光網(wǎng)絡(luò)器件教材課件

第5章光網(wǎng)絡(luò)器件

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光放大器★無(wú)源器件第5章光網(wǎng)絡(luò)器件

（1）半導(dǎo)體光放大器（SOA）光放大器的分類光放大器按原理不同，大體上有以下三種類型：優(yōu)點(diǎn)；

FRA具有頻帶寬、增益高、輸出功率大、響應(yīng)快等。缺點(diǎn):需要大功率的半導(dǎo)體激光器作泵浦源（約數(shù)瓦）。優(yōu)點(diǎn):體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、便于光電集成；缺點(diǎn):插入損耗大、工作穩(wěn)定性較差、噪聲大，增益小、對(duì)串?dāng)_和偏振態(tài)敏感等。它是由半導(dǎo)體材料制成的，可看成是沒(méi)有反饋的半導(dǎo)體激光器（2）光纖喇曼放大器（FAR）它是利用石英光纖的非線性效應(yīng)而制成。光放大器（1）半導(dǎo)體光放大器（SOA）光放大器的分類光放大器按原理優(yōu)點(diǎn)：①工作波長(zhǎng)處在1530～1560nm范圍，與光纖最小損耗窗口一致；②對(duì)摻鉺光纖進(jìn)行激勵(lì)的泵浦功率低，僅需幾十毫瓦；③連接損耗低，耦合效率高。因?yàn)樗枪饫w型放大器，因此易于與光纖耦合連接，且連接損耗可低至0.1dB。④增益高且特性穩(wěn)定、噪聲低、輸出功率大。增益可達(dá)40dB，且在100℃內(nèi)增益特性保持穩(wěn)定，也與偏振無(wú)關(guān)。噪聲系數(shù)可低至3～4dB，輸出功率可達(dá)14～20dBm；⑤對(duì)各種類型、速率與格式的信號(hào)傳輸透明。光放大器的分類光放大器（3）摻鉺光纖放大器（EDFA）

優(yōu)點(diǎn)：③連接損耗低，耦合效率高。因?yàn)樗枪饫w型放大器，因此易

缺點(diǎn)：①波長(zhǎng)固定，只能放大1550nm左右的光波，可調(diào)節(jié)的波長(zhǎng)有限；②增益帶寬不平坦，在WDM系統(tǒng)中需要采用特殊的手段來(lái)進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。光放大器的分類光放大器缺點(diǎn)：光放大器的分類光放光放大器概述1.增益系數(shù)光放大器是基于受激輻射或受激散射的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱入射光進(jìn)行放大的，其機(jī)制與激光器類似。當(dāng)光介質(zhì)在泵浦電流或泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)時(shí)就獲得了光增益。增益系數(shù)可表示為對(duì)于小信號(hào)放大有由泵浦強(qiáng)度決定的增益峰值介質(zhì)原子躍遷頻率偶極子弛豫時(shí)間光放概述1.增益系數(shù)光放大器是基于受激輻射或受激散射的原理設(shè)光放大器增益介質(zhì)長(zhǎng)度為L(zhǎng)，信號(hào)光功率將沿著放大器的長(zhǎng)度按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)為最大，也為最大光放大器概述增益設(shè)光放大器增益介質(zhì)長(zhǎng)度為L(zhǎng)，信號(hào)光功率將沿著放大器的為最大，(2π)ΔνgT20.50G(ω)歸一化增益(ω－ω0)T20.751.000.250.00－4－2024g(ω)光放大器增益曲線和增益系數(shù)曲線的半最大值全寬FWHM（FullWidthatHalfMaximum）的FWHM,也稱作光放大器的帶寬。光放大器概述(2π)ΔνgT20.50G(ω)歸(ω－ω0)T20.752．增益飽和當(dāng)輸入光功率比較小時(shí)，是一個(gè)常數(shù)，輸出光功率與輸入光功率成正比，此時(shí)的增益用符號(hào)表示，稱為光放大器的小信號(hào)增益。但當(dāng)增大到一定數(shù)值后，光放大器的增益開始下降，這種現(xiàn)象稱為增益飽和.PsatPin(dBm)10G0增益(dB)20303dB0－60－50－30－40－20－10010增益G與輸入光功率的關(guān)系曲線光放大器概述飽和輸出光功率2．增益飽和當(dāng)輸入光功率比較小時(shí)，是一個(gè)常數(shù)，輸出大信號(hào)增益飽和輸出光功率光放大器概述大信號(hào)增益飽和輸出光功率光放概述？？？3．噪聲系數(shù)放大的自發(fā)輻射形成了信號(hào)帶寬內(nèi)的主要噪聲。放大的自發(fā)輻射ASE(AmplifiedSpontaneousEmission)功率為自發(fā)輻射噪聲是一種白噪聲，疊加到信號(hào)光上，會(huì)劣化信噪比SNR。信噪比的劣化用噪聲系數(shù)

表示，其定義光放大器概述光帶寬自發(fā)輻射因子？？？3．噪聲系數(shù)放大的自發(fā)輻射形成了信號(hào)帶寬內(nèi)的主要噪聲（1）輸入信噪比光放大器輸入端的信號(hào)功率經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)化為光電流為則檢測(cè)的電功率由于信號(hào)光的起伏，光放大器輸入端噪聲的考慮以光檢測(cè)器的散粒噪聲為限制可以得到輸入信噪比光放大器概述光檢測(cè)器的電帶寬（1）輸入信噪比光放大器輸入端的信號(hào)功率經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)化為光（2）輸出信噪比光檢測(cè)器輸出電功率為散粒噪聲自發(fā)輻射與信號(hào)光產(chǎn)生的差拍噪聲輸出信噪比所以噪聲系數(shù)當(dāng)光放大器的增益比較大時(shí)光放大器概述（2）輸出信噪比光檢測(cè)器輸出電功率為散粒噪聲自發(fā)輻射與信號(hào)半導(dǎo)體光放大器SOA(SemiconductorOpticalAmplifier)法布里－珀羅腔放大器FPA(Fabry-PerotAmplifier)行波放大器TWA(Traveling-WaveAmplifier)(a)法布里－珀羅放大器泵浦電流反射面反射面有源區(qū)輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)Z=0Z=L泵浦電流增透膜增透膜有源區(qū)輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)Z=0Z=L(b)行波放大器反射鏡面由半導(dǎo)體晶體的解理面形成，自然反射率達(dá)32%。有增透膜或者有適當(dāng)?shù)那忻娼嵌?，不?huì)發(fā)生內(nèi)反射，入射光信號(hào)通過(guò)一次就會(huì)得到放大，光帶寬較寬，飽和功率高。光放大器半導(dǎo)體光放大器SOA(SemiconductorOptic1.光放大器的增益法布里－珀羅放大器的增益可以表示為Gω0增益頻率ω0GFPAmaxGFPAminR=0.3R=0.03R=0(行波放大器增益)半導(dǎo)體光放大器光放大器SOA放大器的增益頻譜反射面的反射系數(shù)單程功率放大因子峰值頻率1.光放大器的增益法布里－珀羅放大器的增益可以表示為Gω0行波放大器的增益單程增益用光放大器的參數(shù)可表示為SOA增益典型值為20～30dBSOA的增益依賴于輸入信號(hào)的偏振狀態(tài)，不同的極化模式具有不同的增益。由于有源區(qū)的矩形形狀和晶體結(jié)構(gòu)造成增益對(duì)偏振依賴。減小SOA的偏振增益的方法，一種是使有源區(qū)的橫截面成正方形；另一種是通過(guò)串聯(lián)或是并聯(lián)兩個(gè)SOA來(lái)補(bǔ)償增益差。這些方法的使用可以使偏振增益差降至0.5dB。半導(dǎo)體光放大器光放大器限制系數(shù)增益系數(shù)損耗系數(shù)行波放大器的增益單程增益用光放大器的參數(shù)可表示為SOA增益典2.光放大器的帶寬增益減小到峰值一半時(shí)，

就是帶寬上式成立要滿足條件：FPA的帶寬比較窄，通常不超過(guò)10GHz。常用在有源濾波器、構(gòu)造光子開關(guān)、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和路由器等場(chǎng)合。行波放大器的帶寬用下式進(jìn)行估算TWA的帶寬大約是半導(dǎo)體光放大器光放大器2.光放大器的帶寬增益減小到峰值一半時(shí)，就是帶寬上式成Gω0增益頻率ω0GFPAGTWAΔωTWAΔωPFAFPA增益較大，而帶寬較小；TWA增益略小，帶寬較大。FPA與TWA的帶寬比較半導(dǎo)體光放大器光放大器Gω0增益頻率ω0GFPAGTWAΔωTWAΔωPFAFPA3.噪聲系數(shù)SOA噪聲系數(shù)的范圍是從6dB到9dB。半導(dǎo)體光放大器光放大器3.噪聲系數(shù)SOA噪聲系數(shù)的范圍是從6dB到9dB。半導(dǎo)體摻雜光纖放大器光隔離器光隔離器波分復(fù)用器輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)濾波器熔接點(diǎn)摻鉺光纖EDFA泵浦源1.

