光纖通信-光器件課件

3.3光無源器件光纖通信原理與技術(shù)第三章光纖通信原理與技術(shù)第三章1ComponentsandModulesinDWDMNetworks

DWDMThinfilmfiltersFibergratingsWaveguidesCirculatorsInterleaversMux/Demux

modulesAmplifiersIsolatorsTapcouplersPumplasersGainequalizersAttenuatorsIntegrated

amplifiersSOAsOpticalSwitchesCirculatorsCouplersAdd/dropmodulesSwitchingTransmissionSourcelasersModulatorsWavelockersReceiversDetectorsTx/RxmodulesOver9000ProductsComponentsandModulesinDWDM23.3光無源器件光器件概述3.3.1光連接器Connector3.3.2光耦合器Coupler3.3.3光隔離器與環(huán)行器

（Isolators&Circulators）3.3.4光調(diào)制器Modulators3.3.5光開光Switches3.3.6光衰減器Attenuator3.3光無源器件光器件概述3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、光-電-光轉(zhuǎn)換、光信號(hào)放大、光信號(hào)調(diào)制等功能。是構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)的必備元件。光器件是具有上述一種功能的元器件的總稱。類型：無源、有源包括：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、光調(diào)制器、光開光、激光器、光檢測(cè)器、光放大器、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器等發(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43.3光無源器件光器件概述3.3.1光連接器Connector3.3.2光耦合器Coupler3.3.3光隔離器與環(huán)行器（Isolators&Circulators）3.3.4光調(diào)制器Modulators3.3.5光開光Switches3.3.6光衰減器Attenuator3.3光無源器件光器件概述5

3.3.1連接器和接頭

連接器是實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸(活動(dòng))連接的器件，主要用于光纖線路與光發(fā)射機(jī)輸出或光接收機(jī)輸入之間，或光纖線路與其他光無源器件之間的連接。

表3.5光纖連接器一般性能40~50PC型陶瓷-40~+80陶瓷-20~+70不銹鋼工作溫度/oC不銹鋼壽命（插拔次數(shù)）35~40FC型反射損耗/dB互換性/dB重復(fù)性/dB0.2~0.3插入損耗/dB性能型號(hào)或材料項(xiàng)目3.3.1連接器和接頭表3.563.3.1光連接器—Connector技術(shù)指標(biāo)：插入損耗：光信號(hào)通過連接器之后，其輸出光功率相對(duì)輸入光功率的比率的分貝數(shù)。回波損耗：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3.3.1光連接器—Connector技術(shù)指標(biāo)：7損耗來源損耗來源8活動(dòng)連接器方法：利用精密陶瓷套筒準(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)連接器方法：利用精密陶瓷套筒準(zhǔn)直纖芯插入損耗目前水平09FC型：螺紋連接。外部材料為金屬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。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。FC型：螺紋連接。外部材料為金屬SC型：外殼采用工程塑料，矩10光纖通信-光器件課件11固定連接器—接頭包括：熔接法、V形槽法和套管法固定連接器—接頭12光器件概述3.3.1光連接器Connector3.3.2光耦合器Coupler3.3.3光隔離器與環(huán)行器（Isolators&Circulators）3.3.4光調(diào)制器Modulators3.3.5光開光Switches3.3.6光衰減器Attenuator3.3光無源器件光器件概述3.3光無源器件133.3.2光耦合器—Coupler定義：對(duì)同一波長(zhǎng)的光功率進(jìn)行分路或合路性能指標(biāo)：附加插入損耗、反射損耗和串?dāng)_類型：Y型、X型22耦合器、1N型、MN型結(jié)構(gòu)：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。