù)準(zhǔn)直器 C-Lens 可通過增大端面曲率半徑來增加工作距離，比可通過增大端面曲率半徑來增加工作距離，比G-Lens 改變參數(shù)相對(duì)容易，長工作距離應(yīng)用中

6、具有優(yōu)勢(shì)，而在普通應(yīng)改變參數(shù)相對(duì)容易，長工作距離應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)，而在普通應(yīng) 用中，也因其成本優(yōu)勢(shì)受到歡迎。只是在用中，也因其成本優(yōu)勢(shì)受到歡迎。只是在Filter 型型WDM 中，需中，需 要在透鏡的端面粘貼濾波片，要在透鏡的端面粘貼濾波片，Grin-Lens端面為平面易于貼片。端面為平面易于貼片。 5/31/2022Page10光纖準(zhǔn)直器（光纖準(zhǔn)直器（Collimator)UV膠膠 Epoxy環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂制作工藝制作工藝 Lens組裝組裝玻璃管玻璃管Lens5/31/2022Page11光纖準(zhǔn)直器（光纖準(zhǔn)直器（Collimator)制作工藝制作工藝 Pigtail組裝組裝對(duì)齊后作標(biāo)記對(duì)齊后

7、作標(biāo)記斜面對(duì)齊斜面對(duì)齊5/31/2022Page12光纖準(zhǔn)直器（光纖準(zhǔn)直器（Collimator)制作工藝制作工藝 Lens Holder套管組裝套管組裝Lens Holder 5/31/2022Page13主要性能技術(shù)指標(biāo)：主要性能技術(shù)指標(biāo)：1.Wavelength（波長）（波長） = 1520 1580 nm2.Insertion Loss（插入損耗）（插入損耗） 65 dB4.Tensile Load （拉力）（拉力） 5 N5.Working Distance（工作距離）（工作距離）: 10 mm光纖準(zhǔn)直器（光纖準(zhǔn)直器（Collimator)5/31/2022Page14 2. 連接器

8、（連接器（Connector）5/31/2022Page15連接器（連接器（Connector）基本原理基本原理光纖連接器的基本原理是采用某種機(jī)械和光學(xué)機(jī)構(gòu)，是兩根光纖光纖連接器的基本原理是采用某種機(jī)械和光學(xué)機(jī)構(gòu)，是兩根光纖的纖心對(duì)準(zhǔn)，保證的纖心對(duì)準(zhǔn)，保證90以上的光可以通過。以上的光可以通過。光纖連接器是光學(xué)元器件中的基礎(chǔ)元件，除了實(shí)現(xiàn)光纖之間的連光纖連接器是光學(xué)元器件中的基礎(chǔ)元件，除了實(shí)現(xiàn)光纖之間的連接外，它還具有將光纖光纜、有源器件、其他無源器件、系統(tǒng)與接外，它還具有將光纖光纜、有源器件、其他無源器件、系統(tǒng)與儀表實(shí)現(xiàn)連接的功能。儀表實(shí)現(xiàn)連接的功能。5/31/2022Page16連接器（連

9、接器（Connector）種類種類1 1、活動(dòng)連接器：、活動(dòng)連接器： a a、連接器插頭（、連接器插頭（Plug ConnectorPlug Connector） 使光纖（纜）在轉(zhuǎn)換器或變換器中完成插拔功能的器件使光纖（纜）在轉(zhuǎn)換器或變換器中完成插拔功能的器件 b b、轉(zhuǎn)換器（、轉(zhuǎn)換器（AdaptorAdaptor） 把光纖（纜）插頭連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)光纖接通的器件把光纖（纜）插頭連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)光纖接通的器件 c c、跳線（、跳線（Jumper ConnectorJumper Connector） 一根光纖（纜）的兩端都裝上插頭一根光纖（纜）的兩端都裝上插頭 d d、變換器（、變換器（

10、ConverterConverter） 使某種型號(hào)的插頭換成另一種型號(hào)插頭的器件使某種型號(hào)的插頭換成另一種型號(hào)插頭的器件 e e、裸光纖轉(zhuǎn)換器（、裸光纖轉(zhuǎn)換器（Bare Fiber AdaptorBare Fiber Adaptor） 使裸光纖與光源、探測(cè)器、各類光儀表連接的器件使裸光纖與光源、探測(cè)器、各類光儀表連接的器件2 2、固定連接器：主要為光纖熔接（、固定連接器：主要為光纖熔接（Fiber Fusing SplicingFiber Fusing Splicing）5/31/2022Page17連接器（連接器（Connector）基本制造類型基本制造類型5/31/2022Page18 各