摻鉺光纖放大器（EDFA）的基本結(jié)構(gòu)光隔離器是防止反射光影響光放大器穩(wěn)定工作，保證光信號(hào)只能正向傳輸?shù)钠骷９鉃V波器的作用是濾除光放大器的噪聲、降低噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響,提高系統(tǒng)的信噪比.波分復(fù)用器也稱為合波器，它的功能是將980/1550nm或1480/1550nm波長(zhǎng)的泵浦光和信號(hào)光合路后送入摻鉺光纖，對(duì)它的要求是插入損耗小，而且對(duì)光的偏振不敏感。光放大器摻雜光纖放大器光隔離器光隔離器波分復(fù)用器輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)摻鉺光纖是一段長(zhǎng)度大約為10～100m的石英光纖，將稀土元素鉺離子注入到纖芯中，濃度約為25㎎/㎏。泵浦光源為半導(dǎo)體激光器，輸出的光功率為10～100mW，工作波長(zhǎng)約為980nm或1480nm。按照泵浦光源的泵浦方式不同，EDFA又可有三種不同的結(jié)構(gòu)方式:（1）同向泵浦結(jié)構(gòu)泵浦光與信號(hào)光從同一端注入摻鉺光纖。在摻鉺光纖的輸入端，泵浦光較強(qiáng)，故粒子反轉(zhuǎn)激勵(lì)也強(qiáng)，其增益系數(shù)大，信號(hào)一進(jìn)入光纖即得到較強(qiáng)的放大。但是由于吸收的原因，泵浦光將沿光纖長(zhǎng)度衰減，使在一定的光纖長(zhǎng)度上達(dá)到增益飽和。其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡(jiǎn)單，具有較好的噪聲性能。缺點(diǎn)是輸出功率低。摻雜光纖放大器光放大器光隔離器光隔離器波分復(fù)用器輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)濾波器熔接點(diǎn)摻鉺光纖EDFA泵浦源摻鉺光纖是一段長(zhǎng)度大約為10～100m的石英光纖，將稀土元泵（2）反向泵浦結(jié)構(gòu)泵浦光與信號(hào)光從不同的方向輸入摻鉺光纖，兩者在摻鉺光纖中反向傳輸。其優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)光信號(hào)放大到很強(qiáng)時(shí)，泵浦光也強(qiáng)，不易達(dá)到飽和，輸出功率高，但是噪聲性能差。光隔離器光隔離器波分復(fù)用器輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)濾波器EDFA泵浦源熔接點(diǎn)摻鉺光纖摻雜光纖放大器光放大器（2）反向泵浦結(jié)構(gòu)泵浦光與信號(hào)光從不同的方向輸入摻鉺光纖，兩（3）雙向泵浦結(jié)構(gòu)有兩個(gè)泵浦光源，其中一個(gè)泵浦光與信號(hào)光以同一方向注入摻鉺光纖，另一個(gè)泵浦光從相反方向注入摻鉺光纖。這種方式結(jié)合了同向泵浦和反向泵浦的優(yōu)點(diǎn)，使泵浦光在光纖中均勻分布從而使其增益在光纖中均勻分布。光隔離器光隔離器波分復(fù)用器輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)濾波器EDFA泵浦源熔接點(diǎn)摻鉺光纖

波分復(fù)用器泵浦源摻雜光纖放大器光放大器（3）雙向泵浦結(jié)構(gòu)有兩個(gè)泵浦光源，其中一個(gè)泵浦光與信號(hào)光以同泵浦光功率Fn反向泵浦雙向泵浦輸出光功率同向泵浦輸出光功率摻鉺光纖長(zhǎng)度雙向泵浦反向泵浦同向泵浦Fn反向泵浦同向泵浦雙向泵浦

(a)轉(zhuǎn)換效率的比較(c)噪聲系數(shù)與摻鉺光纖長(zhǎng)度之間的關(guān)系三種泵浦方式的微分轉(zhuǎn)換效率分別為61%和76%和77%。隨著輸出功率的增加，粒子反轉(zhuǎn)數(shù)將下降，結(jié)果是使噪聲指數(shù)增大。不管摻鉺光纖的長(zhǎng)度如何，同向泵浦方式的EDFA噪聲最小。摻雜光纖放大器光放大器(b)噪聲系數(shù)與放大器輸出功率的關(guān)系泵浦光功率Fn反向泵浦雙向泵浦輸同向泵浦輸出光功率摻鉺光纖長(zhǎng)2.

摻鉺光纖放大器的工作原理簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在泵浦源的作用下，在摻鉺光纖中出現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生了受激輻射，從而使光信號(hào)得到放大。（1）能級(jí)與泵浦泵浦光980nm能級(jí)1（0ev）τsp=1μs泵浦光1480nm受激輻射信號(hào)光（1500～1600nm）自發(fā)輻射光（1500～1600nm）ASE能級(jí)2（0.80ev）能級(jí)3（1.27ev）τsp=10ms摻鉺石英的能級(jí)圖，用三能級(jí)表示摻雜光纖放大器光放大器EDFA得到廣泛應(yīng)用的原因噪聲2.

摻鉺光纖放大器的工作原理簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在泵浦源的作用下（2）增益EDFA的增益不是簡(jiǎn)單一個(gè)常數(shù)或解析式，它與摻鉺光纖的長(zhǎng)度、鉺離子濃度、泵浦功率等因素有關(guān)。增益與摻鉺光纖長(zhǎng)度的關(guān)系摻雜光纖放大器光放大器（2）增益EDFA的增益不是簡(jiǎn)單一個(gè)常數(shù)或解析式，它與摻鉺光經(jīng)常用關(guān)系式來(lái)估算增益EDFA增益和噪聲與輸入光信號(hào)功率之間的關(guān)系8GEFn輸入功率（dBm）Fn(dB)GE(dB)765430252015105-45-40-35-30-25-20-15-10-5摻鉺光纖放大器的最大輸出功率常用3dB飽和輸出功率來(lái)表示，即當(dāng)飽和增益下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出光功率值。它表示了摻鉺光纖放大器的最大輸出能力。摻雜光纖放大器光放大器經(jīng)常用關(guān)系式來(lái)估算增益EDFA增益和噪聲與輸入光信號(hào)功率之間（3）噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)與摻鉺光纖長(zhǎng)度和泵浦功率有關(guān)噪聲系數(shù)還與泵浦源波長(zhǎng)有關(guān)，使用980nm泵浦源的噪聲特性優(yōu)于1480nm泵浦源。EDFA噪聲系統(tǒng)的變化范圍在3.5dB到9dB之間。3.EDFA增益平坦性摻鉺光纖增益系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系10增益系數(shù)(dB/m)8642波長(zhǎng)（nm）14801500152015401560摻雜光纖放大器光放大器（3）噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)與摻鉺光纖長(zhǎng)度和泵浦功率有關(guān)噪聲系數(shù)還為了獲得較為平坦的增益特性，增大EDFA的帶寬，有兩種方法可以采用。一種是采用新型寬譜帶摻雜光纖，如在纖芯中再摻入鋁離子；另一種方法是在摻鉺光纖鏈路上放置均衡濾波器。波長(zhǎng)摻鉺光纖增益波長(zhǎng)濾波器特性波長(zhǎng)放大器增益均衡濾波器摻鉺光纖摻鉺光纖EDFA中的均衡濾波器作用摻雜光纖放大器光放大器為了獲得較為平坦的增益特性，增大EDFA的帶寬，有兩種方法波4.EDFA的性能指標(biāo)摻雜光纖放大器光放大器4.EDFA的性能指標(biāo)摻雜光纖放大器光放5.摻鐠光纖放大器摻鐠光纖放大器PDFA工作在1310nm波段目前已研制出的PDFA模塊所采用泵浦波長(zhǎng)為1017nm，在1310nm波長(zhǎng)處放大器的增益可達(dá)24dB，噪聲系數(shù)為6.6。在－3dBm輸入時(shí)放大波段為1281nm－1381nm，放大帶寬達(dá)37nm。增益和噪聲與波長(zhǎng)的關(guān)系波長(zhǎng)（μm）20Fn(dB)增益(dB)2015105510151.281.301.321.34Fn增益摻雜光纖放大器光放大器5.摻鐠光纖放大器摻鐠光纖放大器PDFA工作在1310n6.摻銩光纖放大器摻銩光纖是在氟化物玻璃中摻入銩離子制作的，其工作波長(zhǎng)范圍為1450nm－1480nm，增益可達(dá)22dB，噪聲指數(shù)在6dB以下。主要與EDFA配合應(yīng)用在DWDM系統(tǒng)中。摻雜光纖放大器光放大器6.摻銩光纖放大器摻銩光纖是在氟化物玻璃中摻入銩離子制作的喇曼光纖放大器基于受激喇曼散射機(jī)理，可以制造出喇曼光纖放大器RFA(RamanFiberAmplifier)。小功率信號(hào)光的頻率為大功率泵浦光的頻率為它們的頻差(也稱作頻移)落在喇曼增益譜帶寬范圍之內(nèi)，則信號(hào)光沿著光纖傳輸時(shí)將得到有效的放大。對(duì)于固定的泵浦光頻率，由于喇曼增益譜寬度很大，所以利用SRS效應(yīng)可以在相當(dāng)寬的波長(zhǎng)范圍對(duì)信號(hào)光進(jìn)行放大。光放大器？？？喇曼光纖放大器基于受激喇曼散射機(jī)理，可以制造出喇曼光纖放大器1.增益在長(zhǎng)為L(zhǎng)的光纖輸出端，信號(hào)光功率若沒(méi)有喇曼放大，經(jīng)光纖輸出的信號(hào)為故喇曼放大器的小信號(hào)增益定義為隨著信號(hào)光的增強(qiáng)，泵浦光的減弱，增益會(huì)逐漸降低達(dá)到飽和。喇曼光纖放大器光放大器光纖對(duì)信號(hào)光的衰減系數(shù)1.增益在長(zhǎng)為L(zhǎng)的光纖輸出端，信號(hào)光功率若沒(méi)有喇曼放大，經(jīng)光可算得飽和增益喇曼光纖放大器光放大器可算得飽和增益喇曼光纖放大器光放2.帶寬光纖的SRS增益與喇曼增益系數(shù)之間的關(guān)系是由喇曼增益譜曲線可見，在增益峰值附近的增益帶寬約為6THz~7THz。如果采用不同波長(zhǎng)的多個(gè)泵浦源同時(shí)作用，則可獲得更為平坦的，帶寬更寬的增益特性。目前喇曼放大器的帶寬已達(dá)132nm。喇曼光纖放大器光放大器2.帶寬光纖的SRS增益與喇曼增益系數(shù)之間的關(guān)系是由喇曼增益光放大器的應(yīng)用1.在線放大(in-lineamplifier)光放大器光發(fā)射機(jī)