13212433.3.2光耦合器—Coupler定義：對(duì)同一波長(zhǎng)的光功141、工作原理消逝場(chǎng)耦合。PutthecorescloseenoughtogethertogetacouplingeffectAllnowdependsonthelengthofthecouplingsection1、工作原理消逝場(chǎng)耦合。Putthecoresclos15Commoncommercialdevices2、基本結(jié)構(gòu)－光纖型Commoncommercialdevices2、基本結(jié)16C--耦合系數(shù)22光纖耦合器P4P0輸入功率P1直通功率P3串?dāng)_P2耦合功率L錐形區(qū)域L錐形區(qū)域Z耦合區(qū)域C--耦合系數(shù)22光纖耦合器P4P0輸入功率P1直通功率P17被驅(qū)動(dòng)光纖的相位總比驅(qū)動(dòng)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)，纖芯變得過細(xì)后，將引起能量輻射，功率降低，插入損耗明顯增加。被驅(qū)動(dòng)光纖的相位總比驅(qū)動(dòng)光纖的相位滯后/2。耦合區(qū)兩纖芯中181、插入損耗：特定的端口到另一端口路徑的損耗。如從輸入端口i到輸出端口j的路徑中的插入損耗為：2、附加損耗：輸入功率對(duì)總的輸出功率的比值。3、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：技術(shù)指標(biāo)：4、分光比或耦合比：輸出端口間光功率分配的百分比串?dāng)_＝P0P1P2P31、插入損耗：特定的端口到另一端口路徑的損耗。如從輸入端口i19散射矩陣表示法以22耦合器為例,用散射矩陣(傳播矩陣)S來分析:輸入場(chǎng)強(qiáng)a1a2b1b2S11S22S21S12輸出場(chǎng)強(qiáng)b＝Sa散射矩陣表示法以22耦合器為例,用散射矩陣(傳播矩陣)S來20a1輸入的大部分功率出現(xiàn)在輸出端口b1，就必須小。這表示a2中相同波長(zhǎng)光功率耦合進(jìn)入b1的光功率數(shù)值變小了，結(jié)果是在無源22耦合器中，使用相同的波長(zhǎng)將兩個(gè)輸入端所有的功率同時(shí)耦合進(jìn)同一輸出端口是不可能的。最好的方法是將每路輸入功率的一半發(fā)送到同一輸出端。然而，如果兩個(gè)輸入端的波長(zhǎng)不同，就可以把大部分功率耦合進(jìn)同一根光纖中。波長(zhǎng)相同的兩束光，分別從a1和a2兩個(gè)端口輸入，能否將兩個(gè)輸入端所有的功率同時(shí)耦合進(jìn)同一輸出端口？散射矩陣表示法假如從端口a1輸入的光功率中有比例為(1－)的部分出現(xiàn)在輸出端口b1，剩余的部分出現(xiàn)在端口b2。散射矩陣：a1a2b1b2a1輸入的大部分功率出現(xiàn)在輸出端口b1，就必須小。這表示21令Ein,2=0，則有Eout,1=(1/2)Ein,1和Eout,2=(j/2)Ein,1，輸出功率為：Pout,1=Eout,1Eout,1*=1/2Ein,12=1/2P0Pout,2=Eout,2Eout,2*=1/2Ein,12=1/2P03dB耦合器，＝0.5，輸出場(chǎng)強(qiáng)：令Ein,2=0，則有Eout,1=(1/2)Ein,1和223dBcoupler3dBcoupler23LANandMANnetworksStarCoupler:Ninputaremixedandmadeavailableon8outputsReflectiveCoupler:inputcanbeonanyfiberandoutputissplitequallyamongallfibersP1PNPi1iN(P1+P2+…+PN)/NLANandMANnetworksStarCoupl24Iftwomixedsignals(ofdifferentwavelengths)areinjectedintoacouplerthepowertransferbetweenthewaveguideshasadifferentperiodforeachwavelength.Thecouplinglengthsarestronglywavelengthdependent!Iftwomixedsignals(ofdiffe25Theperiodoftheshiftisdifferentforthetwodifferentwavelengths.Eachcoupler/splittermustbedesignedfortheparticularwavelengthstobeused.WavelengthSelectiveCoupling/SplittingTheperiodoftheshiftisdif261，221直通臂耦合臂12P0P1P2熔錐光纖型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)和特性1

