現(xiàn)代光纖通信技術(shù)及應(yīng)用-第5章-光纖通信中的光無源器件課件

現(xiàn)代光纖通信技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)代光纖通信技術(shù)及應(yīng)用第5章光纖通信中的光無源器件第5章光纖通信中的光無源器件目錄CATALOG5.1光纖連接器5.2光纖耦合器5.3光調(diào)制器5.4光開關(guān)延遲符5.5光纖光柵5.6光衰減器

5.7光隔離器

5.8光環(huán)行器

5.9波分復(fù)用器5.10光器件測試目錄CATALOG5.1光纖連接器5.2光纖耦合器5.延遲符5.1光纖連接器PART01延遲符延遲符5.1光纖連接器PART01延遲符5.1.1光纖連接器的組成5.1.2光纖連接器的性能5.1.3常用的光纖連接器

123延遲符內(nèi)容5.1.1光纖連接器的組成5.1.2光纖連接器的性能5.光纖連接器

光纖連接器是把兩個光纖端面結(jié)合在一起，以實現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸（活動）連接的器件，它是光纖通信中是必不可少的器件。為施工方便，光纜須分段敷設(shè)，一般光纜長度為1.2~2km，在兩端光纖（光纜）之間就要進(jìn)行連接。這種連接是固定的、永久的，常用光纖固定接頭來進(jìn)行連接。在光發(fā)送機(jī)、接收機(jī)或儀表與光纖之間也要進(jìn)行連接，這種連接必須是活動的、可拆裝的，要通過光纖活動連接器來完成。光纖活動連接器因而成了光纖通信中需求量最大的光無源器件。光纖連接器右圖示出套筒結(jié)構(gòu)的光纖連接器簡圖，包括用于對中的套筒、帶有微孔的插針和端面的形狀（圖中畫出平面的端面）。光纖固定在插針的微孔內(nèi)，兩支帶光纖的插針用套筒對中實現(xiàn)連接。以下文中提到的光纖連接器都指的是光纖活動連接器。套筒結(jié)構(gòu)光纖連接器簡圖

右圖示出套筒結(jié)構(gòu)的光纖連接器簡圖，包括用于對中的套

對光纖連接器的基本要求是使發(fā)射光纖輸出的光能量最大限度地耦合進(jìn)接收光纖。光纖連接器是光纖通信中應(yīng)用最廣泛、最基本的光無源器件。光纖連接器的“尾纖”（即一端有活動的連接器光纖）用于和光源或檢測器耦合，以構(gòu)成發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的輸出/輸入接口，或構(gòu)成光纜線路及各種光無源器件兩端的接口。光纖連接器跳線（即兩端都有光纖活動連接器的一小段光纖）用于終端設(shè)備與光纜線路及各種光無源器件之間的互連，以構(gòu)成光纖傳輸系統(tǒng)。對光纖連接器的基本要求是使發(fā)射光纖輸出5.1.1光纖連接器的組成

光纖活動連接器在結(jié)構(gòu)上差別很大，品種也很多，但按功能可分成如下幾部分：(1)連接器插頭(PlugConnector)：使光纖在轉(zhuǎn)換器或變換器中完成插拔功能的部件稱為插頭，由插針體和若干外部零件組成。5.1.1光纖連接器的組成光纖活動連接

下圖是幾種常見的光纖活動連接器插頭，為使光纖不受到外界損害，插頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)必須具有對光纖進(jìn)行有效保護(hù)的功能。

幾種常見的光纖活動連接器插頭下圖是幾種常見的光纖活動連接器插頭，為使

(2)轉(zhuǎn)換器或適配器(Adapter)：即插座（琺瑯盤），將光纖插頭連接在一起使光纖接通的器件。轉(zhuǎn)換器可以連接同型號插頭，也可以連接不同型號插頭，可以連接一對插頭，也可以連接幾對插頭或多芯插頭。

下圖是琺瑯盤在光纖連接器中的位置?，m瑯盤在光纖連接器中的位置(2)轉(zhuǎn)換器或適配器(Adapter)：即

(3)變換器(Converter)：將某一型號的插頭變換成另一型號插頭的器件，使用時將某一型號的插頭插入同型號的轉(zhuǎn)換器中，就變成其他型號的插頭了。(3)變換器(Converter)：將(4)光纜跳線(CableJumper)：一根光纜兩端面裝上插頭，稱為跳線。兩個插頭的型號可以不同，可以是單芯的，也可以是多芯的。連接器插頭是跳線的特殊情況，即只在光纖（纜）的一端裝有插頭，也將其稱為尾纖。右圖是兩種常用的光纜跳線。

光纜跳線(4)光纜跳線(CableJumper)：一根光

(5)裸光纖轉(zhuǎn)換器(BareFiberAdapter):將裸光纖與光源、探測器及各種光儀表連接的器件，如圖所示。將裸光纖穿入轉(zhuǎn)換器，處理好光纖端面，形成一個插頭，就可以進(jìn)行其他連接了。用完后，可將裸光纖從轉(zhuǎn)接器中抽出。裸光纖轉(zhuǎn)換器在光纖測試、光儀表以及光纖之間的臨時連接中具有廣泛的用途。裸光纖轉(zhuǎn)換器(5)裸光纖轉(zhuǎn)換器(BareFiberAdap5.1.2光纖連接器的性能

評價光纖（纜）連接器的主要指標(biāo)有：結(jié)構(gòu)簡單、裝配方便、插入損耗低、具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性、對環(huán)境因素穩(wěn)定、串?dāng)_價格低廉以及低串?dāng)_等。其中最重要的是插入損耗、回波損耗、重復(fù)性和互換性。插入損耗回波損耗重復(fù)性互換性5.1.2光纖連接器的性能評價光纖（纜）1.插入損耗

插入損耗是指光纖中的光信號通過連接器之后，其輸出光功率與輸入光功率的分貝數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

（5.1）1.插入損耗插入損耗是指光纖中的光信號通過連接器之

光纖連接時，如圖所示，由于光纖纖芯直徑、數(shù)值孔徑、折射率分布的差異以及橫向錯位、角度傾斜、端面形狀以及端面光潔度等因素的影響，都會產(chǎn)生連接損耗，影響插入損耗。對于用戶來說，插入損耗越小越好。圖

引起插入損耗的各種情況光纖連接時，如圖所示，由于光纖纖芯直徑、2.回波損耗

回波損耗又稱后向反射損耗。它是指在光纖連接處，后向反射光功率相對入射光功率的分貝數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：（5.2）

2.回波損耗回波損耗又稱后向反射損耗。它是指在3.重復(fù)性和互換性

重復(fù)性是指光纖（纜）活動連接器多次插拔后插入損耗的變化，用dB表示。

互換性是指連接器各部件互換時插入損耗的變化，也用dB表示。

這兩項指標(biāo)可以考核連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝的合理性，也是表明連接器實用化的重要標(biāo)志。影響插入損耗的各項因素，也同時影響著連接器的重復(fù)性和互換性，因而這些因素的改善也會有效地提高重復(fù)性和互換性的性能指標(biāo)。3.重復(fù)性和互換性重復(fù)性是指光纖（5.1.3常用的光纖連接器

光纖（纜）連接器的品種、型號很多。按結(jié)構(gòu)的不同可分為調(diào)心型和非調(diào)心型；按連接方式的不同可分為對接耦合式和透鏡耦合式；按光纖相互接觸關(guān)系的不同可分為平面接觸式和球面接觸式等。目前具有代表性的產(chǎn)品主要有FC、ST、SC、D4、雙錐、VFO（球面定心）和F-SMA等。5.1.3常用的光纖連接器光纖（纜）連延遲符01FC型連接器是一種螺紋連接，外部零件采用金屬材料制作，是我國電信網(wǎng)采用的主要產(chǎn)品，我國已制定了FC型連接器的國家標(biāo)準(zhǔn)。1FC型連接器022SC型連接器

SC型連接器的插針、套筒與FC型完全一樣。它的外殼采用工程塑料制作成矩形結(jié)構(gòu)，便于密集安裝。它沒有采用螺紋連接，可以直接插拔，使用方便，操作空間小，可以密集安裝，可做成多芯連接器，應(yīng)用前景廣闊。033ST型連接器ST型連接器采用帶鍵的卡口式鎖緊機(jī)構(gòu)，確保連接時準(zhǔn)確對中。

