PDTOSAROSABOSAWDMPLCFBT隔離器光開(kāi)關(guān)

1、Introduction of optical devices used in Communication system1.Profile2.Introduction of basic parameters3.TOSA,ROSA and BOSA (Active devices)4. Passive devicesProfile通信用光光器件可可以分為為有源器器件和無(wú)無(wú)源器件件兩種類(lèi)類(lèi)型。不不依靠外外加電源源（直流流或交流流）的存存在就能能獨(dú)立表表現(xiàn)出其其外特性性的器件件就是無(wú)無(wú)源器件件。否則則就稱(chēng)為為有源器器件。有源器件件包括光光源、光光檢測(cè)器器和光放放大器，這些器器件是光光發(fā)射機(jī)機(jī)、光光接

2、收機(jī)機(jī)和光中中繼器的的關(guān)鍵器器件，和和光纖一一起決定定著基本本光纖傳傳輸系統(tǒng)統(tǒng)的水平平。光無(wú)源器器件主要要有連接接器、耦耦合器、波分復(fù)復(fù)用器、調(diào)制器器、光開(kāi)開(kāi)關(guān)和隔隔離器等等，這些些器件對(duì)對(duì)光纖通通信系統(tǒng)統(tǒng)的構(gòu)成成、功能能的擴(kuò)展展和性能能的提高高都是不不可缺少少的。光放大器器Basicparameters1、插入損損耗：IL-InsertionLoss2、回波損損耗：RL-ReturnLossIL測(cè)量RL測(cè)量3、方向性性：DIR-Directivity4、過(guò)盈損損耗：EL-ExcessLoss5、損耗一一致性：ILUniformity:ILmax-ILmin6、波長(zhǎng)依依存損耗耗：WDL:Wav

3、elengthDependentLossPDL是光器件件或系統(tǒng)統(tǒng)在所有有偏振狀狀態(tài)下的的最大傳傳輸差值值。它是是光設(shè)備備在所有有偏振狀狀態(tài)下最最大傳輸輸和最小小傳輸?shù)牡谋嚷?。PDL定義如下下：PDL=-10logTmax/Tmin其中Tmax和Tmin分別表示示測(cè)試器器件（DUT）的最大大傳輸和和最小傳傳輸。7、溫度依依存損耗耗TDL:TemperatureDependent LossTDL(2585)= TDL(85)-TDL(25)TDL(25-40)= TDL(-40)-TDL(25)TDL(85-40)= TDL(-40)-TDL(85)TOSA(1)在正常狀狀態(tài)下，電子處處于低能能級(jí)

4、E1，在入射射光作用用下，它它會(huì)吸收收光子的的能量躍躍遷到高高能級(jí)E2上，這種種躍遷稱(chēng)稱(chēng)為受激激吸收。電子躍躍遷后，在低能能級(jí)留下下相同數(shù)數(shù)目的空空穴.(2)在高能級(jí)級(jí)E2的電子是是不穩(wěn)定定的，即即使沒(méi)有有外界的的作用， 也會(huì)會(huì)自動(dòng)地地躍遷到到低能級(jí)級(jí)E1上與空穴穴復(fù)合，釋放的的能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為光光子輻射射出去，這種躍躍遷稱(chēng)為為自發(fā)輻輻射。(3)在高能級(jí)級(jí)E2的電子，受到入入射光的的作用，被迫躍躍遷到低低能級(jí)E1上與空穴穴復(fù)合，釋放的的能量產(chǎn)產(chǎn)生光輻輻射，這這種躍遷遷稱(chēng)為受受激輻射射。ROSA3.Passivedevices一個(gè)完整整的光纖纖通信系系統(tǒng)，除除光纖、光源和和光檢測(cè)測(cè)器外， 還需需要許