21212121

21

21

21

2公共臂1，221直通臂耦合臂12P27光纖通信-光器件課件282、基本結(jié)構(gòu)－微器件型微器件型用自聚焦透鏡和分光片(光部分透射，部分反射)、濾光片(一個(gè)波長(zhǎng)的光透射，另一個(gè)波長(zhǎng)的光反射)或光柵(不同波長(zhǎng)的光有不同反射方向)等微光學(xué)器件構(gòu)成。折射率分布1個(gè)周期（Pitch）自聚焦透鏡（SelfocLens）2、基本結(jié)構(gòu)－微器件型微器件型用自聚焦透鏡和分光片(光部29光學(xué)不變?cè)恚汗馐膶挾群桶l(fā)散角的乘積為常數(shù)。SelfocLens通過對(duì)光束進(jìn)行擴(kuò)束，達(dá)到準(zhǔn)直目的。光學(xué)不變?cè)恚汗馐膶挾群桶l(fā)散角的乘積為常數(shù)。30光纖P/4自聚焦透鏡P/4自聚焦透鏡光纖光纖P/4自聚焦透鏡P/4自聚焦透鏡光纖31單模光纖準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)80單模光纖準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)8032

圖3.31微器件型耦合器(a)T形耦合器；(b)定向耦合器；(c)濾光式解復(fù)用器；(d)光柵式解復(fù)用器

33衍射光柵型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖光纖透鏡光柵1231231+2+31+2+31+2+3123衍射光柵型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖光纖透鏡光柵134采用棒透鏡的光柵型WDM光纖棒透鏡光柵1+2+31231+2+3123采用棒透鏡的光柵型WDM光纖棒透鏡光柵1+352、基本結(jié)構(gòu)－波導(dǎo)型波導(dǎo)型在一片平板襯底上制作所需形狀的光波導(dǎo)，襯底作支撐體，又作波導(dǎo)包層。波導(dǎo)的材料根據(jù)器件的功能來選擇，一般是SiO2，橫截面為矩形或半圓形。PlanarWaveguideCoupler2、基本結(jié)構(gòu)－波導(dǎo)型波導(dǎo)型在一片平板襯底上制作所需形狀的36Y-Coupler(Splitter)光纖技術(shù)難實(shí)現(xiàn)，一般利用平面波導(dǎo)技術(shù)。port1port2(50%)＋port3(50%)Butlightenteringonport2willexitonport1attenuatedby50%(3dB)!ThusifwetrytocombinetwoinputsignalsbyusingaY-junction,thesignalsarecombinedbuteachsignalwilllosehalfofitspower!Y-Coupler(Splitter)Butlight37圖3.32波導(dǎo)型耦合器(a)T形耦合器；(b)定向耦合器；(c)波分解復(fù)用器；圖3.32波導(dǎo)型耦合器38光纖通信-光器件課件393.3光無源器件光器件概述3.3.1光連接器Connector3.3.2光耦合器Coupler3.3.3光隔離器與環(huán)行器（Isolators&Circulators）

3.3.4光調(diào)制器Modulators3.3.5光開光Switches3.3.6光衰減器Attenuator3.3光無源器件光器件概述403.3.3光隔離器和環(huán)行器3.3.3光隔離器和環(huán)行器413.3.3光隔離器與環(huán)行器Isolators&Circulators非互易器件用途：放置于激光器及光放大器前面，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。3.3.3光隔離器與環(huán)行器Isolators&Cir42Faraday效應(yīng)：不具有旋光性的材料，在外磁場(chǎng)作用下，使通過它的偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。具有這種效應(yīng)的材料叫磁光材料。磁光材料引起的光偏振面旋轉(zhuǎn)方向取決于外加磁場(chǎng)，與光的傳播方向無關(guān)（非互易）。這種效應(yīng)與材料的固有旋光效應(yīng)不同，在固有旋光效應(yīng)材料中，旋轉(zhuǎn)方向取決于光的傳播方向，與外加磁場(chǎng)無關(guān)(互易)。Faraday效應(yīng)：不具有旋光性的材料，在外磁場(chǎng)作用下，使通43外加磁場(chǎng)外加磁場(chǎng)Faraday旋磁材料外加磁場(chǎng)外加磁場(chǎng)Faraday旋磁材料44外加磁場(chǎng)外加磁場(chǎng)固有磁光材料外加磁場(chǎng)外加磁場(chǎng)固有磁光材料45磁光材料的光偏轉(zhuǎn)角：l—材料厚度（毫米）H—磁場(chǎng)強(qiáng)度（奧斯忒）V—維爾德常數(shù)（度/奧斯忒·毫米）lVH=q磁光材料的光偏轉(zhuǎn)角：l—材料厚度（毫米）H—磁場(chǎng)強(qiáng)度（奧46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

SOPLightout

Lightin

起偏器與檢偏器的透光軸成450角，旋光器使通過的光發(fā)生450旋轉(zhuǎn)。當(dāng)垂直偏振光入射時(shí)，全部通過起偏器。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。與輸入偏振態(tài)有關(guān)的光隔離器的工作原理PolarizerPo47光隔離器的原理外加磁場(chǎng)外加磁場(chǎng)450起偏器解偏器光隔離器的原理外加磁場(chǎng)外加磁場(chǎng)450起偏器解偏器48偏振無關(guān)光隔離器的工藝結(jié)構(gòu)RR(450)FR(450)RR(450)FR(450)oeeeoooePBS偏振無關(guān)光隔離器的工藝結(jié)構(gòu)RR(450)FR(450)49圖3.35一種與輸入光的偏振態(tài)無關(guān)的隔離器光纖輸出SWP半波片法拉弟旋轉(zhuǎn)器SWPSOP光纖輸入(a)光纖輸出SWP半波片法拉弟旋轉(zhuǎn)器SWP光纖輸入(b)圖3.35一種與輸入光的偏振態(tài)無關(guān)的隔離器光纖輸出50具有任意偏振態(tài)的入射光首先通過一個(gè)空間分離偏振器(SWP:SpatialWalkoffPolarizer)。這個(gè)SWP的作用是將入射光分解為兩個(gè)正交偏振分量，讓垂直分量直線通過，水平分量偏折通過。這個(gè)半波片的作用是將從左向右傳播的光的偏振態(tài)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，將從右向左傳播的光的偏振態(tài)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°。因而法拉弟旋轉(zhuǎn)器與半波片的組合可以使垂直偏振光變?yōu)樗狡窆猓粗嗳?。最后兩個(gè)分量的光在輸出端由另一個(gè)SWP合在一起輸出，如圖3.35(a)所示。兩個(gè)分量都要通過法拉弟旋轉(zhuǎn)器，其偏振態(tài)都要旋轉(zhuǎn)45°。法拉弟旋轉(zhuǎn)器后面跟隨的是一塊半波片(plate或halfwaveplate)。具有任意偏振態(tài)的入射光首先通過一個(gè)空間分離51另一方面，如果存在反射光在反方向上傳輸，半波片和法拉弟旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)方向正好相反，當(dāng)兩個(gè)分量的光通過這兩個(gè)器件時(shí)，其旋轉(zhuǎn)效果相互抵消，偏振態(tài)維持不變，在輸入端不能被SWP再組合在一起，如圖3.35(b)所示，于是就起到隔離作用。另一方面，如果存在反射光在反方向上傳輸，半52光環(huán)形器基本原理：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）主要特性：