在我國用得最多的是FC系列的連接器延遲符01FC型連接器是一種螺紋連接，外部零件采用金屬材料制延遲符

光纖連接器是光學(xué)器件中的一種基礎(chǔ)原件，它必將根據(jù)光通信、光傳感技術(shù)提出的要求去發(fā)展和提高，在進(jìn)一步提高光纖連接器性能的基礎(chǔ)上，使其走上集成化、小型化的發(fā)展方向。延遲符光纖連接器是光學(xué)器件中的一種基礎(chǔ)原件，延遲符5.2.1光纖耦合器的類型5.2.2光纖耦合器的結(jié)構(gòu)5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)

5.2光纖耦合器延遲符5.2.1光纖耦合器的類型5.2.2光纖耦合器的結(jié)

光纖耦合器的功能是一個或多個輸入光分配給多個或一個光輸出，實現(xiàn)了輸入光功率在不同輸入端口的再分配。簡單地講，光纖耦合器就是一類能使傳輸中的光信號在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生耦合，并進(jìn)行再分配的器件。它的主要用途包括：對光中繼接口噪聲評價，插入噪聲測量；監(jiān)視傳輸線上的信號，并從中取出一定功率的光信號作檢測使用；提取反射信號等。光纖耦合器的功能是一個或多個輸入光分配給

下圖是四種常用耦合器的類型：T型、星型、定向型和波分型，它們具有不同的功能和用途。圖

常見的耦合器類型5.2.1光纖耦合器的類型下圖是四種常用耦合器的類型：T型、星型、定04

波分復(fù)用器/解波分復(fù)用器這是一種與波長有關(guān)的耦合器（也稱合波器/分波器），如圖5.8（d）所示，它的功能是把多個不同波長的發(fā)射機(jī)輸出的光信號組合在一起，輸入到一根光纖；解復(fù)用器是把一根光纖輸出的多個不同波長的光纖分02星型耦合器這是一種n×m耦合器，如圖5.8（b）所示，它的功能是把n根光纖輸入的光功率組合在一起，均勻地分配給m根光纖，m和n不一定相等。這種耦合器常用作多端功率分配器。01

T型耦合器這是一種2×2的3端耦合器，如圖5.8（a）所示，它的功能是把一根光纖輸入的光信號按一定比例分配給兩根光纖，或把兩根光纖輸入的光信號組合在一起輸入一根光纖。這種耦合器主要用作不同分路比的功率分配器或功率組合器。03

定向耦合器這是一種2×2的3端或4端耦合器，它的功能是分別取出光纖中向不同方向傳輸?shù)墓庑盘枺鐖D5.8（c）所示，光信號從端1傳輸?shù)蕉?，一部分由端3輸出，端4無輸出；光信號從端2傳輸耦合器延遲符04波分復(fù)用器/解波分復(fù)用器這是一種與波長有關(guān)的耦合器（也

耦合器的結(jié)構(gòu)有許多類型，其中比較實用、發(fā)展?jié)摿玫挠泄饫w型、微器件型和平面波導(dǎo)型。5.2.2光纖耦合器的結(jié)構(gòu)類型光纖型耦合器微器件型耦合器平面波導(dǎo)型耦合器光纖型耦合器是用于光信號分路/合路，或用于延長光纖鏈路的器件利用自聚焦透鏡和分光片（光部分透射、部分反射）、濾光片（一個波長的光透射，其他波長的光反射）或光柵（不同波長的光有不同的反射方向）等微光學(xué)器件，可以構(gòu)成T形耦合器、定向耦合器和波分復(fù)用器/解波分復(fù)用器平面波導(dǎo)型耦合器是指利用平面介質(zhì)光波導(dǎo)工藝制作的一類光耦合器，其關(guān)鍵技術(shù)包括波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制作和器件與傳輸線路的耦合。耦合器的結(jié)構(gòu)有許多類型，其中比較實用、發(fā)展?jié)摿萌廴诶F系統(tǒng)示意圖1.光纖型耦合器

光纖型耦合器是把兩根或多根光纖排列，用熔融拉錐法制作出來的器件。熔融拉錐法就是將兩根或兩根以上除去涂覆層的光纖以一定的方式靠攏，在高溫加熱下熔融，同時向兩側(cè)拉伸，最終在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法，這種方法的系統(tǒng)框圖如圖所示。熔融拉錐系統(tǒng)示意圖1.光纖型耦合器光纖型圖

光纖型耦合器

利用熔融拉錐法可以制成T型耦合器、星型耦合器、定向型耦合器和波分/解波分復(fù)用器。如圖示出單模2×2定向耦合器和多模n×n星型耦合器的結(jié)構(gòu)。單模星型耦合器的端數(shù)受到一定限制，通常可用2×2耦合器組成。1.光纖型耦合器圖光纖型耦合器利用熔融拉錐法可以制成T型圖

微器件型耦合器（a）T型耦合器；（b）定向耦合器；（c）濾光式解復(fù)用器；（d）光柵式解復(fù)用器2.微器件型耦合器

利用自聚焦透鏡和分光片（光部分投射、部分反射）、濾光片（一個波長的透射，其它波長的光反射）或光柵（不同波長的光有不同的反射方向）等微光學(xué)器件可以構(gòu)成T型耦合器、定向耦合器和波分/解波分復(fù)用器，如圖所示。圖微器件型耦合器2.微器件型耦合器利用3.平面波導(dǎo)型耦合器

平面波導(dǎo)型耦合器是指利用平面介質(zhì)光波導(dǎo)工藝制作的一類光耦和器件，其關(guān)鍵技術(shù)包括波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制作和器件與傳輸線路的耦合。目前廣泛采用的制作介質(zhì)光波導(dǎo)的方法主要是在鈮酸鋰（LiNbO3）等襯底材料上，以薄膜沉積、光刻、擴(kuò)散等工藝形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。圖示出了矩形波導(dǎo)的簡圖。圖

矩形波導(dǎo)簡圖3.平面波導(dǎo)型耦合器平面波導(dǎo)型耦合器是指利用平延遲符（1）體積小、重量輕、易于集成。（2）耦合比易于精確控制，可以進(jìn)行大批量生產(chǎn)（3）機(jī)械及環(huán)境穩(wěn)定性好，可以用于一些特殊場合。（4）易于制成小型化的寬帶耦合器優(yōu)點3.平面波導(dǎo)型耦合器波導(dǎo)型耦合器的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下四個方面：延遲符（1）體積小、重量輕、易于集成。（2）耦合比易于精確控延遲符1.插入損耗2.附加損耗3.分光比4.方向性5.均勻性5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)

6.偏振相關(guān)損耗

7.插入損耗延遲符1.插入損耗2.附加損耗3.分光比4.方向性5.均5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)1.插入損耗其定義為指定輸出端口的光功率與全部輸入光功率比值的對數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-3）式中，為第i個輸出端口的插入損耗；為第i個輸出端口的光功率；為輸入的總光功率。5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)1.插入損耗5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)2.附加損耗其定義為所有輸出端口的光功率總和相對于全部輸入光功率的減少值，該值以dB表示的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-4）式中，為附加損耗；為第個輸出端口的光功率；為輸入的總光功率5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)2.附加損耗5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)3.分光比分光比是光耦合器特有的技術(shù)指標(biāo)，定義為耦合器各輸出端口的輸出功率相對于總輸出功率的百分比，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-5）5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)3.分光比5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)4.方向性方向性是光耦合器特有的技術(shù)指標(biāo)，是衡量器件定向傳輸特性的參數(shù)。以X形耦合器為例，方向性是指耦合器正常工作時，輸入一側(cè)非注入光一端輸出的光功率與全部注入的光功率的比值的對數(shù)。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-6）5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)4.方向性5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)5.均勻性對于要求均勻分光的光耦合器（主要是星形和樹形），由于工藝局限，往往不可能做到絕對均勻，均勻性就是用來衡量其不均勻程度的。均勻性被定義為在器件的工作帶寬范圍內(nèi)，各輸出端口輸出功率的最大變化量，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-7）5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)5.均勻性5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)6.偏振相關(guān)損耗偏振相關(guān)損耗是指具有偏振特性的光信號，在光纖、器件或由它們組成的網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，由于光的偏振特性變化而引起的光功率變化，數(shù)學(xué)表達(dá)式為

5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)6.偏振相關(guān)損耗5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)7.隔離度隔離度是指某一光路對其他光路中信號的隔離能力。隔離度高說明各線路之間的“傳音”小。在實際工作中，隔離度可直接反映WDM器件對不同波長光信號的分離能力。對于分波耦合器來說，隔離度往往需要達(dá)到40dB，而合波耦合器的隔離度在20dB左右即可。隔離度的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-8）5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)7.隔離度5.3.1電光效應(yīng)5.3.2MZ干涉型光調(diào)制器5.3