5、多多其它光光器件，特別是是無(wú)源器器件。這這些器件件對(duì)光纖纖通信系系統(tǒng)的構(gòu)構(gòu)成、功功能的擴(kuò)擴(kuò)展或性性能的提提高，都都是不可可缺少的的。雖雖然對(duì)各各種器件件的特性性有不同同的要求求，但但是普遍遍要求插插入損耗耗小、反反射損耗耗大、工工作溫度度范圍寬寬、性能能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)長(zhǎng)、體體積小、價(jià)格便便宜，許許多器器件還要要求便于于集成。本節(jié)主主要介紹紹無(wú)源光光器件的的類(lèi)型、原理和和主要性性能。3.1連接器和和接頭連接器是是實(shí)現(xiàn)光光纖與光光纖之間間可拆卸卸(活動(dòng))連接的器器件，主主要用用于光纖纖線路與與光發(fā)射射機(jī)輸出出或光接接收機(jī)輸輸入之間間，或光光纖線路路與其他他光無(wú)源源器件之之間的連連接。表表3.5給出光

6、纖纖連接器器的一般般性能。 接頭頭是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)光纖與與光纖之之間的永永久性(固定)連接，主主要用于于光纖線線路的構(gòu)構(gòu)成，通通常在工工程現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)實(shí)施。連接器器件是光光纖通信信領(lǐng)域最最基本、應(yīng)用最最廣泛的的無(wú)源器器件。 連連接器有有單纖(芯)連接器和和多纖(芯)連接器， 其特特性主要要取決于于結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)、加加工精度度和所用用材料。單纖連連接器結(jié)結(jié)構(gòu)有許許多種類(lèi)類(lèi)型，其其中精密密套管結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)合理、效果良良好，適適宜大規(guī)規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)，因因而得到到很廣泛泛的應(yīng)用用。表3.5光纖連接接器一般般性能圖3.27示出精密密套管結(jié)結(jié)構(gòu)的連連接器簡(jiǎn)簡(jiǎn)圖，包包括用于于對(duì)中的的套管、帶有微微孔的插插針和端端面的形形狀(圖中

7、畫(huà)出出平面的的端面)。 光纖纖固定在在插針的的微孔內(nèi)內(nèi)，兩支支帶光纖纖的插針針用套管管對(duì)中實(shí)實(shí)現(xiàn)連接接。要要求光纖纖與微孔孔、插針針與套管管精密配配合。對(duì)對(duì)低插入入損耗的的連接器器，要求求兩根光光纖之間間的橫向向偏移在在1 m以?xún)?nèi)，軸軸線傾傾角小于于0.5。普通的的FC型連接器器，光纖纖端面為為平面。 對(duì)于于高反射射損耗的的連接器器，要要求光纖纖端面為為球面或或斜面，實(shí)現(xiàn)物物理接觸觸(PC)型。套管管和插針針的材料料一般可可以用銅銅或不銹銹鋼，但但插針針材料用用ZrO2陶瓷最理理想。ZrO2陶瓷機(jī)械械性能好好、耐耐磨，熱熱膨脹脹系數(shù)和和光纖相相近，使使連接器器的壽命命(插拔次數(shù)數(shù))和工作溫溫度

8、范圍圍(插入損耗耗變化0.1 dB)大大改善善。圖3.27套管結(jié)構(gòu)構(gòu)連接器器簡(jiǎn)圖一種常用用的多纖纖連接器器是用壓壓模塑料料形成的的高精度度套管和和矩形外外殼，配配合陶瓷瓷插針構(gòu)構(gòu)成的，這種方方法可以以做成2纖或4纖連接器器。另一一種多纖纖連接器器是把光光纖固定定在用硅硅晶片制制成的精精密V形槽內(nèi)，然后多多片疊加加并配合合適當(dāng)外外殼。這這種多纖纖連接器器配合高高密度帶帶狀光纜纜，適適用于接接入網(wǎng)或或局域網(wǎng)網(wǎng)的連接接。對(duì)于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)固定連連接的接接頭，國(guó)國(guó)內(nèi)外大大多借助助專(zhuān)用自自動(dòng)熔接接機(jī)在現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行行熱熔接接，也可可以用V形槽連接接。熱熔熔接的接接頭平均均損耗達(dá)達(dá)0.05 dB/個(gè)。3.3.2光耦合