插入損耗隔離度價(jià)格三端口光環(huán)行器四端口光環(huán)行器光環(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53RR(450)FR(450)eeooRR(450)FR(450)oeoe端口1端口1端口2端口2端口3反射鏡偏振合波器光環(huán)行器的原理RR(450)FR(450)eeooRR(450)54光環(huán)行器的應(yīng)用啁啾光柵色散補(bǔ)償光環(huán)行器的應(yīng)用啁啾光柵色散補(bǔ)償55TxRxRxTx單纖雙向系統(tǒng)TxRxRxTx單纖雙向系統(tǒng)56IsolatorsIsolator/couplerhybridsIsolatorsIsolator/couplerhybr573.3光無源器件光器件概述3.3.1光連接器Connector3.3.2光耦合器Coupler3.3.3光隔離器與環(huán)行器（Isolators&Circulators）3.3.4光調(diào)制器Modulators3.3.5光開光Switches3.3.6光衰減器Attenuator3.3光無源器件光器件概述583.3.4光調(diào)制器Modulators光調(diào)制器：實(shí)現(xiàn)從電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換光調(diào)制的分類：從光源調(diào)制角度看，有兩種方法實(shí)現(xiàn)光調(diào)制，其一，將調(diào)制信號(hào)直接注入激光器（調(diào)制激光器驅(qū)動(dòng)電流），而實(shí)現(xiàn)激光輸出光強(qiáng)度等參數(shù)的調(diào)制--內(nèi)調(diào)制或直接調(diào)制（簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、引入較大的啁啾）；其二，將調(diào)制信號(hào)控制激光器后接的外調(diào)制器，利用調(diào)制器的電光、聲光等物理效應(yīng)使其輸出光的強(qiáng)度等參數(shù)隨信號(hào)而變--外調(diào)制（調(diào)制信號(hào)啁啾?。０幢徽{(diào)制光波的參數(shù)分：強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制等。3.3.4光調(diào)制器Modulators光調(diào)制器：實(shí)現(xiàn)從電59直接調(diào)制和外調(diào)制Laser

DirectModulationofLaserDiodeBias+DATAIssues--ComplexDynamicsYield

ExternalModulationofLaserDiodeLaserModulatorBiasBias+DATAIssues--AdditionalComponent直接調(diào)制和外調(diào)制LaserDirectModulat60光源的外調(diào)制技術(shù)調(diào)制信號(hào)不直接施加在LD上，而是施加在光調(diào)制器上。外調(diào)制技術(shù)分類：電光調(diào)制ElectroopticEffects電致吸收Electro-AbsorptionEffects磁光調(diào)制MagnetoopticEffects聲光調(diào)制AcousticModulators其中電光調(diào)制和電致吸收最為常用。光源的外調(diào)制技術(shù)調(diào)制信號(hào)不直接施加在LD上，而是施加在光調(diào)制61電光效應(yīng)光調(diào)制器電光效應(yīng)：電壓施加于某些電光晶體(如LiNbO3)

，導(dǎo)致晶體折射率發(fā)生變化，引起通過該晶體的光波特性發(fā)生變化。折射率變化n與外加電場(chǎng)E有著復(fù)雜的關(guān)系，可近似地認(rèn)為n與(rE+RE2)成正比。電光調(diào)制器主要利用普科爾(Pocket)效應(yīng).普科爾(Pocket)效應(yīng)：晶體折射率與外加電場(chǎng)幅度成線形變化克爾(Kerr)效應(yīng)：晶體折射率與外加電場(chǎng)幅度的平方成比例變化電光效應(yīng)光調(diào)制器電光效應(yīng)：電壓施加于某些電光晶體(如LiNb62晶體折射率隨外加電場(chǎng)而變化。具有非常好的消啁啾特性，適合于高速系統(tǒng)的超長(zhǎng)距離傳輸。但調(diào)制器的插入損耗大，需要較高的驅(qū)動(dòng)電壓(典型值為4V)，難以與光源集成，而且對(duì)偏振敏感。晶體折射率隨外加電場(chǎng)而變化。具有非常好的消啁啾特性，適合于高63V/2VVt調(diào)制電壓透射光強(qiáng)半波電壓V是把調(diào)制器從最小光強(qiáng)轉(zhuǎn)換到最大光強(qiáng)所需的電壓電光調(diào)制的透過率(調(diào)制器被偏置在V/2點(diǎn)上)(3.35)V/2VVt調(diào)制電壓透射光強(qiáng)半波電壓V是把調(diào)制器從最小6440Gb/sLiNbO3Modulator40Gb/sLiNbO3Modulator65電致吸收光調(diào)制器（EA）是一種損耗器件，利用Franz-Keldysh效應(yīng)和量子限制Stark效應(yīng)，工作在調(diào)制器材料吸收邊界波長(zhǎng)處。陡峭截止邊吸收帶半導(dǎo)體材料發(fā)生本征吸收的光波長(zhǎng)波限