光調(diào)制器5.3.1電光效應(yīng)5.3.2MZ干涉型光調(diào)制器5.3光調(diào)制器是高速、長距離光通信的關(guān)鍵器件。光發(fā)射機(jī)的功能是把輸入電信號轉(zhuǎn)換成光信號，并用耦合技術(shù)把光信號最大限度地注入光纖線路，其中，把電信號轉(zhuǎn)換為光信號的過程就是光調(diào)制。直接調(diào)制和外調(diào)制方式光調(diào)制器是高速、長距離光通信的關(guān)鍵器件。光發(fā)射機(jī)的功能是把輸5.3.1光電效應(yīng)

物質(zhì)的折射率因外加電場而發(fā)生變化稱為電光效應(yīng)。常用的電光晶體有電光系數(shù)較大且在空氣中穩(wěn)定的鈮酸鋰（LiNbO3）。相位調(diào)制示意圖5.3.1光電效應(yīng)物質(zhì)的折射率因外加電場而發(fā)生變化5.3.2MZ干涉型光調(diào)制器

最常用的幅度調(diào)制器是在鈮酸鋰晶體表面用鈦擴(kuò)散波導(dǎo)構(gòu)成的馬赫-曾德爾（MZ）干涉型光調(diào)制器，如圖所示。馬赫-曾德爾（MZ）干涉型光調(diào)制器5.3.2MZ干涉型光調(diào)制器最常用的幅度調(diào)制器是在延遲符5.4.1光開關(guān)的分類5.4.2光開關(guān)的特性參數(shù)5.4

光開關(guān)延遲符5.4.1光開關(guān)的分類5.4.2光開關(guān)的特性參數(shù)55.4.1光開關(guān)的分類

光開關(guān)按其工作原理可分為機(jī)械式和非機(jī)械式兩大類。機(jī)械式光開關(guān)通過光纖和光學(xué)元件的移動或旋轉(zhuǎn)，使光路斷開或關(guān)閉，開關(guān)時間在毫秒量級（較長），還會有回跳抖動和重復(fù)性差等問題。非機(jī)械式光開關(guān)一般通過電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)、液晶效應(yīng)、磁光效應(yīng)及聲光效應(yīng)等改變波導(dǎo)折射率，使光路發(fā)生改變而實現(xiàn)開關(guān)功能，具有開關(guān)時間短、體積小、便于集成的優(yōu)點，但插入損耗大，隔離度低。5.4.1光開關(guān)的分類光開關(guān)按其工作原理可分為機(jī)械式和5.4.1光開關(guān)的分類

1.機(jī)械式：新型機(jī)械式光開關(guān)有微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）光開關(guān)和金屬薄膜光開關(guān)MEMS光開關(guān)的結(jié)構(gòu)

金屬薄膜光開關(guān)的結(jié)構(gòu)5.4.1光開關(guān)的分類1.機(jī)械式：新型機(jī)械式光開關(guān)有微機(jī)5.4.1光開關(guān)的分類

2.非機(jī)械式：非機(jī)械式光開關(guān)有液晶光開關(guān)、電光效應(yīng)光開關(guān)、熱光效應(yīng)光開關(guān)、聲光效應(yīng)光開關(guān)等。液晶光開關(guān)內(nèi)包含液晶片、偏振光束分離器（PBS）或光束調(diào)相器。當(dāng)無外加電壓時，液晶使偏振光的偏振角發(fā)生旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角恰好等于90°時，可從檢偏器通過，即呈ON狀態(tài)。當(dāng)施加電壓時，液晶分子將平行于外加電場，雙折射效應(yīng)消失，入射光從液晶出射時依然保持垂直偏振狀態(tài)，被檢偏器阻擋，即呈OFF狀態(tài)。5.4.1光開關(guān)的分類2.非機(jī)械式：非機(jī)械式光開關(guān)有液晶5.4.1光開關(guān)的分類

電光效應(yīng)光開關(guān)是基于電光效應(yīng)的光開關(guān)。如果對晶體施加適當(dāng)?shù)耐怆妶觯瑒t晶體的雙折射性質(zhì)將發(fā)生改變，從而使通過晶體的光波產(chǎn)生相位延遲或偏振態(tài)的改變，如圖所示。電光效應(yīng)示意圖5.4.1光開關(guān)的分類電光效應(yīng)光開關(guān)是基于電光效應(yīng)的光開5.4.1光開關(guān)的分類熱光效應(yīng)光開關(guān)是基于熱光效應(yīng)的光開關(guān)。熱光效應(yīng)是指通過電流加熱的方法使介質(zhì)的溫度發(fā)生變化，導(dǎo)致介質(zhì)折射率變化，從而使光波相位發(fā)生改變的物理效應(yīng)。聲光效應(yīng)光開關(guān)是基于聲光效應(yīng)的光開關(guān)。聲光效應(yīng)是指聲波通過聲光材料時，使其產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力場或表面形變分布應(yīng)變，通過光彈性效應(yīng)，引起材料折射率周期性變化，形成布拉格光柵，衍射一定波長輸入光的現(xiàn)象。聲光效應(yīng)光開關(guān)沒有機(jī)械移動部分，消除了阻塞、破損等很多問題，但是損耗隨波長變化較大，同時驅(qū)動電路也比較昂貴。5.4.1光開關(guān)的分類熱光效應(yīng)光開關(guān)是基于熱光效應(yīng)的光開關(guān)5.4.2光開關(guān)的特性參數(shù)1.插入損耗2.開關(guān)時間3.消光比4.隔離度5.串?dāng)_5.4.2光開關(guān)的特性參數(shù)1.插入損耗2.開關(guān)時間3.5.5.1光纖光柵的分類5.5.2布拉格光纖光柵

5.5

光纖光柵5.5.1光纖光柵的分類5.5.2布拉格光纖光柵

5.5光柵是WDM系統(tǒng)中用于復(fù)合和分離獨立波長的重要器件。從本質(zhì)上來說，光柵是材料中的一種周期性結(jié)構(gòu)或周期性擾動。材料中的這種變化具有一種特性，即可以在與波長有關(guān)的某一特定方向上反射或傳輸光，因此光柵可以分為傳輸光柵和反射光柵。

反射光柵的基本參數(shù)光柵是WDM系統(tǒng)中用于復(fù)合和分離獨立波長的重要器件。從本質(zhì)上5.5.1光纖光柵的分類根據(jù)折射率沿光柵軸向分布的形式，可將紫外寫入的光纖光柵分為均勻光纖光柵和非均勻光纖光柵。其中，均勻光纖光柵是指纖芯折射率變化幅度和折射率變化的周期（也稱光纖光柵的周期）均沿光纖軸向保持不變的光纖光柵，如均勻光纖布拉格光柵（折射率變化的周期一般為0.1μm量級）和均勻長周期光纖光柵（折射率變化的周期一般為100μm量級）；非均勻光纖光柵是指纖芯折射率變化幅度或折射率變化的周期沿光纖軸向變化的光纖光柵，如Chirped光纖光柵（其周期一般與光纖布拉格光柵的周期處于同一量級）、切趾光纖光柵、相移光纖光柵和取樣光纖光柵等。5.5.1光纖光柵的分類根據(jù)折射率沿光柵軸向分布的形式，可5.5.2光纖布拉格光柵1.布拉格光纖光柵的光學(xué)特性

通常把光柵周期小于1μm的均勻周期光纖光柵稱為光纖布拉格光柵（FiberBraggGrating，F(xiàn)BG）。FBG的主要特性是它能反射集中于布拉格波長附近的窄帶光。布拉格波長可由下式求得：

（5-14）纖芯受到紫外光（一般是雙光束干涉）的照射，會導(dǎo)致纖芯內(nèi)部折射率形成周期性調(diào)制分布，所謂調(diào)制就是本來沿光纖軸線均勻分布的折射率產(chǎn)生大小起伏的變化。5.5.2光纖布拉格光柵1.布拉格光纖光柵的光學(xué)特性5.5.2光纖布拉格光柵2.布拉格光纖光柵的應(yīng)用

1）FBG在激光器中的應(yīng)用：光纖光柵激光器是FBG在激光器中的最直接應(yīng)用，下圖展示了分布反饋（DFB）光纖光柵激光器的原理圖。DFB光纖光柵激光器是直接在摻雜稀土的光纖（摻鉺光纖）上寫入光柵，構(gòu)成諧振腔，且有源區(qū)與反饋區(qū)同為一體的光纖激光器。

分布反饋（DFB）光纖光柵激光器的原理圖5.5.2光纖布拉格光柵2.布拉格光纖光柵的應(yīng)用分布反饋（5.5.2光纖布拉格光柵2.布拉格光纖光柵的應(yīng)用