光接收機(jī)光纖鏈路作用：補(bǔ)償傳輸損耗副作用：要考慮放大器噪聲等因素的影響，使用多個(gè)在線放大器,光纖鏈路中會(huì)積累ASE噪聲，它隨著信號(hào)光一起傳輸，最終影響輸出端的信噪比,造成信噪比下降。通過(guò)放大器增益和級(jí)聯(lián)數(shù)目的選擇，可以得到總增益和

的最佳組合一般而言，選擇在線放大器的輸入信號(hào)標(biāo)稱范圍從增益大于15dB。光放大器光放大器的應(yīng)用1.在線放大(in-lineamplifie2.前置放大光放大器光發(fā)射機(jī)

光接收機(jī)光纖鏈路作用：在光電檢測(cè)之前將弱信號(hào)放大，可以抑制在接收機(jī)中由于熱噪聲引起的信躁比下降。前置放大器的加入，可以提高接收機(jī)的靈敏度。光放大器的應(yīng)用光放大器2.前置放大光放大器光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)光纖鏈路作用：在光電檢光放大器光發(fā)射機(jī)

光接收機(jī)光纖鏈路3.功率放大（powerboaster）作用：可使傳輸距離增加10km－100km。如果同時(shí)使用前置放大，即可實(shí)現(xiàn)200km－250km的無(wú)中繼海底傳輸。由于功率放大器直接放置于光發(fā)射機(jī)后，其輸入功率較高，要求的泵浦功率也較大。其輸入一般要在－8dBm以上，具有的增益必須大于5dB。光放大器的應(yīng)用光放大器光放大器光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)光纖鏈路3.功率放大（power例5.1.1用EDFA做功率放大器，設(shè)其增益為20dB，泵浦波長(zhǎng)為λ=980nm，輸入光信號(hào)的功率為0dBm，波長(zhǎng)為1550nm，求所用的泵浦源功率為多少？解：入射功率0dBm，即為1mw。由功率放大器增益表達(dá)式光放大器的應(yīng)用光放大器光放大器的應(yīng)用光放第5章光網(wǎng)絡(luò)器件

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光放大器★無(wú)源器件第5章光網(wǎng)絡(luò)器件

光器件概述作用:

實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的連接、能量分路/合路、波長(zhǎng)復(fù)用/解復(fù)用、光路轉(zhuǎn)換、能量衰減、方向阻隔等功能。是構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)的必備元件。類型：包括：光連接器、光衰減器、光耦合器、光復(fù)用器、光隔離器、環(huán)行器、光濾波器、光解復(fù)用器等發(fā)展趨勢(shì)：集成化、全光纖化光器件概述作用:實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的連接、能量分路/合路、波長(zhǎng)復(fù)用定義：對(duì)同一波長(zhǎng)的光功率進(jìn)行分路或合路類型：Y型、X型22耦合器、1N型、MN型全光纖型、微光元件型、集成光波導(dǎo)型功能：光信號(hào)的分配、合成、提取、監(jiān)控等。1321243光耦合器—Coupler定義：對(duì)同一波長(zhǎng)的光功率進(jìn)行分路或合路1321243光耦合器1、插入損耗：特定的輸出端口的功率相對(duì)全部輸入功率的減少值，用分貝表示。2、附加損耗：所有端口輸出功率的總和相對(duì)于全部輸入功率以分貝表示的減小值。3、分光比或耦合比：輸出端口間光功率分配的百分比特性參數(shù)：光耦合器—Coupler1、插入損耗：特定的輸出端口的功率相對(duì)全部輸入功率的減少值，4、方向性（串?dāng)_）：一個(gè)端口的輸入信號(hào)與散射或反射回另一個(gè)輸入端口的光功率間的隔離度。以22光纖耦合器為例：5、均勻性(uniformity)定義為在器件的工作帶寬范圍內(nèi)各輸出端口輸出光功率的最大變化量6、偏振相關(guān)損耗(polariztiondependentloss)指當(dāng)傳輸光信號(hào)的偏振態(tài)發(fā)生360o變化時(shí)，器件各輸出光功率的最大變化量.光耦合器—Coupler4、方向性（串?dāng)_）：一個(gè)端口的輸入信號(hào)與散射或反射回另一個(gè)輸目前,國(guó)內(nèi)外普遍采用熔融拉錐法(FBT)制作光纖耦合器,用這種方法制作的光纖耦合器,由于具有損耗低、性能穩(wěn)定、成本低且制作容易等特點(diǎn)而日益受到人們的重視。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(shí)向兩側(cè)拉伸，最終形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法。光耦合器—Coupler目前,國(guó)內(nèi)外普遍采用熔融拉錐法(FBT)制作光纖耦合器在單模光纖中，傳導(dǎo)模是兩個(gè)正交的基模信號(hào),當(dāng)傳導(dǎo)模進(jìn)入熔錐區(qū)時(shí)，隨著纖芯不斷變細(xì)，V值不斷減小，模場(chǎng)直徑越來(lái)越比纖芯直徑大，于是越來(lái)越多的光模傳輸?shù)焦饫w包層中；在熔錐區(qū)，由于兩光纖包層合并在一起，纖芯足夠逼近，光從一根纖芯耦合到另一纖芯；在逐漸離開拉錐區(qū)時(shí)，隨著纖芯的逐漸變粗，V值重新增大．光模以特定的比例重新被限制在兩光纖纖芯中，實(shí)現(xiàn)了功率的再分配。在若導(dǎo)近似下，光纖的耦合模方程為：兩光纖模場(chǎng)振幅

和是兩光纖在孤立狀態(tài)時(shí)的傳播常量互耦合系數(shù)自耦合系數(shù)光耦合器—Coupler在單模光纖中，傳導(dǎo)模是兩個(gè)正交的基模信號(hào),當(dāng)傳導(dǎo)模進(jìn)入熔錐區(qū)假設(shè)：且時(shí)光纖耦合模方程的解為：式中光耦合器—Coupler假設(shè)：且時(shí)光纖耦合模方程的解由此可知每根光纖中的功率為：假定：，光功率由一根光纖注入當(dāng)兩根光纖完全相同時(shí)，有即影響拉伸長(zhǎng)度與耦合功率的關(guān)鍵參數(shù)就是耦合系數(shù)C，而耦合系數(shù)C的確定，需要用不同的模型來(lái)近似。光耦合器—Coupler由此可知每根光纖中的功率為：假定：錐體頸部區(qū)域縱向?yàn)槠叫芯€形如圖（a）橫向切面為矩形如圖（b）光耦合器—Coupler錐體頸部區(qū)域縱向?yàn)槠叫芯€形如圖（a）光耦合器—Couple錐體頸部區(qū)域縱向?yàn)閽佄锞€型如圖（a）橫向切面為相切的雙圓形如圖（b）光耦合器—Coupler錐體頸部區(qū)域縱向?yàn)閽佄锞€型如圖（a）光耦合器—Coupler1310nm1550nm拉伸長(zhǎng)度為8.936mm，纖芯間隔0.65微米

光耦合器—Coupler1310nm1550nm拉伸長(zhǎng)度為8.936mm，纖芯間隔0光耦合器—Coupler光耦合器—Coupler耦合臂光纖的相位總比直通光纖的相位滯后/2。耦合區(qū)兩纖芯中光功率隨耦合區(qū)長(zhǎng)度的耦合交換規(guī)律?？筛鶕?jù)耦合比要求，決定拉伸長(zhǎng)度，但拉錐長(zhǎng)度太長(zhǎng)，纖芯變得過(guò)細(xì)后，將引起能量輻射，功率降低，插入損耗明顯增加。實(shí)際制作中耦合臂光纖的相位總比直通光纖的相位滯后/2。耦合區(qū)兩纖芯中光網(wǎng)絡(luò)器件教材課件波導(dǎo)型光耦合器利用平面介質(zhì)光波導(dǎo)工藝制作的光耦合器件．往往是在鈮酸鋰等襯底材料上，以薄膜沉積、光刻、擴(kuò)散等工藝將所需的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)制成芯片。光耦合器—Coupler波導(dǎo)型光耦合器利用平面介質(zhì)光波導(dǎo)工藝制作的光耦合器件．往往是Y-Coupler(Splitter)port1port2(50%)＋port3(50%)問(wèn)題：如果從左端輸入100uw的功率則右邊兩端各為50uw，但是如果從右邊兩端各輸入50uw的功率，則左邊出射功率為多少呢？光耦合器—CouplerY-Coupler(Splitter)問(wèn)題：如果從左端輸入3dBcoupler光耦合器—Coupler3dBcoupler光耦合器—CouplerIsolators&Circulators非互易器件用途：放置于激光器及光放大器后面，防止系統(tǒng)中的反射光對(duì)器件性能的影響甚至損傷，即只允許光單向傳輸。主要指標(biāo)：低的插入損耗(對(duì)正向入射光，~1dB)高的隔離度(對(duì)反向反射光，40~50dB)原理：一般由起偏器、檢偏器和旋光器組成。光隔離器與環(huán)形器Isolators&Circulators非互易器件光與輸入偏振態(tài)有關(guān)的光隔離器的工作原理Polarizer