:電致吸收光調(diào)制器（EA）是一種損耗器件，利用Franz-Ke66電致吸收光調(diào)制器(EA)Franz-Keldysh效應(yīng)：1958年提出，是指在電場(chǎng)作用下半導(dǎo)體材料的吸收邊紅移的理論。原理：改變調(diào)制器上的偏壓，使多量子阱(MQW)的吸收邊界波長(zhǎng)發(fā)生變化，進(jìn)而改變光束的通斷，實(shí)現(xiàn)調(diào)制。當(dāng)調(diào)制器無偏壓時(shí)，光束處于通狀態(tài)，輸出功率最大；隨著調(diào)制器上偏壓的增加，MQW的吸收邊移向長(zhǎng)波長(zhǎng)，原光束波長(zhǎng)處吸收系數(shù)增大，調(diào)制器為斷狀態(tài)，輸出功率最小。電致吸收光調(diào)制器(EA)Franz-Keldysh效應(yīng)：67使用材料：III-V族半導(dǎo)體材料特點(diǎn)：易與激光器集成、體積小、驅(qū)動(dòng)電壓低（~2V）、啁啾大于LN調(diào)制器（2.5Gb/s--640km;10Gb/s--80km)、調(diào)制碼率（40Gb/s）、消光比低于LN調(diào)制器（~10dB）40Gb/sEAModulator使用材料：III-V族半導(dǎo)體材料40Gb/sEAModu68光纖通信-光器件課件69IntensityModulatorPhaseModulatorIntensityModulatorPhaseModul70聲光效應(yīng)光調(diào)制器聲光效應(yīng)是指聲波作用于某晶體時(shí)，產(chǎn)生光彈性作用，使折射率發(fā)生變化，從而達(dá)到光調(diào)制的目的。特點(diǎn)：消光比高（~30dB）、驅(qū)動(dòng)功率較低、帶寬窄。聲光效應(yīng)光調(diào)制器聲光效應(yīng)是指聲波作用于某晶體時(shí)，產(chǎn)生光彈性作71磁光效應(yīng)光調(diào)制器磁光效應(yīng)又稱為法拉第效應(yīng)。當(dāng)光通過介質(zhì)傳播時(shí)，若在垂直光的傳播方向上加一強(qiáng)磁場(chǎng)，則光的偏振面產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角與介質(zhì)長(zhǎng)度、外磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。調(diào)制原理：經(jīng)起偏器的光信號(hào)通過磁光晶體，其偏轉(zhuǎn)角與調(diào)制電流有關(guān)。由于起偏器與檢偏器的透光軸相互平行，當(dāng)調(diào)制電流為零時(shí)，透過檢偏器的光強(qiáng)最大；隨著電流逐漸最大，旋轉(zhuǎn)角加大，透過檢偏器的光強(qiáng)逐漸下降。磁光效應(yīng)光調(diào)制器磁光效應(yīng)又稱為法拉第效應(yīng)。當(dāng)光通過介質(zhì)傳播時(shí)723.3光無源器件光器件概述3.3.1光連接器Connector3.3.2光耦合器Coupler3.3.3光隔離器與環(huán)行器（Isolators&Circulators）3.3.4光調(diào)制器Modulators3.3.5光開光Switches3.3.6光衰減器Attenuator3.3光無源器件光器件概述733.3.5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。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)3.3.5光開關(guān)Switches實(shí)現(xiàn)光通道的通斷和轉(zhuǎn)換。光74機(jī)械光開關(guān)熱光開關(guān)電光開關(guān)微光機(jī)電系統(tǒng)（MOEMS）光開關(guān)的分類機(jī)械光開關(guān)光開關(guān)的分類75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，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76熱光效應(yīng)光開關(guān)基本結(jié)構(gòu)：MZ干涉儀，通過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，通過改變某一干涉臂的材料77磁光、電光效應(yīng)式光開關(guān)磁光、電光效應(yīng)式光開關(guān)78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)電流來實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)：速度快（~ns）、無損開關(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79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80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)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81I/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/OFibersImagingLensesReflec82

MirrorMirror83DetailedViewofMode-EclipsingOpticalSwitch--Lucent.