2）FBG在光纖放大器中的應(yīng)用：（1）用于穩(wěn)定EDFA泵浦光源980nm和1480nm大功率半導(dǎo)體激光器的波長輸出。（2）用于EDFA的增益平坦化。（3）使透過的泵浦光返回?fù)姐s區(qū)，提高EDFA的泵浦效率。（4）抑制EDFA的自發(fā)輻射噪聲。5.5.2光纖布拉格光柵2.布拉格光纖光柵的應(yīng)用5.5.2光纖布拉格光柵2.布拉格光纖光柵的應(yīng)用3）FBG在光濾波器中的應(yīng)用利用FBG優(yōu)良的選頻特性，可以對光纖透射譜中的任一波長進(jìn)行窄帶輸出。因此，利用FBG可以制作各種性能優(yōu)良的光濾波器，如各種帶通、帶阻及可調(diào)諧窄帶濾波器，這些濾波器可作為DWDM網(wǎng)絡(luò)中的波長選擇器件。特別對于DWDM接收機(jī)的信道選擇，光纖光柵制成的可調(diào)諧光濾波器具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，這種濾波器的中心波長由光柵周期控制。而濾波器的帶寬可通過改變光柵調(diào)制強度或略微改變光柵周期的啁啾量得到調(diào)諧。5.5.2光纖布拉格光柵2.布拉格光纖光柵的應(yīng)用5.6.1光衰減器的分類與工作原理5.6.2光衰減器的特性參數(shù)

5.6

光衰減器5.6.1光衰減器的分類與5.6.2光衰減器的特性參數(shù)

在某些情況下，由于信號源及傳輸距離的不確定，線路中的信號強度可能過大，這就需要采取某種措施減小信號強度。光衰減器用于消除線路中強度過大信號的器件。在某些情況下，由于信號源及傳輸距離的不確定，線路中的信號強度5.6.1光衰減器的分類與工作原理

光衰減器按照工作原理主要分為3類：反射型光衰減器、吸收型光衰減器和耦合型光衰減器。1.反射型光衰減器反射型光衰減器在玻璃基片上鍍上一層反射膜作為衰減片，利用不同的膜層厚度來改變反射量的大小，從而改變衰減量。兩塊衰減片必須按照一定傾斜角對稱地排列成八字形，防止光線垂直入射到衰減片上，以避免反射光的再入射影響衰減器性能的穩(wěn)定性。2.耦合型光衰減器耦合型光衰減器通過輸入、輸出光束對準(zhǔn)偏差的控制來改變耦合量的大小，從而改變耦合衰減量的大小。3.吸收型光衰減器吸收型光衰減器采用光學(xué)吸收材料制成衰減片，主要用于吸收和透射光，其反射量很小，因此允許光線垂直入射到衰減片上，簡化了結(jié)構(gòu)和工藝，減小了器件的體積和重量。這種衰減器具有長期的穩(wěn)定性。5.6.1光衰減器的分類與工作原理

光衰減器按照工作原理主5.6.2光衰減器的特性參數(shù)1.衰減量和插入損耗固定光衰減器的衰減量實際上就是其插入損耗?？勺児馑p器除衰減量指標(biāo)外，還有單獨的插入損耗指標(biāo)。普通可變光衰減器的插入損耗小于3dB即可，而高質(zhì)量可變光衰減器的插入損耗要在1dB以下。光衰減器的插入損耗主要是由光纖準(zhǔn)直器的插入損耗和衰減單元的透過率精度及耦合工藝造成的，其中的工藝重點在光纖準(zhǔn)直器的制作上。如果光纖和自聚焦透鏡及兩個光纖準(zhǔn)直器耦合得很好，可以大大降低整個光衰減器的插入損耗。2.光衰減器的衰減精度通常，機(jī)械式光衰減器的衰減精度為其衰減量的±0.1倍。衰減片式衰減器的衰減量取決于金屬蒸發(fā)鍍膜層的透過率和均勻性。5.6.2光衰減器的特性參數(shù)1.衰減量和插入損耗5.6.2光衰減器的特性參數(shù)3.回波損耗光衰減器的回波損耗是指入射到光衰減器中的光能量和衰減器中入射光路反射的光能量之比。高性能光衰減器的回波損耗一般在40dB?；夭〒p耗是由各元件和空氣折射率失配時造成反射而引起的。要提高回波損耗，在設(shè)計時需要在各元件的表面鍍制抗反射膜，采用斜面透鏡，并將各光學(xué)元件斜置或進(jìn)行折射率匹配。平面元件引起的回波損耗通常在14dB左右，利用足夠的抗反射膜和恰當(dāng)?shù)男泵鎾伖饧把b配工藝，整個器件的回波損耗能夠達(dá)到50dB。5.6.2光衰減器的特性參數(shù)3.回波損耗5.6.2光衰減器的特性參數(shù)4.頻譜特性光衰減器在計量、定標(biāo)等場合需要在一定的帶寬范圍內(nèi)有較高的衰減精度，衰減譜線應(yīng)具有較好的平坦性，因此光衰減器還有頻譜特性的要求。但是此項指標(biāo)僅在需要時測量，而不作為衰減器的常規(guī)測試指標(biāo)。固定光衰減器的頻譜損耗在?30～30nm范圍內(nèi)通常不大于0.5dB。5.6.2光衰減器的特性參數(shù)4.頻譜特性5.7.1偏振相關(guān)型光隔離器

5.7.2偏振無關(guān)型光隔離器

5.7

光隔離器

5.7.1偏振相關(guān)型光隔離器

5.7.2偏振無關(guān)型光隔離光隔離器是一種光單向傳輸?shù)姆腔ヒ灼骷?，它對正向傳輸光具有較低的插入損耗，而對反向傳輸光具有很大的衰減作用。也就是說，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。光隔離器常被置于光源后，用以抑制光傳輸系統(tǒng)中反射信號對光源的不良影響。它的主要作用是防止光路中的后向傳輸光對光源及光路系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。光隔離器是一種光單向傳輸?shù)姆腔ヒ灼骷?，它對正向傳輸光具有較低5.7.1偏振相關(guān)型光隔離器偏振相關(guān)型光隔離器由起偏器、檢偏器和旋光器3部分組成，如圖所示。偏振相關(guān)型光隔離器的組成5.7.1偏振相關(guān)型光隔離器偏振相關(guān)型光隔離器由起偏器、檢5.7.1偏振相關(guān)型光隔離器偏振相關(guān)型光隔離器的工作原理如圖偏振相關(guān)型光隔離器的工作原理5.7.1偏振相關(guān)型光隔離器偏振相關(guān)型光隔離器的工作原理如5.7.2偏振無關(guān)型光隔離器

在實際應(yīng)用中，入射光的偏振態(tài)（偏振方向）是任意的，并且隨時間變化，因此必須要求隔離器的工作與入射光的偏振態(tài)無關(guān)，于是隔離器的結(jié)構(gòu)就變復(fù)雜了。一種小型的與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的隔離器結(jié)構(gòu)如圖所示。一種小型的與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的隔離器結(jié)構(gòu)5.7.2偏振無關(guān)型光隔離器在實際應(yīng)用中，入射光5.8.1光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)5.8.2光環(huán)行器的特性參數(shù)

5.8

光環(huán)行器5.8.1光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)5.8.2光環(huán)行器的特性參數(shù)

5光環(huán)行器是一種單向多端口無源器件，它將光沿一個方向從一個端口傳送到另一個端口。這種器件可用于光放大器、分插復(fù)用器及散射補償模塊等。光環(huán)行器是一種單向多端口無源器件，它將光沿一個方向從一個端口5.8.1光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)光環(huán)行器是一種多端口非互易光學(xué)器件，它的典型結(jié)構(gòu)有N（N≥3）個端口。光環(huán)行器示意圖如圖所示光環(huán)行器示意圖5.8.1光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)光環(huán)行器是一種多端口非互易光學(xué)器件5.8.2光環(huán)行器的特性參數(shù)

光環(huán)行器的特性參數(shù)包括插入損耗、隔離度、串音、偏振相關(guān)損耗、偏振模色散及回波損耗等。光環(huán)行器的插入損耗、隔離度、偏振相關(guān)損耗、偏振模色散的定義與光隔離器基本相同，只不過對光環(huán)行器而言，它們均指具體的兩個相鄰端口之間的指標(biāo)，如端口1、2之間或端口2、3之間的插入損耗、PDL、PMD等。光環(huán)行器的串音是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，如端口1輸入信號時，在端口3接收到的功率相對于輸入功率的dB值。5.8.2光環(huán)行器的特性參數(shù)光環(huán)5.9.1波分復(fù)用器的工作原理