Polarizer

Faradayrotator

Blocked

Reflectlight

Lightout

Lightin

起偏器與檢偏器的透光軸成450角，旋光器使通過(guò)的光發(fā)生450旋轉(zhuǎn)。當(dāng)垂直偏振光入射時(shí)，全部通過(guò)起偏器。經(jīng)旋光器后，光軸旋轉(zhuǎn)450，恰與檢偏器透光軸一致而獲得低損耗傳輸。如果有反射光出現(xiàn)且反向進(jìn)入隔離器的只是與檢偏器光軸一致的那一部分光，經(jīng)旋光器被旋轉(zhuǎn)450

，變成水平線偏振光，正好與起偏器透光軸垂直，所以光隔離器能阻止反射光的通過(guò)。光隔離器與環(huán)形器與輸入偏振態(tài)有關(guān)的光隔離器的工作原理PolarizerPo基本原理：工作原理等同于隔離器，光傳送順序：1234（三端口，四端口，多端口）三端口光環(huán)行器四端口光環(huán)行器光環(huán)形器回波損耗如何測(cè)量？？主要特性：

插入損耗隔離度回波損耗隔離器的回波損耗測(cè)量圖光隔離器與環(huán)形器基本原理：工作原理等同于隔離器，三端口光環(huán)行器四端口光環(huán)行器IsolatorsIsolator/couplerhybrids光隔離器與環(huán)行器IsolatorsIsolator/couplerhybr濾波器固定濾波器:允許一個(gè)確定波長(zhǎng)的信號(hào)光通過(guò)?？烧{(diào)諧濾波器:在一定光帶寬范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)地選擇波長(zhǎng)。光濾波器λk(固定)λ1，λ2，…λn光濾波器λi(可調(diào))Δλλ1λ2λn1.固定波長(zhǎng)濾波器

中心波長(zhǎng)λ0，帶寬Δλ，插入損耗和隔離度等。主要參數(shù)：濾波器固定濾波器:允許一個(gè)確定波長(zhǎng)的信號(hào)光通過(guò)。光濾波器λk（1）薄膜干涉濾波器

如何解釋薄膜干涉濾波器的原理？？濾波器（1）薄膜干涉濾波器

如何解釋薄膜干涉濾波器的原理？？濾波器（2）法布里－珀羅固定波長(zhǎng)濾波器

L平行鏡入射光平行鏡透射光R1FSRΔfP－F頻率R2R1<R2TFPF10.5濾波器該濾波器的傳輸特性可由下式表示（2）法布里－珀羅固定波長(zhǎng)濾波器

L平行鏡入射光平行鏡透射光周期長(zhǎng)度稱為自由光譜范圍FSR

F-P濾波器的帶寬F-P濾波器的精細(xì)度反映濾波器的選擇性，即能分辨的最小頻率差。濾波器周期長(zhǎng)度稱為自由光譜范圍FSR

F-P濾波器的帶寬F-P濾波2．可調(diào)諧濾波器屬于有源器件，它通過(guò)控制電壓或溫度的變化來(lái)改變?yōu)V波器的某些參數(shù)，從而達(dá)到波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)選擇的目的。主要參數(shù)有調(diào)諧范圍、帶寬、可分辨信道數(shù)、調(diào)諧速度、插入損耗、偏振相關(guān)損耗和分辨率等?？煞直嫘诺罃?shù)是信道范圍與最小信道間隔之比。調(diào)諧速度指的是濾波器調(diào)到指定波長(zhǎng)所需要的時(shí)間。分辨率是濾波器能檢測(cè)的最小波長(zhǎng)偏移。濾波器2．可調(diào)諧濾波器屬于有源器件，它通過(guò)控制電壓或溫度的變化來(lái)改（1）光纖法布里－珀羅濾波器

光纖壓電陶瓷壓電陶瓷光纖反射鏡支架濾波器（1）光纖法布里－珀羅濾波器

光纖壓電陶瓷壓電陶瓷光纖反射鏡（2）馬赫－曾德干涉濾波器MZIMach-ZehnderInterferometer長(zhǎng)度相差L的兩根波導(dǎo)，用來(lái)在兩臂間產(chǎn)生與波長(zhǎng)有關(guān)的相移對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分路的3dB耦合器通過(guò)分裂輸入光束以及在一條通路上引進(jìn)一個(gè)相移，重組的信號(hào)將在一個(gè)輸出端產(chǎn)生相加性干涉，而在另一個(gè)輸出端產(chǎn)生相消性干涉，信號(hào)最后只會(huì)在一個(gè)輸出端口出現(xiàn)。在輸出端將信號(hào)復(fù)合的3dB耦合器濾波器（2）馬赫－曾德干涉濾波器MZIMach-ZehnderIInput1Output2Output1/2+L+/2=L+/2+L-/2=LL=2neffL

/=kk為奇數(shù)k為偶數(shù)Output1Output2濾波器Input1Output2Output1/2+L利用3個(gè)22MZI元件構(gòu)成四通道復(fù)用器：1

2

3

4＋213241

32

4MZI1L1MZI2L2MZI3L3＋＋3ABCD濾波器利用3個(gè)22MZI元件構(gòu)成四通道復(fù)用器：123聲光可調(diào)諧濾波器λ1λ2λ3換能器λ1（選擇）λ2λ3（拒絕）TE電壓輸入偏振輸出偏振TMTE(λ1)TM(λ1)濾波器聲光可調(diào)諧濾波器λ1λ2λ3換能器λ1（選擇）λ2λ3（拒根據(jù)工作原理分類：位移型光衰減器橫向位移型光衰減器縱向位移型光衰減器直接鍍膜型光衰減器（吸收?；蚍瓷淠Ｐ停┧p片型光衰減器液晶型光衰減器光衰減器光衰減器—Attenuator根據(jù)工作原理分類：位移型光衰減器橫向位移型光衰減器縱向位移型光衰減器固定光衰減器可變光衰減器尾纖式固定光衰減器轉(zhuǎn)\變換器式固定光衰減器SC—FC型、FC—ST型、SC—ST型、SC型、FC型、ST型小可變光衰減器步進(jìn)可變光衰減器連續(xù)可變光衰減器機(jī)械型智能型根據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)分：光衰減器—Attenuator光衰減器固定光衰減器可變光衰減器尾纖式固定光衰減器轉(zhuǎn)\變換器光衰減器結(jié)構(gòu)與工作原理

1、位移型光衰減器兩段光纖連接時(shí)，纖芯錯(cuò)位、端面間隙都會(huì)引起連接器損耗。如果將光纖的對(duì)中精度做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，就可以控制連接時(shí)的衰減量。位移型光衰減器就是根據(jù)這個(gè)原理，有意讓光纖在對(duì)接時(shí)發(fā)生一定錯(cuò)位，使光能量損失一些，從而可以控制衰減量。光衰減器—Attenuator光衰減器結(jié)構(gòu)與工作原理1、位移型光衰減器兩段光纖連接時(shí)，纖特點(diǎn)僅用于固定衰減器回波損耗大，偏振無(wú)關(guān)體器件d橫向位移型光衰減器—Attenuator特點(diǎn)d橫向位移型光衰減器—Attenuator縱向位移型特點(diǎn)：

用于固定衰減器和一些小型可調(diào)光衰減器偏振無(wú)關(guān)體器件光衰減器—Attenuator縱向位移型特點(diǎn)：光衰減器—Attenuator光衰減片型特點(diǎn)不具備連續(xù)可變的衰減特性體器件P/4CollimatingFiberP/4FocusingFiber衰減盤不同衰減量的衰減片光衰減器—Attenuator光衰減片型特點(diǎn)P/4FiberP/4Fiber衰減盤不同衰減雙輪式可變光衰減器P/4CollimatingFiberP/4FocusingFiberSteptype

步進(jìn)式雙輪可變光衰減器：在光路中插入兩個(gè)具有固定衰減量的衰減圓盤，通過(guò)旋轉(zhuǎn)這兩個(gè)圓盤．使兩個(gè)圓盤上的不同衰減片相互組合，獲得多檔衰減量。連續(xù)可變衰減器是將步進(jìn)式雙輪可變光衰減器的第二個(gè)衰減片換成一片連續(xù)變化的衰減片而形成。光衰減器—Attenuator雙輪式可變光衰減器P/4FiberP/4FiberStep平移式光衰減器P/4CollimatingFiberP/4FocusingFiber衰減片改用全量程連續(xù)變化的中性濾光片，這種濾光片光學(xué)密度隨濾光片平移方向呈線性變化，垂直于光路平移濾光片即可調(diào)節(jié)光衰減器的衰減量。衰減片光衰減器—Attenuator平移式光衰減器P/4FiberP/4Fiber衰減片改用全量液晶型光衰減器P/4CollimatingFiberP/4FocusingFiberLiquidcrystal