DetailedViewofMode-Ecl841NMEMSSwitch

1NMEMSSwitch85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86HP/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873.3光無源器件光器件概述3.3.1光連接器Connector3.3.2光耦合器Coupler3.3.3光隔離器與環(huán)行器（Isolators&Circulators）3.3.4光調(diào)制器Modulators3.3.5光開光Switches3.3.6光衰減器Attenuator3.3光無源器件光器件概述883.3.6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直接鍍膜型光衰減器（吸收模或反射模型）衰減片型光衰減器液晶型光衰減器光衰減器3.3.6光衰減器—Attenuator根據(jù)工作原理分類89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90技術(shù)指標(biāo)：衰減量、精度、反射、插損固定光衰減器尾纖式衰減量調(diào)節(jié)旋鈕技術(shù)指標(biāo)：衰減量、精度、反射、插損固定光衰減器尾纖式衰減量調(diào)91光纖通信-光器件課件92光纖通信-光器件課件93支撐未來光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件未來光網(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)處理器件支撐未來光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件未來光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展很大程度上是基于光器943.3光無源器件光纖通信原理與技術(shù)第三章光纖通信原理與技術(shù)第三章95ComponentsandModulesinDWDMNetworks

DWDMThinfilmfiltersFibergratingsWaveguidesCirculatorsInterleaversMux/Demux

modulesAmplifiersIsolatorsTapcouplersPumplasersGainequalizersAttenuatorsIntegrated

amplifiersSOAsOpticalSwitchesCirculatorsCouplersAdd/dropmodulesSwitchingTransmissionSourcelasersModulatorsWavelockersReceiversDetectorsTx/RxmodulesOver9000ProductsComponentsandModulesinDWDM963.3光無源器件光器件概述3.3.1光連接器Connector3.3.2光耦合器Coupler3.3.3光隔離器與環(huán)行器

（Isolators&Circulators）3.3.4光調(diào)制器Modulators3.3.5光開光Switches3.3.6光衰減器Attenuator3.3光無源器件光器件概述97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、光-電-光轉(zhuǎn)換、光信號(hào)放大、光信號(hào)調(diào)制等功能。是構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)的必備元件。光器件是具有上述一種功能的元器件的總稱。類型：無源、有源包括：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、光調(diào)制器、光開光、激光器、光檢測(cè)器、光放大器、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器等發(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983.3光無源器件光器件概述3.3.1光連接器Connector3.3.2光耦合器Coupler3.3.3光隔離器與環(huán)行器（Isolators&Circulators）3.3.4光調(diào)制器Modulators3.3.5光開光Switches3.3.6光衰減器Attenuator3.3光無源器件光器件概述99

3.3.1連接器和接頭

連接器是實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸(活動(dòng))連接的器件，主要用于光纖線路與光發(fā)射機(jī)輸出或光接收機(jī)輸入之間，或光纖線路與其他光無源器件之間的連接。