5.9.2常用的波分復(fù)用器5.9波分復(fù)用器5.9.1波分復(fù)用器的工作原理

5.9.2常用的波分復(fù)用器5波分復(fù)用（WDM）器是對光波波長進(jìn)行分離與合成的光無源器件。在高速光通信系統(tǒng)、接入網(wǎng)、全光網(wǎng)等領(lǐng)域中，光纖頻帶資源有著廣闊的應(yīng)用前景。同時，光纖網(wǎng)絡(luò)中的光纖、光纜動態(tài)狀況監(jiān)測也必須利用波分復(fù)用技術(shù)。波分復(fù)用（WDM）器是對光波波長進(jìn)行分離與合成的光無源器件。5.9.1波分復(fù)用器的工作原理

WDM

是指利用一根光纖同時傳送多個不同波長的光載波，這些不同波長的光載波所承載的信號可以是相同速率、相同數(shù)據(jù)格式，也可以是不同速率、不同數(shù)據(jù)格式。

WDM

的基本原理是，在發(fā)送端采用復(fù)用器（合波器）將不同波長的光信號進(jìn)行合并，在接收端利用解復(fù)用器（分波器）將合并的光信號分開并送入不同的終端。采用WDM技術(shù)后，原來只能采用一個光波長作為載波的單一光信道就變?yōu)槎鄠€不同波長的光信道同時在光纖中傳輸，從而提高了光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量。5.9.1波分復(fù)用器的工作原理WDM

是指利用一根光纖5.9.2常用的波分復(fù)用器

1.介質(zhì)薄膜干涉濾波型介質(zhì)薄膜干涉濾波型波分復(fù)用器的工作原理5.9.2常用的波分復(fù)用器1.5.9.2常用的波分復(fù)用器

2.平面波導(dǎo)型基于納米線材料制作的Si-AWG5.9.2常用的波分復(fù)用器2.5.9.2常用的波分復(fù)用器3.光纖光柵型

基于光纖的波分復(fù)用器主要是基于長周期或短周期的光纖光柵及熔融MZ干涉儀型的結(jié)構(gòu)。這些器件特別是后者可以提供非常小的頻率間隔，可以達(dá)到2.5GHz（0.04nm），理論上在C波段就可以容納1600個通道復(fù)用。插損與一致性也非常好。光纖光柵是通過紫外光在高摻鍺或普通氫載光纖上按一定的掩膜刻制光柵的器件。長周期光纖光柵還具有寬帶濾波的性能，特別適合制作EDFA增益平坦的濾波器。光纖光柵器件的缺點在于溫度穩(wěn)定性，由于光柵的中心波長會隨溫度而變化，所以實用化的器件必須解決這個問題。5.9.2常用的波分復(fù)用器3.光纖光柵型基于光纖的5.9.2常用的波分復(fù)用器

4.光纖熔錐型熔錐型WDM器件的原理5.9.2常用的波分復(fù)用器4.5.9.2常用的波分復(fù)用器

5.衍射光柵型由光柵、自聚焦透鏡和一個光纖陣列組成的波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖5.9.2常用的波分復(fù)用器5.標(biāo)題5.10.3隔離度的測量5.10.4方向性的測量5.10.5偏振相關(guān)損耗的測量5.10.2回波損耗的測量5.10.1插入損耗的測量延遲符5.7

光隔離器

標(biāo)題5.10.3隔離度的測量5.10.4方向性的測量5.5.10.1插入損耗的測量

插入損耗包括單一波長的插入損耗和波長相關(guān)的插入損耗，它們的區(qū)別在于測試中使用的光源分別是可調(diào)激光器和寬帶光源。測量插入損耗通常采用截斷法和替代法。1.截斷法2.替代法

測量P1用替代法測量P05.10.1插入損耗的測量插入損耗包括單一波長的插5.10.2回波損耗的測量

測量回波損耗通常采用光耦合器測試法。下面以光隔離器為例，具體介紹回波損耗的測量步驟。5.10.2回波損耗的測量測量回波損耗通常采用光耦5.10.3隔離度的測量

隔離度是光隔離器和WDM器件的重要參數(shù)。對于光隔離器，它主要指反向隔離度。下面將分別介紹兩種器件隔離度的測量步驟。5.10.3隔離度的測量隔離度是光隔離器和WDM器5.10.3隔離度的測量

隔離度是光隔離器和WDM器件的重要參數(shù)。對于光隔離器，它主要指反向隔離度。下面將分別介紹兩種器件隔離度的測量步驟。5.10.3隔離度的測量隔離度是光隔離器和WDM器5.10.4方向性的測量

方向性是光耦合器特有的一個指標(biāo)，它是衡量器件定向傳輸特性的參數(shù)。具體測量步驟如下。5.10.4方向性的測量方向性是光耦合器特有的一個5.10.5偏振相關(guān)損耗的測量

光無源器件偏振相關(guān)損耗（PDL）的測量方法總的來說有兩大類：掃描法和固定態(tài)法。其中，掃描法根據(jù)掃描方式不同，又分為步進(jìn)掃描法（確知的全狀態(tài)掃描法）和時間掃描法（非確知的全狀態(tài)掃描法）；固定態(tài)法根據(jù)選取偏振態(tài)的數(shù)目不同，又分為三態(tài)法（Jones矩陣法）、四態(tài)法（Mueller矩陣法）及六態(tài)法等。5.10.5偏振相關(guān)損耗的測量光無源器件偏振相關(guān)損現(xiàn)代光纖通信技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)代光纖通信技術(shù)及應(yīng)用第5章光纖通信中的光無源器件第5章光纖通信中的光無源器件目錄CATALOG5.1光纖連接器5.2光纖耦合器5.3光調(diào)制器5.4光開關(guān)延遲符5.5光纖光柵5.6光衰減器

5.7光隔離器

5.8光環(huán)行器

5.9波分復(fù)用器5.10光器件測試目錄CATALOG5.1光纖連接器5.2光纖耦合器5.延遲符5.1光纖連接器PART01延遲符延遲符5.1光纖連接器PART01延遲符5.1.1光纖連接器的組成5.1.2光纖連接器的性能5.1.3常用的光纖連接器

123延遲符內(nèi)容5.1.1光纖連接器的組成5.1.2光纖連接器的性能5.光纖連接器

光纖連接器是把兩個光纖端面結(jié)合在一起，以實現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸（活動）連接的器件，它是光纖通信中是必不可少的器件。為施工方便，光纜須分段敷設(shè)，一般光纜長度為1.2~2km，在兩端光纖（光纜）之間就要進(jìn)行連接。這種連接是固定的、永久的，常用光纖固定接頭來進(jìn)行連接。在光發(fā)送機(jī)、接收機(jī)或儀表與光纖之間也要進(jìn)行連接，這種連接必須是活動的、可拆裝的，要通過光纖活動連接器來完成。光纖活動連接器因而成了光纖通信中需求量最大的光無源器件。光纖連接器右圖示出套筒結(jié)構(gòu)的光纖連接器簡圖，包括用于對中的套筒、帶有微孔的插針和端面的形狀（圖中畫出平面的端面）。光纖固定在插針的微孔內(nèi)，兩支帶光纖的插針用套筒對中實現(xiàn)連接。以下文中提到的光纖連接器都指的是光纖活動連接器。套筒結(jié)構(gòu)光纖連接器簡圖

右圖示出套筒結(jié)構(gòu)的光纖連接器簡圖，包括用于對中的套

對光纖連接器的基本要求是使發(fā)射光纖輸出的光能量最大限度地耦合進(jìn)接收光纖。光纖連接器是光纖通信中應(yīng)用最廣泛、最基本的光無源器件。光纖連接器的“尾纖”（即一端有活動的連接器光纖）用于和光源或檢測器耦合，以構(gòu)成發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的輸出/輸入接口，或構(gòu)成光纜線路及各種光無源器件兩端的接口。光纖連接器跳線（即兩端都有光纖活動連接器的一小段光纖）用于終端設(shè)備與光纜線路及各種光無源器件之間的互連，以構(gòu)成光纖傳輸系統(tǒng)。對光纖連接器的基本要求是使發(fā)射光纖輸出5.1.1光纖連接器的組成

光纖活動連接器在結(jié)構(gòu)上差別很大，品種也很多，但按功能可分成如下幾部分：(1)連接器插頭(PlugConnector)：使光纖在轉(zhuǎn)換器或變換器中完成插拔功能的部件稱為插頭，由插針體和若干外部零件組成。5.1.1光纖連接器的組成光纖活動連接