9、器器耦合器的的功能是是把一個(gè)個(gè)輸入的的光信號(hào)號(hào)分配給給多個(gè)輸輸出，或或把多多個(gè)輸入入的光信信號(hào)組合合成一個(gè)個(gè)輸出。這種器器件對(duì)光光纖線路路的影響響主要是是附加插插入損耗耗，還有有一定的的反射和和串?dāng)_噪噪聲耦合合器大多多與波長(zhǎng)長(zhǎng)無(wú)關(guān)，與波長(zhǎng)長(zhǎng)相關(guān)的的耦合器器專(zhuān)稱(chēng)為為波分復(fù)復(fù)用器/解復(fù)用器器。1.耦合器類(lèi)類(lèi)型圖3.28示出常用用耦合器器的類(lèi)型型，它它們各具具不同的的功能和和用途。T形耦合器器這是一一種22的3端耦合器器，見(jiàn)見(jiàn)圖3.28(a)， 其功功能是把把一根光光纖輸入入的光信信號(hào)按一一定比例例分配給給兩根光光纖，或或把兩兩根光纖纖輸入的的光信號(hào)號(hào)組合在在一起，輸入一一根光纖纖。圖3.28常用耦

10、合合器的類(lèi)類(lèi)型這種耦合合器主要要用作不不同分路路比的功功率分配配器或功功率組合合器。星星形耦合合器這是是一種nm耦合器，見(jiàn)圖3.28(b)，其功能能是把n根光纖輸輸入的光光功率組組合在一一起，均均勻地分分配給m根光纖，m和n不一定相相等。這這種耦合合器通常常用作多多端功率率分配器器。定向耦合合器這是是一種22的3端或4端耦合器器，其功功能是分分別取出出光纖中中向不同同方向傳傳輸?shù)墓夤庑盘?hào)。見(jiàn)圖3.28(c)，光信號(hào)號(hào)從端1傳輸?shù)蕉硕?， 一部部分由端端3輸出，端端4無(wú)輸出；光信號(hào)號(hào)從端2傳輸?shù)蕉硕?，一部分分由端4輸出，端端3無(wú)輸出。定向耦耦合器可可用作分分路器，不能用用作合路路器。波分復(fù)用用

11、器/解復(fù)用器器(也稱(chēng)合波波器/分波器)這是一種種與波長(zhǎng)長(zhǎng)有關(guān)的的耦合器器，見(jiàn)圖圖3.28(d)。波分復(fù)復(fù)用器的的功能是是把多個(gè)個(gè)不同波波長(zhǎng)的發(fā)發(fā)射機(jī)輸輸出的光光信號(hào)組組合在一一起，輸輸入到一一根光纖纖；解復(fù)復(fù)用器是是把一根根光纖輸輸出的多多個(gè)不同同波長(zhǎng)的的光信號(hào)號(hào)，分分配給不不同的接接收機(jī)。2.基本結(jié)構(gòu)構(gòu)耦合器的的結(jié)構(gòu)有有許多種種類(lèi)型，其中比比較實(shí)用用和有發(fā)發(fā)展前途途的有光光纖型、微器件件型和波波導(dǎo)型，圖3.29圖3.32示出這三三種類(lèi)型型的有代代表性器器件的基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)。圖3.29光纖型耦耦合器(a)定向耦合合器；(b)88星形耦合合器；(c)由12個(gè)22耦合器組組成的88星形耦合合器光纖型

12、把把兩根或或多根光光纖排列列，用熔熔拉雙錐錐技術(shù)制制作各種種器件。這種方方法可以以構(gòu)成T型耦合器器、定向向耦合器器、星型型耦合器器和波分分解復(fù)用用器。圖圖3.29(a)和(b)分別示出出單模22定向耦合合器和多多模nn星形耦合合器的結(jié)結(jié)構(gòu)。單單模星形形耦合器器的端數(shù)數(shù)受到一一定限制制，通常?？梢杂糜?2耦合器組組成，圖圖3.29(c)示出由12個(gè)單模22耦合器組組成的88星形耦合合器。圖3.29(a)所示定向向耦合器器可以制制成波分分復(fù)用/解復(fù)用器器。如如圖3.30，光纖a(直通臂)傳輸?shù)妮斴敵龉夤β蕿镻a，光纖b(耦合臂)的輸出光光功率為為Pb，根據(jù)耦耦合理論論得到Pa=cos2(CL)(