表3.5光纖連接器一般性能40~50PC型陶瓷-40~+80陶瓷-20~+70不銹鋼工作溫度/oC不銹鋼壽命（插拔次數(shù)）35~40FC型反射損耗/dB互換性/dB重復(fù)性/dB0.2~0.3插入損耗/dB性能型號(hào)或材料項(xiàng)目3.3.1連接器和接頭表3.51003.3.1光連接器—Connector技術(shù)指標(biāo)：插入損耗：光信號(hào)通過連接器之后，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3.3.1光連接器—Connector技術(shù)指標(biāo)：101損耗來源損耗來源102活動(dòng)連接器方法：利用精密陶瓷套筒準(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)連接器方法：利用精密陶瓷套筒準(zhǔn)直纖芯插入損耗目前水平0103FC型：螺紋連接。外部材料為金屬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。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。FC型：螺紋連接。外部材料為金屬SC型：外殼采用工程塑料，矩104光纖通信-光器件課件105固定連接器—接頭包括：熔接法、V形槽法和套管法固定連接器—接頭106光器件概述3.3.1光連接器Connector3.3.2光耦合器Coupler3.3.3光隔離器與環(huán)行器（Isolators&Circulators）3.3.4光調(diào)制器Modulators3.3.5光開光Switches3.3.6光衰減器Attenuator3.3光無源器件光器件概述3.3光無源器件1073.3.2光耦合器—Coupler定義：對(duì)同一波長(zhǎng)的光功率進(jìn)行分路或合路性能指標(biāo)：附加插入損耗、反射損耗和串?dāng)_類型：Y型、X型22耦合器、1N型、MN型結(jié)構(gòu)：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。13212433.3.2光耦合器—Coupler定義：對(duì)同一波長(zhǎng)的光功1081、工作原理消逝場(chǎng)耦合。PutthecorescloseenoughtogethertogetacouplingeffectAllnowdependsonthelengthofthecouplingsection1、工作原理消逝場(chǎng)耦合。Putthecoresclos109Commoncommercialdevices2、基本結(jié)構(gòu)－光纖型Commoncommercialdevices2、基本結(jié)110C--耦合系數(shù)22光纖耦合器P4P0輸入功率P1直通功率P3串?dāng)_P2耦合功率L錐形區(qū)域L錐形區(qū)域Z耦合區(qū)域C--耦合系數(shù)22光纖耦合器P4P0輸入功率P1直通功率P111被驅(qū)動(dòng)光纖的相位總比驅(qū)動(dòng)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)，纖芯變得過細(xì)后，將引起能量輻射，功率降低，插入損耗明顯增加。被驅(qū)動(dòng)光纖的相位總比驅(qū)動(dòng)光纖的相位滯后/2。耦合區(qū)兩纖芯中1121、插入損耗：特定的端口到另一端口路徑的損耗。如從輸入端口i到輸出端口j的路徑中的插入損耗為：2、附加損耗：輸入功率對(duì)總的輸出功率的比值。3、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：技術(shù)指標(biāo)：4、分光比或耦合比：輸出端口間光功率分配的百分比串?dāng)_＝P0P1P2P31、插入損耗：特定的端口到另一端口路徑的損耗。如從輸入端口i113散射矩陣表示法以22耦合器為例,用散射矩陣(傳播矩陣)S來分析:輸入場(chǎng)強(qiáng)a1a2b1b2S11S22S21S12輸出場(chǎng)強(qiáng)b＝Sa散射矩陣表示法以22耦合器為例,用散射矩陣(傳播矩陣)S來114a1輸入的大部分功率出現(xiàn)在輸出端口b1，就必須小。這表示a2中相同波長(zhǎng)光功率耦合進(jìn)入b1的光功率數(shù)值變小了，結(jié)果是在無源22耦合器中，使用相同的波長(zhǎng)將兩個(gè)輸入端所有的功率同時(shí)耦合進(jìn)同一輸出端口是不可能的。最好的方法是將每路輸入功率的一半發(fā)送到同一輸出端。然而，如果兩個(gè)輸入端的波長(zhǎng)不同，就可以把大部分功率耦合進(jìn)同一根光纖中。波長(zhǎng)相同的兩束光，分別從a1和a2兩個(gè)端口輸入，能否將兩個(gè)輸入端所有的功率同時(shí)耦合進(jìn)同一輸出端口？散射矩陣表示法假如從端口a1輸入的光功率中有比例為(1－)的部分出現(xiàn)在輸出端口b1，剩余的部分出現(xiàn)在端口b2。散射矩陣：a1a2b1b2a1輸入的大部分功率出現(xiàn)在輸出端口b1，就必須小。這表示115令Ein,2=0，則有Eout,1=(1/2)Ein,1和Eout,2=(j/2)Ein,1，輸出功率為：Pout,1=Eout,1Eout,1*=1/2Ein,12=1/2P0Pout,2=Eout,2Eout,2*=1/2Ein,12=1/2P03dB耦合器，＝0.5，輸出場(chǎng)強(qiáng)：令Ein,2=0，則有Eout,1=(1/2)Ein,1和1163dBcoupler3dBcoupler117LANandMANnetworksStarCoupler:Ninputaremixedandmadeavailableon8outputsReflectiveCoupler:inputcanbeonanyfiberandoutputissplitequallyamongallfibersP1PNPi1iN(P1+P2+…+PN)/NLANandMANnetworksStarCoupl118Iftwomixedsignals(ofdifferentwavelengths)areinjectedintoacouplerthepowertransferbetweenthewaveguideshasadifferentperiodforeachwavelength.Thecouplinglengthsarestronglywavelengthdependent!Iftwomixedsignals(ofdiffe119Theperiodoftheshiftisdifferentforthetwodifferentwavelengths.Eachcoupler/splittermustbedesignedfortheparticularwavelengthstobeused.WavelengthSelectiveCoupling/SplittingTheperiodoftheshiftisdif1201，221直通臂耦合臂12P0P1P2熔錐光纖型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)和特性1

21212121

21

21

21

2公共臂1，221直通臂耦合臂12P121光纖通信-光器件課件1222、基本結(jié)構(gòu)－微器件型微器件型用自聚焦透鏡和分光片(光部分透射，部分反射)、濾光片(一個(gè)波長(zhǎng)的光透射，另一個(gè)波長(zhǎng)的光反射)或光柵(不同波長(zhǎng)的光有不同反射方向)等微光學(xué)器件構(gòu)成。折射率分布1個(gè)周期（Pitch）自聚焦透鏡（SelfocLens）2、基本結(jié)構(gòu)－微器件型微器件型用自聚焦透鏡和分光片(光部123光學(xué)不變?cè)恚汗馐膶挾群桶l(fā)散角的乘積為常數(shù)。SelfocLens通過對(duì)光束進(jìn)行擴(kuò)束，達(dá)到準(zhǔn)直目的。光學(xué)不變?cè)恚汗馐膶挾群桶l(fā)散角的乘積為常數(shù)。124光纖P/4自聚焦透鏡P/4自聚焦透鏡光纖光纖P/4自聚焦透鏡P/4自聚焦透鏡光纖125單模光纖準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)80單模光纖準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)80126