下圖是幾種常見的光纖活動連接器插頭，為使光纖不受到外界損害，插頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)必須具有對光纖進(jìn)行有效保護(hù)的功能。

幾種常見的光纖活動連接器插頭下圖是幾種常見的光纖活動連接器插頭，為使

(2)轉(zhuǎn)換器或適配器(Adapter)：即插座（琺瑯盤），將光纖插頭連接在一起使光纖接通的器件。轉(zhuǎn)換器可以連接同型號插頭，也可以連接不同型號插頭，可以連接一對插頭，也可以連接幾對插頭或多芯插頭。

下圖是琺瑯盤在光纖連接器中的位置?，m瑯盤在光纖連接器中的位置(2)轉(zhuǎn)換器或適配器(Adapter)：即

(3)變換器(Converter)：將某一型號的插頭變換成另一型號插頭的器件，使用時將某一型號的插頭插入同型號的轉(zhuǎn)換器中，就變成其他型號的插頭了。(3)變換器(Converter)：將(4)光纜跳線(CableJumper)：一根光纜兩端面裝上插頭，稱為跳線。兩個插頭的型號可以不同，可以是單芯的，也可以是多芯的。連接器插頭是跳線的特殊情況，即只在光纖（纜）的一端裝有插頭，也將其稱為尾纖。右圖是兩種常用的光纜跳線。

光纜跳線(4)光纜跳線(CableJumper)：一根光

(5)裸光纖轉(zhuǎn)換器(BareFiberAdapter):將裸光纖與光源、探測器及各種光儀表連接的器件，如圖所示。將裸光纖穿入轉(zhuǎn)換器，處理好光纖端面，形成一個插頭，就可以進(jìn)行其他連接了。用完后，可將裸光纖從轉(zhuǎn)接器中抽出。裸光纖轉(zhuǎn)換器在光纖測試、光儀表以及光纖之間的臨時連接中具有廣泛的用途。裸光纖轉(zhuǎn)換器(5)裸光纖轉(zhuǎn)換器(BareFiberAdap5.1.2光纖連接器的性能

評價光纖（纜）連接器的主要指標(biāo)有：結(jié)構(gòu)簡單、裝配方便、插入損耗低、具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性、對環(huán)境因素穩(wěn)定、串?dāng)_價格低廉以及低串?dāng)_等。其中最重要的是插入損耗、回波損耗、重復(fù)性和互換性。插入損耗回波損耗重復(fù)性互換性5.1.2光纖連接器的性能評價光纖（纜）1.插入損耗

插入損耗是指光纖中的光信號通過連接器之后，其輸出光功率與輸入光功率的分貝數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

（5.1）1.插入損耗插入損耗是指光纖中的光信號通過連接器之

光纖連接時，如圖所示，由于光纖纖芯直徑、數(shù)值孔徑、折射率分布的差異以及橫向錯位、角度傾斜、端面形狀以及端面光潔度等因素的影響，都會產(chǎn)生連接損耗，影響插入損耗。對于用戶來說，插入損耗越小越好。圖

引起插入損耗的各種情況光纖連接時，如圖所示，由于光纖纖芯直徑、2.回波損耗

回波損耗又稱后向反射損耗。它是指在光纖連接處，后向反射光功率相對入射光功率的分貝數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：（5.2）

2.回波損耗回波損耗又稱后向反射損耗。它是指在3.重復(fù)性和互換性

重復(fù)性是指光纖（纜）活動連接器多次插拔后插入損耗的變化，用dB表示。

互換性是指連接器各部件互換時插入損耗的變化，也用dB表示。

這兩項指標(biāo)可以考核連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝的合理性，也是表明連接器實用化的重要標(biāo)志。影響插入損耗的各項因素，也同時影響著連接器的重復(fù)性和互換性，因而這些因素的改善也會有效地提高重復(fù)性和互換性的性能指標(biāo)。3.重復(fù)性和互換性重復(fù)性是指光纖（5.1.3常用的光纖連接器

光纖（纜）連接器的品種、型號很多。按結(jié)構(gòu)的不同可分為調(diào)心型和非調(diào)心型；按連接方式的不同可分為對接耦合式和透鏡耦合式；按光纖相互接觸關(guān)系的不同可分為平面接觸式和球面接觸式等。目前具有代表性的產(chǎn)品主要有FC、ST、SC、D4、雙錐、VFO（球面定心）和F-SMA等。5.1.3常用的光纖連接器光纖（纜）連延遲符01FC型連接器是一種螺紋連接，外部零件采用金屬材料制作，是我國電信網(wǎng)采用的主要產(chǎn)品，我國已制定了FC型連接器的國家標(biāo)準(zhǔn)。1FC型連接器022SC型連接器

SC型連接器的插針、套筒與FC型完全一樣。它的外殼采用工程塑料制作成矩形結(jié)構(gòu)，便于密集安裝。它沒有采用螺紋連接，可以直接插拔，使用方便，操作空間小，可以密集安裝，可做成多芯連接器，應(yīng)用前景廣闊。033ST型連接器ST型連接器采用帶鍵的卡口式鎖緊機(jī)構(gòu)，確保連接時準(zhǔn)確對中。

在我國用得最多的是FC系列的連接器延遲符01FC型連接器是一種螺紋連接，外部零件采用金屬材料制延遲符

光纖連接器是光學(xué)器件中的一種基礎(chǔ)原件，它必將根據(jù)光通信、光傳感技術(shù)提出的要求去發(fā)展和提高，在進(jìn)一步提高光纖連接器性能的基礎(chǔ)上，使其走上集成化、小型化的發(fā)展方向。延遲符光纖連接器是光學(xué)器件中的一種基礎(chǔ)原件，延遲符5.2.1光纖耦合器的類型5.2.2光纖耦合器的結(jié)構(gòu)5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)

5.2光纖耦合器延遲符5.2.1光纖耦合器的類型5.2.2光纖耦合器的結(jié)

光纖耦合器的功能是一個或多個輸入光分配給多個或一個光輸出，實現(xiàn)了輸入光功率在不同輸入端口的再分配。簡單地講，光纖耦合器就是一類能使傳輸中的光信號在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生耦合，并進(jìn)行再分配的器件。它的主要用途包括：對光中繼接口噪聲評價，插入噪聲測量；監(jiān)視傳輸線上的信號，并從中取出一定功率的光信號作檢測使用；提取反射信號等。光纖耦合器的功能是一個或多個輸入光分配給

下圖是四種常用耦合器的類型：T型、星型、定向型和波分型，它們具有不同的功能和用途。圖

常見的耦合器類型5.2.1光纖耦合器的類型下圖是四種常用耦合器的類型：T型、星型、定04

波分復(fù)用器/解波分復(fù)用器這是一種與波長有關(guān)的耦合器（也稱合波器/分波器），如圖5.8（d）所示，它的功能是把多個不同波長的發(fā)射機(jī)輸出的光信號組合在一起，輸入到一根光纖；解復(fù)用器是把一根光纖輸出的多個不同波長的光纖分02星型耦合器這是一種n×m耦合器，如圖5.8（b）所示，它的功能是把n根光纖輸入的光功率組合在一起，均勻地分配給m根光纖，m和n不一定相等。這種耦合器常用作多端功率分配器。01

T型耦合器這是一種2×2的3端耦合器，如圖5.8（a）所示，它的功能是把一根光纖輸入的光信號按一定比例分配給兩根光纖，或把兩根光纖輸入的光信號組合在一起輸入一根光纖。這種耦合器主要用作不同分路比的功率分配器或功率組合器。03

定向耦合器這是一種2×2的3端或4端耦合器，它的功能是分別取出光纖中向不同方向傳輸?shù)墓庑盘?，如圖5.8（c）所示，光信號從端1傳輸?shù)蕉?，一部分由端3輸出，端4無輸出；光信號從端2傳輸耦合器延遲符04波分復(fù)用器/解波分復(fù)用器這是一種與波長有關(guān)的耦合器（也