11、種制造標(biāo)準(zhǔn)各種制造標(biāo)準(zhǔn)連接器（連接器（Connector）5/31/2022Page19連接器（連接器（Connector） 插針端面插針端面 PC： Non-angled Physical Contact connector 無角度接觸連接器無角度接觸連接器 APC： Angled Physical Contact connector 有角度接觸連接器有角度接觸連接器 這里端面一般為球面，球面增加回?fù)p。比較兩種連接器，這里端面一般為球面，球面增加回?fù)p。比較兩種連接器，APC斜球端面連接器可以在接觸時(shí)產(chǎn)生更大的回波損耗，斜球端面連接器可以在接觸時(shí)產(chǎn)生更大的回波損耗，其數(shù)值可以達(dá)到其數(shù)值可以達(dá)到

12、50-70dB，而一般的，而一般的PC端面連接器回?fù)p約端面連接器回?fù)p約為為30-40dB，只是由于角度位置的要求，只是由于角度位置的要求，APC連接器制作連接器制作工藝會(huì)稍微復(fù)雜。工藝會(huì)稍微復(fù)雜。 5/31/2022Page20連接器（連接器（Connector） 部分連接器圖例部分連接器圖例 SC/PCSC/APC5/31/2022Page21FC/PCFC/APC連接器（連接器（Connector）5/31/2022Page22插針插針A插針插針B光纖光纖 插針插針連接器（連接器（Connector）插針套筒式連接器示意圖插針套筒式連接器示意圖5/31/2022Page23LC/PC連接器

13、組裝結(jié)構(gòu)連接器組裝結(jié)構(gòu)連接器（連接器（Connector）組裝前組裝前組裝后組裝后5/31/2022Page24主要性能技術(shù)指標(biāo)主要性能技術(shù)指標(biāo)連接器（連接器（Connector）1、插入損耗（、插入損耗（Insertion Loss)2、回波損耗（、回波損耗（Return Loss）3、重復(fù)損耗：多次插拔的損耗、重復(fù)損耗：多次插拔的損耗4、互換損耗：連接器部件互換時(shí)損耗、互換損耗：連接器部件互換時(shí)損耗5/31/2022Page25 3. 光耦合器（光耦合器（Coupler）5/31/2022Page26光耦合器（光耦合器（Coupler）耦合器件的定義以及種類耦合器件的定義以及種類光耦合器是

14、重要的無源器件光耦合器是重要的無源器件，是傳輸中的光信號(hào)在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)，是傳輸中的光信號(hào)在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生耦合發(fā)生耦合，然后進(jìn)行再分配，然后進(jìn)行再分配。種類從功能上分光功率（種類從功能上分光功率（Splitter）和光波長分配耦合器（）和光波長分配耦合器（WDM Coupler）；從端口形式可分為）；從端口形式可分為X形、形、Y形、星形以及樹形耦合器；形、星形以及樹形耦合器；從工作帶寬分窄帶耦合器、單工作窗口寬帶耦合器、雙工作窗口的寬從工作帶寬分窄帶耦合器、單工作窗口寬帶耦合器、雙工作窗口的寬帶耦合器；從傳導(dǎo)光模式分多模耦合器、單模耦合器。帶耦合器；從傳導(dǎo)光模式分多模耦合器、單模耦合器

15、。熔融拉錐型全光纖耦合器熔融拉錐型全光纖耦合器應(yīng)為其良好的綜合優(yōu)勢(shì)成為現(xiàn)在制作耦合器應(yīng)為其良好的綜合優(yōu)勢(shì)成為現(xiàn)在制作耦合器的主要方法的主要方法。5/31/2022Page27光耦合器（光耦合器（Coupler）耦合機(jī)理：（單模光纖耦合器）耦合機(jī)理：（單模光纖耦合器） 耦合即是入射光功率在熔融拉錐區(qū)域進(jìn)行功率再分配，一部分通過耦合即是入射光功率在熔融拉錐區(qū)域進(jìn)行功率再分配，一部分通過“直通臂直通臂”繼續(xù)傳輸，另一部分由繼續(xù)傳輸，另一部分由“耦合臂耦合臂”傳到另一光路傳到另一光路?；驹硎牵寒?dāng)光線輸入進(jìn)入熔錐區(qū)輸入端時(shí)，由于纖芯的不斷變基本原理是：當(dāng)光線輸入進(jìn)入熔錐區(qū)輸入端時(shí)，由于纖芯的不斷變細(xì)