電極

如果晶體不加電壓時(shí)，出射光功率等于入射光功率，當(dāng)晶體加上電壓時(shí)，由于晶體的電光效應(yīng)，出射光功率小于入射光功率，達(dá)到衰減的目的。光衰減器—Attenuator液晶型光衰減器P/4FiberP/4FiberLiquid技術(shù)指標(biāo)：衰減量、精度、回波損耗、頻譜特性固定光衰減器尾纖式衰減量調(diào)節(jié)旋鈕光衰減器—Attenuator技術(shù)指標(biāo)：衰減量、精度、回波損耗、頻譜特性固定光衰減器尾纖式光網(wǎng)絡(luò)器件教材課件技術(shù)指標(biāo)：插入損耗：光信號(hào)通過(guò)連接器之后，其輸出光功率相對(duì)輸入光功率的比率的分貝數(shù)?；夭〒p耗：反射損耗，光纖連接處，后向反射光相對(duì)輸入光的比率的分貝數(shù)。重復(fù)性和互換性光連接器—Connector技術(shù)指標(biāo)：光連接器—Connector損耗來(lái)源損耗來(lái)源光連接器—Connector改進(jìn)回波損耗的方法如圖(a)．將裝有光纖的插針體端面加工成曲率半徑25—60mm的球面，這樣兩插針接觸時(shí)纖芯間隙接近于0，達(dá)到“物理接觸”，則端面間隙損耗和菲涅耳損耗將為0，從而后向反射光大大減小。這種方法可使回波損耗達(dá)到50dB以上。圖（b）是將插針體端面先加工成80左右的傾角，然后再拋磨成斜球面，這種接觸法除了具有球面接觸的優(yōu)點(diǎn)外，還可以將微弱的后向反射光加以旁路，使其難以進(jìn)入原來(lái)的纖芯，從而可以進(jìn)一步改進(jìn)回波損耗．使其達(dá)到60dB以上。光連接器—Connector改進(jìn)回波損耗的方法如圖(a)．將方法：利用各種技術(shù)準(zhǔn)直纖芯插入損耗目前水平0.2dB減低反射技術(shù)：APC類型：FC、SC、ST其它：多芯光纜連接器、保偏光纖連接器、密封型光纖連接器活動(dòng)連接器P/4CollimatingFiberP/4FocusingFiber

準(zhǔn)直器Collimator方法：利用各種技術(shù)準(zhǔn)直纖芯活動(dòng)連接器P/4FiberP/4FP=2/gP/2光在自聚焦透鏡里面的傳輸性質(zhì)活動(dòng)連接器P=2/gP/2光在自聚焦透鏡里面的傳輸性質(zhì)活動(dòng)連接器ST型：采用帶鍵的卡口式鎖緊機(jī)構(gòu)，確保連接時(shí)準(zhǔn)確對(duì)中。SC型：外殼采用工程塑料，矩形結(jié)構(gòu)，便于密集安裝，不用螺紋連接，可以直接插拔。FC型：螺紋連接。外部材料為金屬ST型：采用帶鍵的卡口式鎖緊機(jī)構(gòu)，確保連接時(shí)準(zhǔn)確對(duì)中。SC型光網(wǎng)絡(luò)器件教材課件包括：熔接法、V形槽法和套管法等。固定連接器包括：熔接法、V形槽法和套管法等。固定連接器實(shí)現(xiàn)光通道的通斷和轉(zhuǎn)換。光網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵器件。開關(guān)時(shí)間是光開關(guān)的主要指標(biāo)。不同的應(yīng)用場(chǎng)合,對(duì)光開關(guān)的開關(guān)時(shí)間要求不同。應(yīng)用開關(guān)時(shí)間需求光路的交換及管理(OADM、OXC)1~10ms保護(hù)開關(guān)1~10ms光包交換1ns外調(diào)制10ps

消光比、插損、串話、偏振相關(guān)性(PDL)也是光開關(guān)的重要參數(shù)光開關(guān)Switches實(shí)現(xiàn)光通道的通斷和轉(zhuǎn)換。光網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵器件。應(yīng)用開關(guān)時(shí)間需求光開關(guān)的分類機(jī)械光開關(guān)集成光波導(dǎo)式光開關(guān)微光機(jī)電系統(tǒng)（MOEMS）光開關(guān)Switches光開關(guān)的分類機(jī)械光開關(guān)光開關(guān)Switches特點(diǎn)：低插損、低PDL、低串話(隔離度高)、性能穩(wěn)定、低價(jià)格，但速度慢(~ms)只能用在OXC和OADM節(jié)點(diǎn)中。是目前最為成熟，應(yīng)用最廣的光開關(guān)活動(dòng)光纖光纖光纖固定裝置機(jī)械式光開關(guān)特點(diǎn)：低插損、低PDL、低串話(隔離度高)、性能穩(wěn)定、低價(jià)格基本結(jié)構(gòu)：MZ干涉儀，通過(guò)改變某一干涉臂的材料溫度，而改變其相位差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的通斷特點(diǎn)：可以集成、開關(guān)速度優(yōu)于機(jī)械式（ms）3dB耦合器波導(dǎo)臂薄膜加熱器相位移動(dòng)熱光效應(yīng)光開關(guān)基本結(jié)構(gòu)：MZ干涉儀，通過(guò)改變某一干涉臂的材料溫度，而改變其LiNbO3波導(dǎo)型電光開關(guān)：等同于外調(diào)制器特點(diǎn)：速度快（10ps~1ns）、偏振敏感、價(jià)格昂貴半導(dǎo)體光放大器SOA光開關(guān)：改變SOA驅(qū)動(dòng)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)：速度快（~ns）、無(wú)損開關(guān)，但引入ASE噪聲和可能導(dǎo)致信號(hào)畸變、價(jià)格昂貴電光效應(yīng)光開關(guān)LiNbO3波導(dǎo)型電光開關(guān)：等同于外調(diào)制器電光效應(yīng)光開關(guān)類型大小插損(dB)串話(dB)PDL(dB)開關(guān)時(shí)間機(jī)械式883550.210ms熱光開關(guān)

SilicaPolymer888810101530LowLow2ms2ms電光開關(guān)

LiNbO3SOA44448035401Low10ps1ns光開關(guān)性能比較類型大小插損串話PDL開關(guān)機(jī)械式883550.210ms熱微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)光開關(guān)是微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)與傳統(tǒng)光技術(shù)相結(jié)合的新型機(jī)械式光開關(guān)。MEMS技術(shù)是基于半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)而成長(zhǎng)起來(lái)的制作工藝技術(shù)，利用這種技術(shù)可以制作出微小而活動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)。采用集成電路(IC)標(biāo)準(zhǔn)工藝在Si襯底上制作出集成的微反射鏡陣列，反射鏡尺寸非常小，僅300微米左右，比頭發(fā)絲還細(xì)。新型光開關(guān)——MOEMS微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)光開關(guān)是微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)I/OFibersImagingLensesReflectorMEMS2-axisTiltMirrorsMEMS光開關(guān)陣列優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模交叉連接可利用IC工藝，批量生產(chǎn)I/OFibersImagingLensesReflec

MirrorMirror1NMEMSSwitch

1NMEMSSwitch大規(guī)模交叉連接的廣闊市場(chǎng)前景將可能使MOEMS光開關(guān)陣列成為光開關(guān)的主流長(zhǎng)距離系統(tǒng)中光交換設(shè)備市場(chǎng)預(yù)測(cè)(LightwaveMay2000)MOEMS光開關(guān)陣列可能成為光開關(guān)的主流大規(guī)模交叉連接的廣闊市場(chǎng)前景將可能使MOEMS光開關(guān)陣列成為HP/AgilentBubble開關(guān)陣列將成熟的噴墨打印技術(shù)與Si平面光路(PLC)結(jié)合。加熱時(shí)，利用氣泡的全反射，使來(lái)自輸入波導(dǎo)的光改變反向。HP/AgilentBubble開關(guān)陣列將成熟的噴墨打印右圖：將平行排列3×3耦合器的4和6端口連結(jié)起來(lái)形成的薩各奈克（Sagnac）干涉環(huán)。基于平行排列3×3耦合器的全光開關(guān)廣泛用于光纖通信系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡(luò)、光纖測(cè)量系統(tǒng)、儀器以及光纖傳感系統(tǒng)。舉例右圖：將平行排列3×3耦合器的4和6端口連結(jié)起來(lái)形成的薩舉例基于包交換的全光網(wǎng)是全光網(wǎng)（現(xiàn)在處于光傳送網(wǎng)階段）的下一個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)。包交換技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，因此在光域中完成光信號(hào)的存儲(chǔ)，就成為包交換的關(guān)鍵技術(shù)之一。光存儲(chǔ)器的好壞直接決定了全光包交換網(wǎng)的性能?；?×3耦合器的全光緩存器是一種新型結(jié)構(gòu)的全光緩存器。雙環(huán)全光緩存器（DLOB）舉例基于包交換的全光網(wǎng)是全光網(wǎng)（現(xiàn)在處于光傳支撐未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展很大程度上是基于光器件的創(chuàng)新光子集成工藝的突破將引起大規(guī)模的光器件創(chuàng)新

光交叉器件可調(diào)諧器件寬帶光纖放大器新型高速光信號(hào)處理器件支撐未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展很大程度上是基于光器

光放大器和光無(wú)源器件的重要性隨著光纖通信應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大而日益顯著，它們的性能也直接影響到信號(hào)傳輸?shù)母鞣N指標(biāo)。對(duì)于光放大器，應(yīng)掌握增益系數(shù)、增益飽和和噪聲系數(shù)的意義，各類放大器的基本工作原理、參數(shù)和應(yīng)用。EDFA已經(jīng)得到了普遍的使用，讀者對(duì)它應(yīng)有足夠的了解。光無(wú)源器件的種類很多，讀者除了理解其基本工作原理外，更應(yīng)注重它們的參數(shù)和應(yīng)用，并且應(yīng)學(xué)會(huì)在網(wǎng)上搜索有關(guān)產(chǎn)品的性能指標(biāo)。本章小結(jié)本章小結(jié)作業(yè)P143：5.25.95.115.125.145.15Thankyou作業(yè)P143：5.25.95.11第5章光網(wǎng)絡(luò)器件

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光放大器★無(wú)源器件第5章光網(wǎng)絡(luò)器件