耦合器的結(jié)構(gòu)有許多類型，其中比較實用、發(fā)展?jié)摿玫挠泄饫w型、微器件型和平面波導(dǎo)型。5.2.2光纖耦合器的結(jié)構(gòu)類型光纖型耦合器微器件型耦合器平面波導(dǎo)型耦合器光纖型耦合器是用于光信號分路/合路，或用于延長光纖鏈路的器件利用自聚焦透鏡和分光片（光部分透射、部分反射）、濾光片（一個波長的光透射，其他波長的光反射）或光柵（不同波長的光有不同的反射方向）等微光學(xué)器件，可以構(gòu)成T形耦合器、定向耦合器和波分復(fù)用器/解波分復(fù)用器平面波導(dǎo)型耦合器是指利用平面介質(zhì)光波導(dǎo)工藝制作的一類光耦合器，其關(guān)鍵技術(shù)包括波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制作和器件與傳輸線路的耦合。耦合器的結(jié)構(gòu)有許多類型，其中比較實用、發(fā)展?jié)摿萌廴诶F系統(tǒng)示意圖1.光纖型耦合器

光纖型耦合器是把兩根或多根光纖排列，用熔融拉錐法制作出來的器件。熔融拉錐法就是將兩根或兩根以上除去涂覆層的光纖以一定的方式靠攏，在高溫加熱下熔融，同時向兩側(cè)拉伸，最終在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法，這種方法的系統(tǒng)框圖如圖所示。熔融拉錐系統(tǒng)示意圖1.光纖型耦合器光纖型圖

光纖型耦合器

利用熔融拉錐法可以制成T型耦合器、星型耦合器、定向型耦合器和波分/解波分復(fù)用器。如圖示出單模2×2定向耦合器和多模n×n星型耦合器的結(jié)構(gòu)。單模星型耦合器的端數(shù)受到一定限制，通?？捎?×2耦合器組成。1.光纖型耦合器圖光纖型耦合器利用熔融拉錐法可以制成T型圖

微器件型耦合器（a）T型耦合器；（b）定向耦合器；（c）濾光式解復(fù)用器；（d）光柵式解復(fù)用器2.微器件型耦合器

利用自聚焦透鏡和分光片（光部分投射、部分反射）、濾光片（一個波長的透射，其它波長的光反射）或光柵（不同波長的光有不同的反射方向）等微光學(xué)器件可以構(gòu)成T型耦合器、定向耦合器和波分/解波分復(fù)用器，如圖所示。圖微器件型耦合器2.微器件型耦合器利用3.平面波導(dǎo)型耦合器

平面波導(dǎo)型耦合器是指利用平面介質(zhì)光波導(dǎo)工藝制作的一類光耦和器件，其關(guān)鍵技術(shù)包括波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制作和器件與傳輸線路的耦合。目前廣泛采用的制作介質(zhì)光波導(dǎo)的方法主要是在鈮酸鋰（LiNbO3）等襯底材料上，以薄膜沉積、光刻、擴(kuò)散等工藝形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。圖示出了矩形波導(dǎo)的簡圖。圖

矩形波導(dǎo)簡圖3.平面波導(dǎo)型耦合器平面波導(dǎo)型耦合器是指利用平延遲符（1）體積小、重量輕、易于集成。（2）耦合比易于精確控制，可以進(jìn)行大批量生產(chǎn)（3）機(jī)械及環(huán)境穩(wěn)定性好，可以用于一些特殊場合。（4）易于制成小型化的寬帶耦合器優(yōu)點3.平面波導(dǎo)型耦合器波導(dǎo)型耦合器的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下四個方面：延遲符（1）體積小、重量輕、易于集成。（2）耦合比易于精確控延遲符1.插入損耗2.附加損耗3.分光比4.方向性5.均勻性5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)

6.偏振相關(guān)損耗

7.插入損耗延遲符1.插入損耗2.附加損耗3.分光比4.方向性5.均5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)1.插入損耗其定義為指定輸出端口的光功率與全部輸入光功率比值的對數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-3）式中，為第i個輸出端口的插入損耗；為第i個輸出端口的光功率；為輸入的總光功率。5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)1.插入損耗5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)2.附加損耗其定義為所有輸出端口的光功率總和相對于全部輸入光功率的減少值，該值以dB表示的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-4）式中，為附加損耗；為第個輸出端口的光功率；為輸入的總光功率5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)2.附加損耗5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)3.分光比分光比是光耦合器特有的技術(shù)指標(biāo)，定義為耦合器各輸出端口的輸出功率相對于總輸出功率的百分比，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-5）5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)3.分光比5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)4.方向性方向性是光耦合器特有的技術(shù)指標(biāo)，是衡量器件定向傳輸特性的參數(shù)。以X形耦合器為例，方向性是指耦合器正常工作時，輸入一側(cè)非注入光一端輸出的光功率與全部注入的光功率的比值的對數(shù)。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-6）5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)4.方向性5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)5.均勻性對于要求均勻分光的光耦合器（主要是星形和樹形），由于工藝局限，往往不可能做到絕對均勻，均勻性就是用來衡量其不均勻程度的。均勻性被定義為在器件的工作帶寬范圍內(nèi)，各輸出端口輸出功率的最大變化量，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-7）5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)5.均勻性5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)6.偏振相關(guān)損耗偏振相關(guān)損耗是指具有偏振特性的光信號，在光纖、器件或由它們組成的網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，由于光的偏振特性變化而引起的光功率變化，數(shù)學(xué)表達(dá)式為

5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)6.偏振相關(guān)損耗5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)7.隔離度隔離度是指某一光路對其他光路中信號的隔離能力。隔離度高說明各線路之間的“傳音”小。在實際工作中，隔離度可直接反映WDM器件對不同波長光信號的分離能力。對于分波耦合器來說，隔離度往往需要達(dá)到40dB，而合波耦合器的隔離度在20dB左右即可。隔離度的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

（5-8）5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)7.隔離度5.3.1電光效應(yīng)5.3.2MZ干涉型光調(diào)制器5.3

光調(diào)制器5.3.1電光效應(yīng)5.3.2MZ干涉型光調(diào)制器5.3光調(diào)制器是高速、長距離光通信的關(guān)鍵器件。光發(fā)射機(jī)的功能是把輸入電信號轉(zhuǎn)換成光信號，并用耦合技術(shù)把光信號最大限度地注入光纖線路，其中，把電信號轉(zhuǎn)換為光信號的過程就是光調(diào)制。直接調(diào)制和外調(diào)制方式光調(diào)制器是高速、長距離光通信的關(guān)鍵器件。光發(fā)射機(jī)的功能是把輸5.3.1光電效應(yīng)

物質(zhì)的折射率因外加電場而發(fā)生變化稱為電光效應(yīng)。常用的電光晶體有電光系數(shù)較大且在空氣中穩(wěn)定的鈮酸鋰（LiNbO3）。相位調(diào)制示意圖5.3.1光電效應(yīng)物質(zhì)的折射率因外加電場而發(fā)生變化5.3.2MZ干涉型光調(diào)制器

最常用的幅度調(diào)制器是在鈮酸鋰晶體表面用鈦擴(kuò)散波導(dǎo)構(gòu)成的馬赫-曾德爾（MZ）干涉型光調(diào)制器，如圖所示。馬赫-曾德爾（MZ）干涉型光調(diào)制器5.3.2MZ干涉型光調(diào)制器最常用的幅度調(diào)制器是在延遲符5.4.1光開關(guān)的分類5.4.2光開關(guān)的特性參數(shù)5.4

光開關(guān)延遲符5.4.1光開關(guān)的分類5.4.2光開關(guān)的特性參數(shù)55.4.1光開關(guān)的分類

光開關(guān)按其工作原理可分為機(jī)械式和非機(jī)械式兩大類。機(jī)械式光開關(guān)通過光纖和光學(xué)元件的移動或旋轉(zhuǎn)，使光路斷開或關(guān)閉，開關(guān)時間在毫秒量級（較長），還會有回跳抖動和重復(fù)性差等問題。非機(jī)械式光開關(guān)一般通過電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)、液晶效應(yīng)、磁光效應(yīng)及聲光效應(yīng)等改變波導(dǎo)折射率，使光路發(fā)生改變而實現(xiàn)開關(guān)功能，具有開關(guān)時間短、體積小、便于集成的優(yōu)點，但插入損耗大，隔離度低。5.4.1光開關(guān)的分類光開關(guān)按其工作原理可分為機(jī)械式和5.4.1光開關(guān)的分類

1.機(jī)械式：新型機(jī)械式光開關(guān)有微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）光開關(guān)和金屬薄膜光開關(guān)MEMS光開關(guān)的結(jié)構(gòu)

金屬薄膜光開關(guān)的結(jié)構(gòu)5.4.1光開關(guān)的分類1.機(jī)械式：新型機(jī)械式光開關(guān)有微機(jī)5.4.1光開關(guān)的分類