16、，入射角度也不斷變大，當(dāng)超過全反射的角度臨界點(diǎn)時(shí)，會(huì)有部細(xì)，入射角度也不斷變大，當(dāng)超過全反射的角度臨界點(diǎn)時(shí)，會(huì)有部分的光功率會(huì)逸出分的光功率會(huì)逸出“輸入臂輸入臂”熔錐區(qū)的光纖包層，這時(shí)光功率是以包熔錐區(qū)的光纖包層，這時(shí)光功率是以包層作為芯，纖外介質(zhì)（空氣）作為新的復(fù)合波導(dǎo)中傳播的；在輸出層作為芯，纖外介質(zhì)（空氣）作為新的復(fù)合波導(dǎo)中傳播的；在輸出端，隨著纖芯變粗，入射角度逐漸變小，光功率被兩個(gè)纖芯以特定端，隨著纖芯變粗，入射角度逐漸變小，光功率被兩個(gè)纖芯以特定的比率捕獲。的比率捕獲。 5/31/2022Page28 光耦合器（光耦合器（Coupler）耦合機(jī)理示意圖耦合機(jī)理示意圖(1X2 Sin

17、gle為例為例) 耦合區(qū)耦合區(qū) 單模輸入光單模輸入光 （小角度單一路徑）（小角度單一路徑）背散射臂背散射臂 輸入臂輸入臂 入射角度變大入射角度變大 逸出折射光逸出折射光耦合臂耦合臂形成新的全反射形成新的全反射 直通臂直通臂5/31/2022Page29 光耦合器（光耦合器（Coupler）熔融拉錐示意圖熔融拉錐示意圖99.9氫氣火焰氫氣火焰拉力拉力一定要打兩個(gè)結(jié)一定要打兩個(gè)結(jié)5/31/2022Page30 光耦合器（光耦合器（Coupler）V-shape Quartz Tube石英基板石英基板Shrink Tube熱縮套熱縮套Silicon Rubber硅膠硅膠Stainless Steel

18、 Tube不銹鋼套不銹鋼套Epoxy環(huán)氧膠環(huán)氧膠UV 膠膠Fiber光纖光纖Shrink Tube熱縮套熱縮套Silicon Rubber硅膠硅膠V-shape Quartz Tube V型石英基板型石英基板Stainless Steel Tube不銹鋼套不銹鋼套結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖5/31/2022Page31熔融拉錐型全光纖耦合器的優(yōu)勢(shì)熔融拉錐型全光纖耦合器的優(yōu)勢(shì)1、極低的附加損耗：標(biāo)準(zhǔn)、極低的附加損耗：標(biāo)準(zhǔn)X型可達(dá)到型可達(dá)到0.05dB以下；以下；2、方向性好：一般超過、方向性好：一般超過60dB;3、良好的環(huán)境穩(wěn)定性：例如在、良好的環(huán)境穩(wěn)定性：例如在-40度度85度范圍內(nèi)可度范圍內(nèi)可

19、保持穩(wěn)定的工作特性；保持穩(wěn)定的工作特性；4、控制方法簡單、靈活；、控制方法簡單、靈活；5、成本低廉：原料為一般光纖，自動(dòng)化程度高，成品、成本低廉：原料為一般光纖，自動(dòng)化程度高，成品 率高。率高。光耦合器（光耦合器（Coupler）5/31/2022Page32光耦合器（光耦合器（Coupler）主要性能技術(shù)指標(biāo)主要性能技術(shù)指標(biāo)1、插入損耗、插入損耗 2、附加損耗（、附加損耗（Excess Loss ）：）： 全部輸出端口功率總和相對(duì)于全部輸入功全部輸出端口功率總和相對(duì)于全部輸入功 率總和的減少值率總和的減少值3、分光比（、分光比（Coupling Ratio）：）： 耦合器各輸出端口的輸出功率