（1）半導(dǎo)體光放大器（SOA）光放大器的分類光放大器按原理不同，大體上有以下三種類型：優(yōu)點(diǎn)；

FRA具有頻帶寬、增益高、輸出功率大、響應(yīng)快等。缺點(diǎn):需要大功率的半導(dǎo)體激光器作泵浦源（約數(shù)瓦）。優(yōu)點(diǎn):體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、便于光電集成；缺點(diǎn):插入損耗大、工作穩(wěn)定性較差、噪聲大，增益小、對(duì)串?dāng)_和偏振態(tài)敏感等。它是由半導(dǎo)體材料制成的，可看成是沒(méi)有反饋的半導(dǎo)體激光器（2）光纖喇曼放大器（FAR）它是利用石英光纖的非線性效應(yīng)而制成。光放大器（1）半導(dǎo)體光放大器（SOA）光放大器的分類光放大器按原理優(yōu)點(diǎn)：①工作波長(zhǎng)處在1530～1560nm范圍，與光纖最小損耗窗口一致；②對(duì)摻鉺光纖進(jìn)行激勵(lì)的泵浦功率低，僅需幾十毫瓦；③連接損耗低，耦合效率高。因?yàn)樗枪饫w型放大器，因此易于與光纖耦合連接，且連接損耗可低至0.1dB。④增益高且特性穩(wěn)定、噪聲低、輸出功率大。增益可達(dá)40dB，且在100℃內(nèi)增益特性保持穩(wěn)定，也與偏振無(wú)關(guān)。噪聲系數(shù)可低至3～4dB，輸出功率可達(dá)14～20dBm；⑤對(duì)各種類型、速率與格式的信號(hào)傳輸透明。光放大器的分類光放大器（3）摻鉺光纖放大器（EDFA）

優(yōu)點(diǎn)：③連接損耗低，耦合效率高。因?yàn)樗枪饫w型放大器，因此易

缺點(diǎn)：①波長(zhǎng)固定，只能放大1550nm左右的光波，可調(diào)節(jié)的波長(zhǎng)有限；②增益帶寬不平坦，在WDM系統(tǒng)中需要采用特殊的手段來(lái)進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。光放大器的分類光放大器缺點(diǎn)：光放大器的分類光放光放大器概述1.增益系數(shù)光放大器是基于受激輻射或受激散射的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱入射光進(jìn)行放大的，其機(jī)制與激光器類似。當(dāng)光介質(zhì)在泵浦電流或泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)時(shí)就獲得了光增益。增益系數(shù)可表示為對(duì)于小信號(hào)放大有由泵浦強(qiáng)度決定的增益峰值介質(zhì)原子躍遷頻率偶極子弛豫時(shí)間光放概述1.增益系數(shù)光放大器是基于受激輻射或受激散射的原理設(shè)光放大器增益介質(zhì)長(zhǎng)度為L(zhǎng)，信號(hào)光功率將沿著放大器的長(zhǎng)度按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)為最大，也為最大光放大器概述增益設(shè)光放大器增益介質(zhì)長(zhǎng)度為L(zhǎng)，信號(hào)光功率將沿著放大器的為最大，(2π)ΔνgT20.50G(ω)歸一化增益(ω－ω0)T20.751.000.250.00－4－2024g(ω)光放大器增益曲線和增益系數(shù)曲線的半最大值全寬FWHM（FullWidthatHalfMaximum）的FWHM,也稱作光放大器的帶寬。光放大器概述(2π)ΔνgT20.50G(ω)歸(ω－ω0)T20.752．增益飽和當(dāng)輸入光功率比較小時(shí)，是一個(gè)常數(shù)，輸出光功率與輸入光功率成正比，此時(shí)的增益用符號(hào)表示，稱為光放大器的小信號(hào)增益。但當(dāng)增大到一定數(shù)值后，光放大器的增益開始下降，這種現(xiàn)象稱為增益飽和.PsatPin(dBm)10G0增益(dB)20303dB0－60－50－30－40－20－10010增益G與輸入光功率的關(guān)系曲線光放大器概述飽和輸出光功率2．增益飽和當(dāng)輸入光功率比較小時(shí)，是一個(gè)常數(shù)，輸出大信號(hào)增益飽和輸出光功率光放大器概述大信號(hào)增益飽和輸出光功率光放概述？？？3．噪聲系數(shù)放大的自發(fā)輻射形成了信號(hào)帶寬內(nèi)的主要噪聲。放大的自發(fā)輻射ASE(AmplifiedSpontaneousEmission)功率為自發(fā)輻射噪聲是一種白噪聲，疊加到信號(hào)光上，會(huì)劣化信噪比SNR。信噪比的劣化用噪聲系數(shù)

表示，其定義光放大器概述光帶寬自發(fā)輻射因子？？？3．噪聲系數(shù)放大的自發(fā)輻射形成了信號(hào)帶寬內(nèi)的主要噪聲（1）輸入信噪比光放大器輸入端的信號(hào)功率經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)化為光電流為則檢測(cè)的電功率由于信號(hào)光的起伏，光放大器輸入端噪聲的考慮以光檢測(cè)器的散粒噪聲為限制可以得到輸入信噪比光放大器概述光檢測(cè)器的電帶寬（1）輸入信噪比光放大器輸入端的信號(hào)功率經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)化為光（2）輸出信噪比光檢測(cè)器輸出電功率為散粒噪聲自發(fā)輻射與信號(hào)光產(chǎn)生的差拍噪聲輸出信噪比所以噪聲系數(shù)當(dāng)光放大器的增益比較大時(shí)光放大器概述（2）輸出信噪比光檢測(cè)器輸出電功率為散粒噪聲自發(fā)輻射與信號(hào)半導(dǎo)體光放大器SOA(SemiconductorOpticalAmplifier)法布里－珀羅腔放大器FPA(Fabry-PerotAmplifier)行波放大器TWA(Traveling-WaveAmplifier)(a)法布里－珀羅放大器泵浦電流反射面反射面有源區(qū)輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)Z=0Z=L泵浦電流增透膜增透膜有源區(qū)輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)Z=0Z=L(b)行波放大器反射鏡面由半導(dǎo)體晶體的解理面形成，自然反射率達(dá)32%。有增透膜或者有適當(dāng)?shù)那忻娼嵌?，不?huì)發(fā)生內(nèi)反射，入射光信號(hào)通過(guò)一次就會(huì)得到放大，光帶寬較寬，飽和功率高。光放大器半導(dǎo)體光放大器SOA(SemiconductorOptic1.光放大器的增益法布里－珀羅放大器的增益可以表示為Gω0增益頻率ω0GFPAmaxGFPAminR=0.3R=0.03R=0(行波放大器增益)半導(dǎo)體光放大器光放大器SOA放大器的增益頻譜反射面的反射系數(shù)單程功率放大因子峰值頻率1.光放大器的增益法布里－珀羅放大器的增益可以表示為Gω0行波放大器的增益單程增益用光放大器的參數(shù)可表示為SOA增益典型值為20～30dBSOA的增益依賴于輸入信號(hào)的偏振狀態(tài)，不同的極化模式具有不同的增益。由于有源區(qū)的矩形形狀和晶體結(jié)構(gòu)造成增益對(duì)偏振依賴。減小SOA的偏振增益的方法，一種是使有源區(qū)的橫截面成正方形；另一種是通過(guò)串聯(lián)或是并聯(lián)兩個(gè)SOA來(lái)補(bǔ)償增益差。這些方法的使用可以使偏振增益差降至0.5dB。半導(dǎo)體光放大器光放大器限制系數(shù)增益系數(shù)損耗系數(shù)行波放大器的增益單程增益用光放大器的參數(shù)可表示為SOA增益典2.光放大器的帶寬增益減小到峰值一半時(shí)，

就是帶寬上式成立要滿足條件：FPA的帶寬比較窄，通常不超過(guò)10GHz。常用在有源濾波器、構(gòu)造光子開關(guān)、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和路由器等場(chǎng)合。行波放大器的帶寬用下式進(jìn)行估算TWA的帶寬大約是半導(dǎo)體光放大器光放大器2.光放大器的帶寬增益減小到峰值一半時(shí)，就是帶寬上式成Gω0增益頻率ω0GFPAGTWAΔωTWAΔωPFAFPA增益較大，而帶寬較??；TWA增益略小，帶寬較大。FPA與TWA的帶寬比較半導(dǎo)體光放大器光放大器Gω0增益頻率ω0GFPAGTWAΔωTWAΔωPFAFPA3.噪聲系數(shù)SOA噪聲系數(shù)的范圍是從6dB到9dB。半導(dǎo)體光放大器光放大器3.噪聲系數(shù)SOA噪聲系數(shù)的范圍是從6dB到9dB。半導(dǎo)體摻雜光纖放大器光隔離器光隔離器波分復(fù)用器輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)濾波器熔接點(diǎn)摻鉺光纖EDFA泵浦源1.