2.非機(jī)械式：非機(jī)械式光開關(guān)有液晶光開關(guān)、電光效應(yīng)光開關(guān)、熱光效應(yīng)光開關(guān)、聲光效應(yīng)光開關(guān)等。液晶光開關(guān)內(nèi)包含液晶片、偏振光束分離器（PBS）或光束調(diào)相器。當(dāng)無外加電壓時，液晶使偏振光的偏振角發(fā)生旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角恰好等于90°時，可從檢偏器通過，即呈ON狀態(tài)。當(dāng)施加電壓時，液晶分子將平行于外加電場，雙折射效應(yīng)消失，入射光從液晶出射時依然保持垂直偏振狀態(tài)，被檢偏器阻擋，即呈OFF狀態(tài)。5.4.1光開關(guān)的分類2.非機(jī)械式：非機(jī)械式光開關(guān)有液晶5.4.1光開關(guān)的分類

電光效應(yīng)光開關(guān)是基于電光效應(yīng)的光開關(guān)。如果對晶體施加適當(dāng)?shù)耐怆妶?，則晶體的雙折射性質(zhì)將發(fā)生改變，從而使通過晶體的光波產(chǎn)生相位延遲或偏振態(tài)的改變，如圖所示。電光效應(yīng)示意圖5.4.1光開關(guān)的分類電光效應(yīng)光開關(guān)是基于電光效應(yīng)的光開5.4.1光開關(guān)的分類熱光效應(yīng)光開關(guān)是基于熱光效應(yīng)的光開關(guān)。熱光效應(yīng)是指通過電流加熱的方法使介質(zhì)的溫度發(fā)生變化，導(dǎo)致介質(zhì)折射率變化，從而使光波相位發(fā)生改變的物理效應(yīng)。聲光效應(yīng)光開關(guān)是基于聲光效應(yīng)的光開關(guān)。聲光效應(yīng)是指聲波通過聲光材料時，使其產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力場或表面形變分布應(yīng)變，通過光彈性效應(yīng)，引起材料折射率周期性變化，形成布拉格光柵，衍射一定波長輸入光的現(xiàn)象。聲光效應(yīng)光開關(guān)沒有機(jī)械移動部分，消除了阻塞、破損等很多問題，但是損耗隨波長變化較大，同時驅(qū)動電路也比較昂貴。5.4.1光開關(guān)的分類熱光效應(yīng)光開關(guān)是基于熱光效應(yīng)的光開關(guān)5.4.2光開關(guān)的特性參數(shù)1.插入損耗2.開關(guān)時間3.消光比4.隔離度5.串?dāng)_5.4.2光開關(guān)的特性參數(shù)1.插入損耗2.開關(guān)時間3.5.5.1光纖光柵的分類5.5.2布拉格光纖光柵

5.5

光纖光柵5.5.1光纖光柵的分類5.5.2布拉格光纖光柵

5.5光柵是WDM系統(tǒng)中用于復(fù)合和分離獨立波長的重要器件。從本質(zhì)上來說，光柵是材料中的一種周期性結(jié)構(gòu)或周期性擾動。材料中的這種變化具有一種特性，即可以在與波長有關(guān)的某一特定方向上反射或傳輸光，因此光柵可以分為傳輸光柵和反射光柵。

反射光柵的基本參數(shù)光柵是WDM系統(tǒng)中用于復(fù)合和分離獨立波長的重要器件。從本質(zhì)上5.5.1光纖光柵的分類根據(jù)折射率沿光柵軸向分布的形式，可將紫外寫入的光纖光柵分為均勻光纖光柵和非均勻光纖光柵。其中，均勻光纖光柵是指纖芯折射率變化幅度和折射率變化的周期（也稱光纖光柵的周期）均沿光纖軸向保持不變的光纖光柵，如均勻光纖布拉格光柵（折射率變化的周期一般為0.1μm量級）和均勻長周期光纖光柵（折射率變化的周期一般為100μm量級）；非均勻光纖光柵是指纖芯折射率變化幅度或折射率變化的周期沿光纖軸向變化的光纖光柵，如Chirped光纖光柵（其周期一般與光纖布拉格光柵的周期處于同一量級）、切趾光纖光柵、相移光纖光柵和取樣光纖光柵等。5.5.1光纖光柵的分類根據(jù)折射率沿光柵軸向分布的形式，可5.5.2光纖布拉格光柵1.布拉格光纖光柵的光學(xué)特性

通常把光柵周期小于1μm的均勻周期光纖光柵稱為光纖布拉格光柵（FiberBraggGrating，F(xiàn)BG）。FBG的主要特性是它能反射集中于布拉格波長附近的窄帶光。布拉格波長可由下式求得：

（5-14）纖芯受到紫外光（一般是雙光束干涉）的照射，會導(dǎo)致纖芯內(nèi)部折射率形成周期性調(diào)制分布，所謂調(diào)制就是本來沿光纖軸線均勻分布的折射率產(chǎn)生大小起伏的變化。5.5.2光纖布拉格光柵1.布拉格光纖光柵的光學(xué)特性5.5.2光纖布拉格光柵2.布拉格光纖光柵的應(yīng)用

1）FBG在激光器中的應(yīng)用：光纖光柵激光器是FBG在激光器中的最直接應(yīng)用，下圖展示了分布反饋（DFB）光纖光柵激光器的原理圖。DFB光纖光柵激光器是直接在摻雜稀土的光纖（摻鉺光纖）上寫入光柵，構(gòu)成諧振腔，且有源區(qū)與反饋區(qū)同為一體的光纖激光器。

分布反饋（DFB）光纖光柵激光器的原理圖5.5.2光纖布拉格光柵2.布拉格光纖光柵的應(yīng)用分布反饋（5.5.2光纖布拉格光柵2.布拉格光纖光柵的應(yīng)用

2）FBG在光纖放大器中的應(yīng)用：（1）用于穩(wěn)定EDFA泵浦光源980nm和1480nm大功率半導(dǎo)體激光器的波長輸出。（2）用于EDFA的增益平坦化。（3）使透過的泵浦光返回?fù)姐s區(qū)，提高EDFA的泵浦效率。（4）抑制EDFA的自發(fā)輻射噪聲。5.5.2光纖布拉格光柵2.布拉格光纖光柵的應(yīng)用5.5.2光纖布拉格光柵2.布拉格光纖光柵的應(yīng)用3）FBG在光濾波器中的應(yīng)用利用FBG優(yōu)良的選頻特性，可以對光纖透射譜中的任一波長進(jìn)行窄帶輸出。因此，利用FBG可以制作各種性能優(yōu)良的光濾波器，如各種帶通、帶阻及可調(diào)諧窄帶濾波器，這些濾波器可作為DWDM網(wǎng)絡(luò)中的波長選擇器件。特別對于DWDM接收機(jī)的信道選擇，光纖光柵制成的可調(diào)諧光濾波器具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，這種濾波器的中心波長由光柵周期控制。而濾波器的帶寬可通過改變光柵調(diào)制強度或略微改變光柵周期的啁啾量得到調(diào)諧。5.5.2光纖布拉格光柵2.布拉格光纖光柵的應(yīng)用5.6.1光衰減器的分類與工作原理5.6.2光衰減器的特性參數(shù)

5.6

光衰減器5.6.1光衰減器的分類與5.6.2光衰減器的特性參數(shù)

在某些情況下，由于信號源及傳輸距離的不確定，線路中的信號強度可能過大，這就需要采取某種措施減小信號強度。光衰減器用于消除線路中強度過大信號的器件。在某些情況下，由于信號源及傳輸距離的不確定，線路中的信號強度5.6.1光衰減器的分類與工作原理

光衰減器按照工作原理主要分為3類：反射型光衰減器、吸收型光衰減器和耦合型光衰減器。1.反射型光衰減器反射型光衰減器在玻璃基片上鍍上一層反射膜作為衰減片，利用不同的膜層厚度來改變反射量的大小，從而改變衰減量。兩塊衰減片必須按照一定傾斜角對稱地排列成八字形，防止光線垂直入射到衰減片上，以避免反射光的再入射影響衰減器性能的穩(wěn)定性。2.耦合型光衰減器耦合型光衰減器通過輸入、輸出光束對準(zhǔn)偏差的控制來改變耦合量的大小，從而改變耦合衰減量的大小。3.吸收型光衰減器吸收型光衰減器采用光學(xué)吸收材料制成衰減片，主要用于吸收和透射光，其反射量很小，因此允許光線垂直入射到衰減片上，簡化了結(jié)構(gòu)和工藝，減小了器件的體積和重量。這種衰減器具有長期的穩(wěn)定性。5.6.1光衰減器的分類與工作原理

光衰減器按照工作原理主5.6.2光衰減器的特性參數(shù)1.衰減量和插入損耗