20、的比值耦合器各輸出端口的輸出功率的比值4、方向性（、方向性（Directivity）：）： 輸入側(cè)非注入光一端的輸出光功率與全部注入功率的比較值輸入側(cè)非注入光一端的輸出光功率與全部注入功率的比較值5、均勻性（、均勻性（Uniformity）: 在器件工作帶寬范圍內(nèi)，各輸出端口輸出光功率的最大變化值在器件工作帶寬范圍內(nèi)，各輸出端口輸出光功率的最大變化值6、偏振相關(guān)損耗（、偏振相關(guān)損耗（Polarization Dependent Loss） 當(dāng)傳輸光信號(hào)偏振態(tài)發(fā)生當(dāng)傳輸光信號(hào)偏振態(tài)發(fā)生360度變化，器件各端口輸出光功率最大度變化，器件各端口輸出光功率最大 變化量變化量7、隔離度（、隔離度（Iso

21、lation） 光纖耦合器件某一光路對(duì)其他光路中光信號(hào)的隔離能力光纖耦合器件某一光路對(duì)其他光路中光信號(hào)的隔離能力 5/31/2022Page33 4. 光衰減器（光衰減器（Attenuator）5/31/2022Page34光衰減器是重要的光學(xué)無光衰減器是重要的光學(xué)無源源器件器件，常用于在系統(tǒng)中吸收或反射，常用于在系統(tǒng)中吸收或反射掉光功率余量、評(píng)估系統(tǒng)的損耗以及各類測(cè)試中掉光功率余量、評(píng)估系統(tǒng)的損耗以及各類測(cè)試中。光衰減器可以按照用戶的要求將光信號(hào)進(jìn)行預(yù)期的衰減，類型光衰減器可以按照用戶的要求將光信號(hào)進(jìn)行預(yù)期的衰減，類型很多，不同類型衰減器分別采用不同的工作原理很多，不同類型衰減器分別采用不同

22、的工作原理。光衰減器的作用：光衰減器的作用：光衰減器（光衰減器（Attenuator）5/31/2022Page35光衰減器（光衰減器（Attenuator） 直接鍍膜型光衰減器（吸收或反射膜）直接鍍膜型光衰減器（吸收或反射膜）縱向位移型縱向位移型橫向位移型橫向位移型衰減片型光衰減器衰減片型光衰減器液晶型光衰減器液晶型光衰減器 光衰減器光衰減器位移型光衰減器位移型光衰減器光衰減器的種類光衰減器的種類5/31/2022Page36光衰減器（光衰減器（Attenuator）ATT： Attenuator衰減器衰減器MATT: Mems Optical Attenuator 微機(jī)電系統(tǒng)光衰減器（微機(jī)

23、電系統(tǒng)光衰減器（Micro Electro Mechanical Systems）VCB: Voltage-controlled Optical Attenuator serial B B系列電控光衰減器系列電控光衰減器MV: Miniature Variable Optical Attenuator 微型可調(diào)光衰減器微型可調(diào)光衰減器VSA: Voltage-controlled Slop Optical Attenuator 電控溢出光衰減器電控溢出光衰減器VCF: Voltage-controlled Optical Filter 電控溢出光衰減器電控溢出光衰減器JDSU光衰減器的制造種類

24、光衰減器的制造種類5/31/2022Page37光衰減器（光衰減器（Attenuator）光衰減器主要性能指標(biāo)光衰減器主要性能指標(biāo)1、Insertion Loss：插入損耗，即衰減量：插入損耗，即衰減量2、Return Loss：回波損耗：回波損耗3、Attenuation range ：衰減范圍衰減范圍4、Attenuation resolution ：衰減精度衰減精度5、PDL：偏振相關(guān)損耗：偏振相關(guān)損耗5/31/2022Page38 5. 光隔離器（光隔離器（Isolator）5/31/2022Page39光隔離器（光隔離器（Isolator）概述與光隔離器種類概述與光隔離器種類光隔離器