13、3.28a)Pb=sin2(CL)圖3.30光纖型波波分解復(fù)復(fù)用器原原理式中，L為耦合器器有效作作用長(zhǎng)度度，C為取決于于光纖參參數(shù)和光光波長(zhǎng)的的耦合系系數(shù)。設(shè)特定波波長(zhǎng)為1和2，選擇光光纖參數(shù)數(shù)，調(diào)整整有效作作用長(zhǎng)度度，使得得當(dāng)光纖纖a的輸出Pa(1)最大時(shí)，光纖b的輸出Pb(1)=0；當(dāng)Pa(2)=0時(shí)，Pb(2)最大。對(duì)對(duì)于1和2分別為1.3m和1.55 m的光纖型型解復(fù)用用器，可可以做到到附加損損耗為0.5dB，波長(zhǎng)隔隔離度大大于20dB。微器件型型用自聚焦焦透鏡和和分光片片(光部分透透射，部部分反反射)、濾光片片(一個(gè)波長(zhǎng)長(zhǎng)的光透透射，另另一個(gè)波波長(zhǎng)的光光反射)或光柵(不同波長(zhǎng)長(zhǎng)的光有

14、有不同反反射方向向)等微光學(xué)學(xué)器件可可以構(gòu)成成T型耦合器器、定向向耦合器器和波分分解復(fù)用用器，如如圖3.31所示。圖3.31微器件型型耦合器器(a)T形耦合器器；(b)定向耦合合器；(c)濾光式解解復(fù)用器器；(d)光柵式解解復(fù)波導(dǎo)型在在一片平平板襯底底上制作作所需形形狀的光光波導(dǎo)，襯底作作支撐體體，又作作波導(dǎo)包包層。波波導(dǎo)的材材料根據(jù)據(jù)器件的的功能來(lái)來(lái)選擇，一般是是SiO2，橫截面面為矩形形或半圓圓形。圖圖3.32示出波導(dǎo)導(dǎo)型T型耦合器器、定向向耦合器器和用濾濾光片作作為波長(zhǎng)長(zhǎng)選擇元元件的波波分解復(fù)復(fù)用器。圖3.32波導(dǎo)型藕藕合器3.3.3光隔離器器與光環(huán)環(huán)行器耦合器和和其他大大多數(shù)光光無(wú)源器

15、器件的輸輸入端和和輸出端端是可以以互換的的，稱(chēng)之之為互易易器件。然而在在許多實(shí)實(shí)際光通通信系統(tǒng)統(tǒng)中通常常也需要要非互易易器件。隔離器器就是一一種非互互易器件件，其主主要作用用是只允允許光波波往一個(gè)個(gè)方向上上傳輸，阻止光光波往其其他方向向特別是是反方向向傳輸。隔離器器主要用用在激光光器或光光放大器器的后面面，以避避免反射射光返回回到該器器件致使使器件性性能變壞壞。插入入損耗和和隔離度度是隔離離器的兩兩個(gè)主要要參數(shù)，對(duì)正向向入射光光的插入入損耗其其值越小小越好，對(duì)反向向反射光光的隔離離度其值值越大越越好，目目前插插入損耗耗的典型型值約為為1 dB，隔離度度的典型型值的大大致范圍圍為4050dB。首