摻鉺光纖放大器（EDFA）的基本結(jié)構(gòu)光隔離器是防止反射光影響光放大器穩(wěn)定工作，保證光信號(hào)只能正向傳輸?shù)钠骷?。光濾波器的作用是濾除光放大器的噪聲、降低噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響,提高系統(tǒng)的信噪比.波分復(fù)用器也稱為合波器，它的功能是將980/1550nm或1480/1550nm波長(zhǎng)的泵浦光和信號(hào)光合路后送入摻鉺光纖，對(duì)它的要求是插入損耗小，而且對(duì)光的偏振不敏感。光放大器摻雜光纖放大器光隔離器光隔離器波分復(fù)用器輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)摻鉺光纖是一段長(zhǎng)度大約為10～100m的石英光纖，將稀土元素鉺離子注入到纖芯中，濃度約為25㎎/㎏。泵浦光源為半導(dǎo)體激光器，輸出的光功率為10～100mW，工作波長(zhǎng)約為980nm或1480nm。按照泵浦光源的泵浦方式不同，EDFA又可有三種不同的結(jié)構(gòu)方式:（1）同向泵浦結(jié)構(gòu)泵浦光與信號(hào)光從同一端注入摻鉺光纖。在摻鉺光纖的輸入端，泵浦光較強(qiáng)，故粒子反轉(zhuǎn)激勵(lì)也強(qiáng)，其增益系數(shù)大，信號(hào)一進(jìn)入光纖即得到較強(qiáng)的放大。但是由于吸收的原因，泵浦光將沿光纖長(zhǎng)度衰減，使在一定的光纖長(zhǎng)度上達(dá)到增益飽和。其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡(jiǎn)單，具有較好的噪聲性能。缺點(diǎn)是輸出功率低。摻雜光纖放大器光放大器光隔離器光隔離器波分復(fù)用器輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)濾波器熔接點(diǎn)摻鉺光纖EDFA泵浦源摻鉺光纖是一段長(zhǎng)度大約為10～100m的石英光纖，將稀土元泵（2）反向泵浦結(jié)構(gòu)泵浦光與信號(hào)光從不同的方向輸入摻鉺光纖，兩者在摻鉺光纖中反向傳輸。其優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)光信號(hào)放大到很強(qiáng)時(shí)，泵浦光也強(qiáng)，不易達(dá)到飽和，輸出功率高，但是噪聲性能差。光隔離器光隔離器波分復(fù)用器輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)濾波器EDFA泵浦源熔接點(diǎn)摻鉺光纖摻雜光纖放大器光放大器（2）反向泵浦結(jié)構(gòu)泵浦光與信號(hào)光從不同的方向輸入摻鉺光纖，兩（3）雙向泵浦結(jié)構(gòu)有兩個(gè)泵浦光源，其中一個(gè)泵浦光與信號(hào)光以同一方向注入摻鉺光纖，另一個(gè)泵浦光從相反方向注入摻鉺光纖。這種方式結(jié)合了同向泵浦和反向泵浦的優(yōu)點(diǎn)，使泵浦光在光纖中均勻分布從而使其增益在光纖中均勻分布。光隔離器光隔離器波分復(fù)用器輸入光信號(hào)輸出光信號(hào)濾波器EDFA泵浦源熔接點(diǎn)摻鉺光纖

波分復(fù)用器泵浦源摻雜光纖放大器光放大器（3）雙向泵浦結(jié)構(gòu)有兩個(gè)泵浦光源，其中一個(gè)泵浦光與信號(hào)光以同泵浦光功率Fn反向泵浦雙向泵浦輸出光功率同向泵浦輸出光功率摻鉺光纖長(zhǎng)度雙向泵浦反向泵浦同向泵浦Fn反向泵浦同向泵浦雙向泵浦

(a)轉(zhuǎn)換效率的比較(c)噪聲系數(shù)與摻鉺光纖長(zhǎng)度之間的關(guān)系三種泵浦方式的微分轉(zhuǎn)換效率分別為61%和76%和77%。隨著輸出功率的增加，粒子反轉(zhuǎn)數(shù)將下降，結(jié)果是使噪聲指數(shù)增大。不管摻鉺光纖的長(zhǎng)度如何，同向泵浦方式的EDFA噪聲最小。摻雜光纖放大器光放大器(b)噪聲系數(shù)與放大器輸出功率的關(guān)系泵浦光功率Fn反向泵浦雙向泵浦輸同向泵浦輸出光功率摻鉺光纖長(zhǎng)2.

摻鉺光纖放大器的工作原理簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在泵浦源的作用下，在摻鉺光纖中出現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生了受激輻射，從而使光信號(hào)得到放大。（1）能級(jí)與泵浦泵浦光980nm能級(jí)1（0ev）τsp=1μs泵浦光1480nm受激輻射信號(hào)光（1500～1600nm）自發(fā)輻射光（1500～1600nm）ASE能級(jí)2（0.80ev）能級(jí)3（1.27ev）τsp=10ms摻鉺石英的能級(jí)圖，用三能級(jí)表示摻雜光纖放大器光放大器EDFA得到廣泛應(yīng)用的原因噪聲2.

摻鉺光纖放大器的工作原理簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在泵浦源的作用下（2）增益EDFA的增益不是簡(jiǎn)單一個(gè)常數(shù)或解析式，它與摻鉺光纖的長(zhǎng)度、鉺離子濃度、泵浦功率等因素有關(guān)。增益與摻鉺光纖長(zhǎng)度的關(guān)系摻雜光纖放大器光放大器（2）增益EDFA的增益不是簡(jiǎn)單一個(gè)常數(shù)或解析式，它與摻鉺光經(jīng)常用關(guān)系式來(lái)估算增益EDFA增益和噪聲與輸入光信號(hào)功率之間的關(guān)系8GEFn輸入功率（dBm）Fn(dB)GE(dB)765430252015105-45-40-35-30-25-20-15-10-5摻鉺光纖放大器的最大輸出功率常用3dB飽和輸出功率來(lái)表示，即當(dāng)飽和增益下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出光功率值。它表示了摻鉺光纖放大器的最大輸出能力。摻雜光纖放大器光放大器經(jīng)常用關(guān)系式來(lái)估算增益EDFA增益和噪聲與輸入光信號(hào)功率之間（3）噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)與摻鉺光纖長(zhǎng)度和泵浦功率有關(guān)噪聲系數(shù)還與泵浦源波長(zhǎng)有關(guān)，使用980nm泵浦源的噪聲特性優(yōu)于1480nm泵浦源。EDFA噪聲系統(tǒng)的變化范圍在3.5dB到9dB之間。3.EDFA增益平坦性摻鉺光纖增益系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系10增益系數(shù)(dB/m)8642波長(zhǎng)（nm）14801500152015401560摻雜光纖放大器光放大器（3）噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)與摻鉺光纖長(zhǎng)度和泵浦功率有關(guān)噪聲系數(shù)還為了獲得較為平坦的增益特性，增大EDFA的帶寬，有兩種方法可以采用。一種是采用新型寬譜帶摻雜光纖，如在纖芯中再摻入鋁離子；另一種方法是在摻鉺光纖鏈路上放置均衡濾波器。波長(zhǎng)摻鉺光纖增益波長(zhǎng)濾波器特性波長(zhǎng)放大器增益均衡濾波器摻鉺光纖摻鉺光纖EDFA中的均衡濾波器作用摻雜光纖放大器光放大器為了獲得較為平坦的增益特性，增大EDFA的帶寬，有兩種方法波4.EDFA的性能指標(biāo)摻雜光纖放大器光放大器4.EDFA的性能指標(biāo)摻雜光纖放大器光放5.摻鐠光纖放大器摻鐠光纖放大器PDFA工作在1310nm波段目前已研制出的PDFA模塊所采用泵浦波長(zhǎng)為1017nm，在1310nm波長(zhǎng)處放大器的增益可達(dá)24dB，噪聲系數(shù)為6.6。在－3dBm輸入時(shí)放大波段為1281nm－1381nm，放大帶寬達(dá)37nm。增益和噪聲與波長(zhǎng)的關(guān)系波長(zhǎng)（μm）20Fn(dB)增益(dB)2015105510151.281.301.321.34Fn增益摻雜光纖放大器光放大器5.摻鐠光纖放大器摻鐠光纖放大器PDFA工作在1310n6.摻銩光纖放大器摻銩光纖是在氟化物玻璃中摻入銩離子制作的，其工作波長(zhǎng)范圍為1450nm－1480nm，增益可達(dá)22dB，噪聲指數(shù)在6dB以下。主要與EDFA配合應(yīng)用在DWDM系統(tǒng)中。摻雜光纖放大器光放大器6.摻銩光纖放大器摻銩光纖是在氟化物玻璃中摻入銩離子制作的喇曼光纖放大器基于受激喇曼散射機(jī)理，可以制造出喇曼光纖放大器RFA(RamanFiberAmplifier)。小功率信號(hào)光的頻率為大功率泵浦光的頻率為它們的頻差(也稱作頻移)落在喇曼增益譜帶寬范圍之內(nèi)，則信號(hào)光沿著光纖傳輸時(shí)將得到有效的放大。對(duì)于固定的泵浦光頻率，由于喇曼增益譜寬度很大，所以利用SRS效應(yīng)可以在相當(dāng)寬的波長(zhǎng)范圍對(duì)信號(hào)光進(jìn)行放大。光放大器？？？喇曼光纖放大器基于受激喇曼散射機(jī)理，可以制造出喇曼光纖放大器1.增益在長(zhǎng)為L(zhǎng)的光纖輸出端，信號(hào)光功率若沒(méi)有喇曼放大，經(jīng)光纖輸出的信號(hào)為故喇曼放大器的小信號(hào)增益定義為隨著信號(hào)光的增強(qiáng)，泵浦光的減弱，增益會(huì)逐漸降低達(dá)到飽和。喇曼光纖放大器光放大器光纖對(duì)信號(hào)光的衰減系數(shù)1.增益在長(zhǎng)為L(zhǎng)的光纖輸出端，信號(hào)光功率若沒(méi)有喇曼放大，經(jīng)光可算得飽和增益喇曼光纖放大器光放大器可算得飽和增益喇曼光纖放大器光放2.帶寬光纖的SRS增益與喇曼增益系數(shù)之間的關(guān)系是由喇曼增益譜曲線可見，在增益峰值附近的增益帶寬約為6THz~7THz。如果采用不同波長(zhǎng)的多個(gè)泵浦源同時(shí)作用，則可獲得更為平坦的，帶寬更寬的增益特性。目前喇曼放大器的帶寬已達(dá)132nm。喇曼光纖放大器光放大器2.帶寬光纖的SRS增益與喇曼增益系數(shù)之間的關(guān)系是由喇曼增益光放大器的應(yīng)用1.在線放大(in-lineamplifier)光放大器光發(fā)射機(jī)