25、主要是解決光路中光的反射問題，它是只允許光線沿光路正向傳輸?shù)墓飧綦x器主要是解決光路中光的反射問題，它是只允許光線沿光路正向傳輸?shù)姆腔ヒ仔詿o源器件非互易性無源器件。包括包括：Polarization-Dependent Free-space Optical Isolator 空間型偏振相關(guān)隔離器，簡稱空間型偏振相關(guān)隔離器，簡稱PDFI。其工作原理是利用了磁光晶體的法拉第效其工作原理是利用了磁光晶體的法拉第效應(yīng)，具體結(jié)構(gòu)是兩個(gè)線偏振器中加一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器而成應(yīng)，具體結(jié)構(gòu)是兩個(gè)線偏振器中加一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器而成。Miniature Optical Free-space Isolator 微型空間型偏振

26、相關(guān)隔離器，簡稱微型空間型偏振相關(guān)隔離器，簡稱MOFI，是，是PDFI的微型化，原理與其相同的微型化，原理與其相同。Polarization-Insensitive Fiber Isolator 偏振無關(guān)光隔離器，簡稱偏振無關(guān)光隔離器，簡稱PIFI。其工作原理是采用雙折射晶體，產(chǎn)生偏振態(tài)互其工作原理是采用雙折射晶體，產(chǎn)生偏振態(tài)互相垂直的相垂直的o光和光和e光，又經(jīng)雙折射晶體耦合光，又經(jīng)雙折射晶體耦合。但反射光經(jīng)法拉第旋轉(zhuǎn)器偏轉(zhuǎn)后，但反射光經(jīng)法拉第旋轉(zhuǎn)器偏轉(zhuǎn)后，o光與光與e光之間的角度加大，無法耦合反射到入射口光之間的角度加大，無法耦合反射到入射口。 以下是光隔離器中常用的一些光學(xué)元件以及特性以

27、下是光隔離器中常用的一些光學(xué)元件以及特性。2、1、3、5/31/2022Page40法拉第旋轉(zhuǎn)器（法拉第旋轉(zhuǎn)器（Faraday Rotator）光隔離器（光隔離器（Isolator）不具有旋光性的物質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下，不具有旋光性的物質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下，偏振光通過偏振光通過該該物質(zhì)時(shí)其震動(dòng)物質(zhì)時(shí)其震動(dòng)面將發(fā)生旋轉(zhuǎn)面將發(fā)生旋轉(zhuǎn)。此現(xiàn)象稱為磁致旋光效應(yīng)，也稱此現(xiàn)象稱為磁致旋光效應(yīng)，也稱法拉第效應(yīng)法拉第效應(yīng)。法拉第效應(yīng)的一個(gè)重要特性是：不管光的傳播特性如何，迎著外加法拉第效應(yīng)的一個(gè)重要特性是：不管光的傳播特性如何，迎著外加磁場(chǎng)的方向觀察，偏振光按反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其旋向是磁場(chǎng)的方向觀察，偏振光按反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其

28、旋向是不可逆轉(zhuǎn)不可逆轉(zhuǎn)的的。這這是制作光隔離器的基礎(chǔ)特性是制作光隔離器的基礎(chǔ)特性。常用材料包括常用材料包括YIG晶體（釔鐵石榴石晶體（釔鐵石榴石）、）、高性能磁光晶體高性能磁光晶體。典型典型 的的隔離器采用選光角度為隔離器采用選光角度為45度度的旋轉(zhuǎn)器。的旋轉(zhuǎn)器。法拉第旋轉(zhuǎn)器法拉第旋轉(zhuǎn)器5/31/2022Page41光隔離器（光隔離器（Isolator）自然光、偏振光與偏振片自然光、偏振光與偏振片自然光為自然光為橫波橫波 其振動(dòng)態(tài)為其振動(dòng)態(tài)為 各向均勻振動(dòng)各向均勻振動(dòng)二向色性偏振片二向色性偏振片： 只允許與光軸平行振動(dòng)態(tài)光通過只允許與光軸平行振動(dòng)態(tài)光通過 5/31/2022Page42光隔離器

29、（光隔離器（Isolator）雙折射晶體雙折射晶體Wedged片片 birefringent Crystal Wedged 入射光入射光楔形單軸雙折射晶體楔形單軸雙折射晶體光軸光軸o光光光軸光軸e光光5/31/2022Page43光隔離器（光隔離器（Isolator）FaradayRotatorPolarizer 1FaradayRotator 1Forward transmissionPolarizer 1Polarizer 2Polarizer 3FaradayRotator 1FaradayRotator 2Polarizer 345 90 90 135 45 90 Polarizer