16、先介紹紹一下光光偏振(極化)的概念。單模光光纖中傳傳輸?shù)墓夤獾钠裾駪B(tài)(SOP：StateofPolarization)是在垂直直于光傳傳輸方向向的平面面上電場(chǎng)場(chǎng)矢量的的振動(dòng)方方向。在在任何時(shí)時(shí)刻，電電場(chǎng)矢量量都可以以分解為為兩個(gè)正正交分量量，這兩兩個(gè)正交交分量分分別稱(chēng)為為水平模模和垂直直模。隔離器工工作原理理如圖3.34所示。這這里假設(shè)設(shè)入射光光只是垂垂直偏振振光，第第一個(gè)偏偏振器的的透振方方向也在在垂直方方向，因因此輸輸入光能能夠通過(guò)過(guò)第一個(gè)個(gè)偏振器器。緊接接第一個(gè)個(gè)偏振器器的是法法拉弟旋旋轉(zhuǎn)器，法拉弟弟旋轉(zhuǎn)器器由旋光光材料制制成，能能使光的的偏振態(tài)態(tài)旋轉(zhuǎn)一一定角度度，例如如45，并且其其

17、旋轉(zhuǎn)方方向與光光傳播方方向無(wú)關(guān)關(guān)。圖3.34隔離器的的工作原原理法拉弟旋旋轉(zhuǎn)器后后面跟著著的是第第二個(gè)偏偏振器， 這個(gè)個(gè)偏振器器的透振振方向在在45方向上，因此經(jīng)經(jīng)過(guò)法拉拉弟旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)45后的光能能夠順利利地通過(guò)過(guò)第二個(gè)個(gè)偏振器器，也就就是說(shuō)光光信號(hào)從從左到右右通過(guò)這這些器件件(即正方向向傳輸)是沒(méi)有損損耗的(插入損耗耗除外)。另一方方面，假假定在右右邊存在在某種反反射(比如接頭頭的反射射)， 反射射光的偏偏振態(tài)也也在45方向上，當(dāng)反射射光通過(guò)過(guò)法拉弟弟旋轉(zhuǎn)器器時(shí)再繼繼續(xù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)45，此時(shí)就就變成了了水平偏偏振光。水平偏偏振光不不能通過(guò)過(guò)左面偏偏振器(第一個(gè)偏偏振器)， 于是是就達(dá)到到隔離效

18、效果。然而在實(shí)實(shí)際應(yīng)用用中，入入射光的的偏振態(tài)態(tài)(偏振方向向)是任意的的，并且且隨時(shí)間間變化，因此必必須要求求隔離器器的工作作與入射射光的偏偏振態(tài)無(wú)無(wú)關(guān)，于于是隔離離器的結(jié)結(jié)構(gòu)就變變復(fù)雜了了。一種種小型的的與入射射光的偏偏振態(tài)無(wú)無(wú)關(guān)的隔隔離器結(jié)結(jié)構(gòu)如圖圖3.35所示。圖3.35一種與輸輸入光的的偏振態(tài)態(tài)無(wú)關(guān)的的隔離器器具有任意意偏振態(tài)態(tài)的入射射光首先先通過(guò)一一個(gè)空間間分離偏偏振器(SWP:Spatial Walkoff Polarizer)。這個(gè)SWP的作用是是將入射射光分解解為兩個(gè)個(gè)正交偏偏振分量量，讓垂垂直分量量直線通通過(guò)，水水平分分量偏折折通過(guò)。兩個(gè)分分量都要要通過(guò)法法拉弟旋旋轉(zhuǎn)器， 其偏偏振態(tài)都都要旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)45。法拉弟弟旋轉(zhuǎn)器器后面跟跟隨的是是一塊半半波片plate或halfwaveplate。這個(gè)半半波片的的作用是是將從左左向右傳傳播的光光的偏振振態(tài)順時(shí)時(shí)針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)45，將從右右向左傳傳播的光光的偏振振態(tài)逆時(shí)時(shí)針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)45。因而法法拉弟旋旋轉(zhuǎn)器與與半波片片的組合合可以使使垂直偏偏振光變變?yōu)樗狡狡窆夤?，反之之亦然。最后兩兩個(gè)分量量的光在在輸出端端由另一一個(gè)SWP合在一起起輸出， 如圖圖3.35