光接收機(jī)光纖鏈路作用：補(bǔ)償傳輸損耗副作用：要考慮放大器噪聲等因素的影響，使用多個(gè)在線放大器,光纖鏈路中會(huì)積累ASE噪聲，它隨著信號(hào)光一起傳輸，最終影響輸出端的信噪比,造成信噪比下降。通過(guò)放大器增益和級(jí)聯(lián)數(shù)目的選擇，可以得到總增益和

的最佳組合一般而言，選擇在線放大器的輸入信號(hào)標(biāo)稱范圍從增益大于15dB。光放大器光放大器的應(yīng)用1.在線放大(in-lineamplifie2.前置放大光放大器光發(fā)射機(jī)

光接收機(jī)光纖鏈路作用：在光電檢測(cè)之前將弱信號(hào)放大，可以抑制在接收機(jī)中由于熱噪聲引起的信躁比下降。前置放大器的加入，可以提高接收機(jī)的靈敏度。光放大器的應(yīng)用光放大器2.前置放大光放大器光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)光纖鏈路作用：在光電檢光放大器光發(fā)射機(jī)

光接收機(jī)光纖鏈路3.功率放大（powerboaster）作用：可使傳輸距離增加10km－100km。如果同時(shí)使用前置放大，即可實(shí)現(xiàn)200km－250km的無(wú)中繼海底傳輸。由于功率放大器直接放置于光發(fā)射機(jī)后，其輸入功率較高，要求的泵浦功率也較大。其輸入一般要在－8dBm以上，具有的增益必須大于5dB。光放大器的應(yīng)用光放大器光放大器光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)光纖鏈路3.功率放大（power例5.1.1用EDFA做功率放大器，設(shè)其增益為20dB，泵浦波長(zhǎng)為λ=980nm，輸入光信號(hào)的功率為0dBm，波長(zhǎng)為1550nm，求所用的泵浦源功率為多少？解：入射功率0dBm，即為1mw。由功率放大器增益表達(dá)式光放大器的應(yīng)用光放大器光放大器的應(yīng)用光放第5章光網(wǎng)絡(luò)器件

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光放大器★無(wú)源器件第5章光網(wǎng)絡(luò)器件

光器件概述作用:

實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的連接、能量分路/合路、波長(zhǎng)復(fù)用/解復(fù)用、光路轉(zhuǎn)換、能量衰減、方向阻隔等功能。是構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)的必備元件。類型：包括：光連接器、光衰減器、光耦合器、光復(fù)用器、光隔離器、環(huán)行器、光濾波器、光解復(fù)用器等發(fā)展趨勢(shì)：集成化、全光纖化光器件概述作用:實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的連接、能量分路/合路、波長(zhǎng)復(fù)用定義：對(duì)同一波長(zhǎng)的光功率進(jìn)行分路或合路類型：Y型、X型22耦合器、1N型、MN型全光纖型、微光元件型、集成光波導(dǎo)型功能：光信號(hào)的分配、合成、提取、監(jiān)控等。1321243光耦合器—Coupler定義：對(duì)同一波長(zhǎng)的光功率進(jìn)行分路或合路1321243光耦合器1、插入損耗：特定的輸出端口的功率相對(duì)全部輸入功率的減少值，用分貝表示。2、附加損耗：所有端口輸出功率的總和相對(duì)于全部輸入功率以分貝表示的減小值。3、分光比或耦合比：輸出端口間光功率分配的百分比特性參數(shù)：光耦合器—Coupler1、插入損耗：特定的輸出端口的功率相對(duì)全部輸入功率的減少值，4、方向性（串?dāng)_）：一個(gè)端口的輸入信號(hào)與散射或反射回另一個(gè)輸入端口的光功率間的隔離度。以22光纖耦合器為例：5、均勻性(uniformity)定義為在器件的工作帶寬范圍內(nèi)各輸出端口輸出光功率的最大變化量6、偏振相關(guān)損耗(polariztiondependentloss)指當(dāng)傳輸光信號(hào)的偏振態(tài)發(fā)生360o變化時(shí)，器件各輸出光功率的最大變化量.光耦合器—Coupler4、方向性（串?dāng)_）：一個(gè)端口的輸入信號(hào)與散射或反射回另一個(gè)輸目前,國(guó)內(nèi)外普遍采用熔融拉錐法(FBT)制作光纖耦合器,用這種方法制作的光纖耦合器,由于具有損耗低、性能穩(wěn)定、成本低且制作容易等特點(diǎn)而日益受到人們的重視。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(shí)向兩側(cè)拉伸，最終形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法。光耦合器—Coupler目前,國(guó)內(nèi)外普遍采用熔融拉錐法(FBT)制作光纖耦合器在單模光纖中，傳導(dǎo)模是兩個(gè)正交的基模信號(hào),當(dāng)傳導(dǎo)模進(jìn)入熔錐區(qū)時(shí)，隨著纖芯不斷變細(xì)，V值不斷減小，模場(chǎng)直徑越來(lái)越比纖芯直徑大，于是越來(lái)越多的光模傳輸?shù)焦饫w包層中；在熔錐區(qū)，由于兩光纖包層合并在一起，纖芯足夠逼近，光從一根纖芯耦合到另一纖芯；在逐漸離開拉錐區(qū)時(shí)，隨著纖芯的逐漸變粗，V值重新增大．光模以特定的比例重新被限制在兩光纖纖芯中，實(shí)現(xiàn)了功率的再分配。在若導(dǎo)近似下，光纖的耦合模方程為：兩光纖模場(chǎng)振幅

和是兩光纖在孤立狀態(tài)時(shí)的傳播常量互耦合系數(shù)自耦合系數(shù)光耦合器—Coupler在單模光纖中，傳導(dǎo)模是兩個(gè)正交的基模信號(hào),當(dāng)傳導(dǎo)模進(jìn)入熔錐區(qū)假設(shè)：且時(shí)光纖耦合模方程的解為：式中光耦合器—Coupler假設(shè)：且時(shí)光纖耦合模方程的解由此可知每根光纖中的功率為：假定：，光功率由一根光纖注入當(dāng)兩根光纖完全相同時(shí)，有即影響拉伸長(zhǎng)度與耦合功率的關(guān)鍵參數(shù)就是耦合系數(shù)C，而耦合系數(shù)C的確定，需要用不同的模型來(lái)近似。光耦合器—Coupler由此可知每根光纖中的功率為：假定：錐體頸部區(qū)域縱向?yàn)槠叫芯€形如圖（a）橫向切面為矩形如圖（b）光耦合器—Coupler錐體頸部區(qū)域縱向?yàn)槠叫芯€形如圖（a）光耦合器—Couple錐體頸部區(qū)域縱向?yàn)閽佄锞€型如圖（a）橫向切面為相切的雙圓形如圖（b）光耦合器—Coupler錐體頸部區(qū)域縱向?yàn)閽佄锞€型如圖（a）光耦合器—Coupler1310nm1550nm拉伸長(zhǎng)度為8.936mm，纖芯間隔0.65微米

光耦合器—Coupler1310nm1550nm拉伸長(zhǎng)度為8.936mm，纖芯間隔0光耦合器—Coupler光耦合器—Coupler耦合臂光纖的相位總比直通光纖的相位滯后/2。耦合區(qū)兩纖芯中光功率隨耦合區(qū)長(zhǎng)度的耦合交換規(guī)律。可根據(jù)耦合比要求，決定拉伸長(zhǎng)度，但拉錐長(zhǎng)度太長(zhǎng)，纖芯變得過(guò)細(xì)后，將引起能量輻射，功率降低，插入損耗明顯增加。實(shí)際制作中耦合臂光纖的相位總比直通光纖的相位滯后/2。耦合區(qū)兩纖芯中光網(wǎng)絡(luò)器件教材課件波導(dǎo)型光耦合器利用平面介質(zhì)光波導(dǎo)工藝制作的光耦合器件．往往是在鈮酸鋰等襯底材料上，以薄膜沉積、光刻、擴(kuò)散等工藝將所需的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)制成芯片。光耦合器—Coupler波導(dǎo)型光耦合器利用平面介質(zhì)光波導(dǎo)工藝制作的光耦合器件．往往是Y-Coupler(Splitter)port1port2(50%)＋port3(50%)問(wèn)題：如果從左端輸入100uw的功率則右邊兩端各為50uw，但是如果從右邊兩端各輸入50uw的功率，則左邊出射功率為多少呢？光耦合器—CouplerY-Coupler(Splitter)問(wèn)題：如果從左端輸入3dBcoupler光耦合器—Coupler3dBcoupler光耦合器—CouplerIsolators&Circulators非互易器件用途：放置于激光器及光放大器后面，防止系統(tǒng)中的反射光對(duì)器件性能的影響甚至損傷，即只允許光單向傳輸。主要指標(biāo)：低的插入損耗(對(duì)正向入射光，~1dB)高的隔離度(對(duì)反向反射光，40~50dB)原理：一般由起偏器、檢偏器和旋光器組成。光隔離器與環(huán)形器Isolators&Circulators非互易器件光與輸入偏振態(tài)有關(guān)的光隔離器的工作原理Polarizer

Polarizer

Faradayrotator

Blocked

Reflectlight

Lightout

Light