30、2FaradayRotator 2MOFI光隔離器原理（雙極）光隔離器原理（雙極） 5/31/2022Page44光隔離器（光隔離器（Isolator）主要性能技術(shù)指標(biāo)主要性能技術(shù)指標(biāo) 1、Insertion Loss：插入損耗：插入損耗 2、Return Loss：回波損耗：回波損耗3、Isolation：反向隔離度，表征隔離期對(duì)反向傳輸光的衰減能力：反向隔離度，表征隔離期對(duì)反向傳輸光的衰減能力 4、Polarization Dependent Loss: PDL偏振相關(guān)損耗，是指當(dāng)輸入光偏振相關(guān)損耗，是指當(dāng)輸入光 偏振態(tài)發(fā)生變化而其他參數(shù)不變時(shí)，器件插入損耗的最大變化量偏振態(tài)發(fā)生變化而其他

31、參數(shù)不變時(shí)，器件插入損耗的最大變化量5、 Polarization Mode Dispersion：偏振模色散，是指通過器件的信號(hào)光：偏振模色散，是指通過器件的信號(hào)光 不同偏振態(tài)之間的相位延遲。不同偏振態(tài)之間的相位延遲。5/31/2022Page45光波分復(fù)用器（光波分復(fù)用器（WDM）6、光波分復(fù)用器（、光波分復(fù)用器（WDM）5/31/2022Page46光波分復(fù)用器（光波分復(fù)用器（WDM）概述：概述：波分復(fù)用技術(shù)是光纖通信中的一種傳輸技術(shù)，它利用了一根光纖波分復(fù)用技術(shù)是光纖通信中的一種傳輸技術(shù)，它利用了一根光纖可以同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長的光載波可以同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長的光載波 的特點(diǎn)，把光纖可

32、能應(yīng)用的特點(diǎn)，把光纖可能應(yīng)用的波長范圍劃分成若干個(gè)波段，每個(gè)波段用作一個(gè)獨(dú)立的通道傳的波長范圍劃分成若干個(gè)波段，每個(gè)波段用作一個(gè)獨(dú)立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號(hào)。這樣大大提高了單模光纖的帶寬利用輸一種預(yù)定波長的光信號(hào)。這樣大大提高了單模光纖的帶寬利用光波分復(fù)用器是對(duì)光波波長進(jìn)行分離與合成的光無源器件。光光波分復(fù)用器是對(duì)光波波長進(jìn)行分離與合成的光無源器件。光波分復(fù)用器件的一個(gè)端口，作為器件的輸出波分復(fù)用器件的一個(gè)端口，作為器件的輸出/輸入端，輸入端，N個(gè)端口個(gè)端口作為器件的輸入作為器件的輸入/輸出端。輸出端。P P0 0(0(0# #端口端口) ) 1P1端口端口 2P2端口端口 nPn端口端

33、口5/31/2022Page47 LWDM：Laser Welding Wavelength Division Multiplexer 干涉模型激光焊接波分復(fù)用器干涉模型激光焊接波分復(fù)用器 IWDM： Isolator Wavelength Division Multiplexer 隔離器型激光焊接波分復(fù)用器隔離器型激光焊接波分復(fù)用器 DWDM：Dense WDM 密集波分復(fù)用（通道間隔小于密集波分復(fù)用（通道間隔小于100GHz） CWDM：Coarse WDMJDSU生產(chǎn)線生產(chǎn)線LW平臺(tái)平臺(tái)光波分復(fù)用器（光波分復(fù)用器（WDM）GS WDM：基于：基于JDSU GS平臺(tái)的波分復(fù)用器，原理與平臺(tái)

34、的波分復(fù)用器，原理與LWDM相同，只相同，只 是封裝方式不一致是封裝方式不一致5/31/2022Page48光波分復(fù)用器（光波分復(fù)用器（WDM）光波分復(fù)用器件技術(shù)指標(biāo)（僅指單模光纖光波分復(fù)用器件技術(shù)指標(biāo)（僅指單模光纖WDM器件）器件）復(fù)用中心波長：復(fù)用中心波長：信道通道帶寬：信道通道帶寬：20nm，指允許的中心波長范圍的變化。，指允許的中心波長范圍的變化。插入損耗：指器件輸入端和對(duì)應(yīng)的輸出端光功率的減小值。插入損耗：指器件輸入端和對(duì)應(yīng)的輸出端光功率的減小值。隔離度：指器件輸出端口的光進(jìn)入非指定輸出端口光能量大小。隔離度：指器件輸出端口的光進(jìn)入非指定輸出端口光能量大小。光回波損耗：指光信號(hào)從指定

35、端口輸入時(shí)，由于器件引起反向回傳光回波損耗：指光信號(hào)從指定端口輸入時(shí)，由于器件引起反向回傳 的光能量。的光能量。偏振相光損耗：指光信號(hào)以不同的偏振狀態(tài)輸入時(shí)，（如線偏振、圓偏振相光損耗：指光信號(hào)以不同的偏振狀態(tài)輸入時(shí)，（如線偏振、圓 偏振、橢圓偏振），對(duì)應(yīng)輸出端口插入損耗最大變化量。偏振、橢圓偏振），對(duì)應(yīng)輸出端口插入損耗最大變化量。溫度穩(wěn)定性：指器件插入損耗隨溫度的變化。溫度穩(wěn)定性：指器件插入損耗隨溫度的變化。最大光功率：指器件允許通過的最大光功率。最大光功率：指器件允許通過的最大光功率。工作溫度：指器件正常工作時(shí)，允許的溫度變化。工作溫度：指器件正常工作時(shí)，允許的溫度變化。儲(chǔ)存溫度：指器件存

36、放、運(yùn)輸?shù)臏囟确秶?chǔ)存溫度：指器件存放、運(yùn)輸?shù)臏囟确秶?/31/2022Page497. 偏振光合束器偏振光合束器 （PBC)5/31/2022Page50 PBC是是Polarization Beam Combiner的縮寫，意即偏振光合（分）波器的縮寫，意即偏振光合（分）波器。由于生產(chǎn)普通光纖難以克服的橢圓度和殘余應(yīng)力，以及在使用過程中不可避由于生產(chǎn)普通光纖難以克服的橢圓度和殘余應(yīng)力，以及在使用過程中不可避免的外力和磁場(chǎng)的影響，所以普通光纖將隨機(jī)改變?cè)谄渲袀鬏數(shù)亩€(gè)簡并模免的外力和磁場(chǎng)的影響，所以普通光纖將隨機(jī)改變?cè)谄渲袀鬏數(shù)亩€(gè)簡并模的相位差，使其偏振態(tài)隨機(jī)變化的相位差，使其偏振態(tài)隨

37、機(jī)變化。 PBC 偏振光合束器就是將兩束偏振方向正交的線偏光合成一束偏振光合束器就是將兩束偏振方向正交的線偏光合成一束。 概述：概述：5/31/2022Page51Wollaston Prism渥拉斯頓棱鏡渥拉斯頓棱鏡 渥拉斯頓渥拉斯頓(Wollaston)棱鏡能產(chǎn)生兩束互相分開的、振動(dòng)互相垂直的平面偏振棱鏡能產(chǎn)生兩束互相分開的、振動(dòng)互相垂直的平面偏振光它是由兩個(gè)直角棱鏡組成的，自然光垂直入射到光它是由兩個(gè)直角棱鏡組成的，自然光垂直入射到AD表面。表面。它與雙折射晶體的作用一樣，都是使正交的偏振模按不同角度分開；兩個(gè)直角它與雙折射晶體的作用一樣，都是使正交的偏振模按不同角度分開；兩個(gè)直角或斜角的方解石粘結(jié)到一起就是渥拉斯頓透鏡。或斜角的方解石粘結(jié)到一起就是渥拉斯頓透鏡。反過來，如果兩束偏振光逆行進(jìn)入，渥拉斯頓棱鏡就能將其合成為一束正交的反過來，如果兩束偏振光逆行進(jìn)入，渥拉斯頓棱鏡就能將其合成為一束正交的偏振模光束，偏振模光束，PBC就是利用此特性。就是利用此特性。 eOAB