圖3.31微器件型耦合器(a)T形耦合器；(b)定向耦合器；(c)濾光式解復(fù)用器；(d)光柵式解復(fù)用器

127衍射光柵型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖光纖透鏡光柵1231231+2+31+2+31+2+3123衍射光柵型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖光纖透鏡光柵1128采用棒透鏡的光柵型WDM光纖棒透鏡光柵1+2+31231+2+3123采用棒透鏡的光柵型WDM光纖棒透鏡光柵1+1292、基本結(jié)構(gòu)－波導(dǎo)型波導(dǎo)型在一片平板襯底上制作所需形狀的光波導(dǎo)，襯底作支撐體，又作波導(dǎo)包層。波導(dǎo)的材料根據(jù)器件的功能來選擇，一般是SiO2，橫截面為矩形或半圓形。PlanarWaveguideCoupler2、基本結(jié)構(gòu)－波導(dǎo)型波導(dǎo)型在一片平板襯底上制作所需形狀的130Y-Coupler(Splitter)光纖技術(shù)難實(shí)現(xiàn)，一般利用平面波導(dǎo)技術(shù)。port1port2(50%)＋port3(50%)Butlightenteringonport2willexitonport1attenuatedby50%(3dB)!ThusifwetrytocombinetwoinputsignalsbyusingaY-junction,thesignalsarecombinedbuteachsignalwilllosehalfofitspower!Y-Coupler(Splitter)Butlight131圖3.32波導(dǎo)型耦合器(a)T形耦合器；(b)定向耦合器；(c)波分解復(fù)用器；圖3.32波導(dǎo)型耦合器132光纖通信-光器件課件1333.3光無源器件光器件概述3.3.1光連接器Connector3.3.2光耦合器Coupler3.3.3光隔離器與環(huán)行器（Isolators&Circulators）

3.3.4光調(diào)制器Modulators3.3.5光開光Switches3.3.6光衰減器Attenuator3.3光無源器件光器件概述1343.3.3光隔離器和環(huán)行器3.3.3光隔離器和環(huán)行器1353.3.3光隔離器與環(huán)行器Isolators&Circulators非互易器件用途：放置于激光器及光放大器前面，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。3.3.3光隔離器與環(huán)行器Isolators&Cir136Faraday效應(yīng)：不具有旋光性的材料，在外磁場(chǎng)作用下，使通過它的偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)。具有這種效應(yīng)的材料叫磁光材料。磁光材料引起的光偏振面旋轉(zhuǎn)方向取決于外加磁場(chǎng)，與光的傳播方向無關(guān)（非互易）。這種效應(yīng)與材料的固有旋光效應(yīng)不同，在固有旋光效應(yīng)材料中，旋轉(zhuǎn)方向取決于光的傳播方向，與外加磁場(chǎng)無關(guān)(互易)。Faraday效應(yīng)：不具有旋光性的材料，在外磁場(chǎng)作用下，使通137外加磁場(chǎng)外加磁場(chǎng)Faraday旋磁材料外加磁場(chǎng)外加磁場(chǎng)Faraday旋磁材料138外加磁場(chǎng)外加磁場(chǎng)固有磁光材料外加磁場(chǎng)外加磁場(chǎng)固有磁光材料139磁光材料的光偏轉(zhuǎn)角：l—材料厚度（毫米）H—磁場(chǎng)強(qiáng)度（奧斯忒）V—維爾德常數(shù)（度/奧斯忒·毫米）lVH=q磁光材料的光偏轉(zhuǎn)角：l—材料厚度（毫米）H—磁場(chǎng)強(qiáng)度（奧140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

SOPLightout

Lightin

起偏器與檢偏器的透光軸成450角，旋光器使通過的光發(fā)生450旋轉(zhuǎn)。當(dāng)垂直偏振光入射時(shí)，全部通過起偏器。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。與輸入偏振態(tài)有關(guān)的光隔離器的工作原理PolarizerPo141光隔離器的原理外加磁場(chǎng)外加磁場(chǎng)450起偏器解偏器光隔離器的原理外加磁場(chǎng)外加磁場(chǎng)450起偏器解偏器142偏振無關(guān)光隔離器的工藝結(jié)構(gòu)RR(450)FR(450)RR(450)FR(450)oeeeoooePBS偏振無關(guān)光隔離器的工藝結(jié)構(gòu)RR(450)FR(450)143圖3.35一種與輸入光的偏振態(tài)無關(guān)的隔離器光纖輸出SWP半波片法拉弟旋轉(zhuǎn)器SWPSOP光纖輸入(a)光纖輸出SWP半波片法拉弟旋轉(zhuǎn)器SWP光纖輸入(b)圖3.35一種與輸入光的偏振態(tài)無關(guān)的隔離器光纖輸出144具有任意偏振態(tài)的入射光首先通過一個(gè)空間分離偏振器(SWP:SpatialWalkoffPolarizer)。這個(gè)SWP的作用是將入射光分解為兩個(gè)正交偏振分量，讓垂直分量直線通過，水平分量偏折通過。這個(gè)半波片的作用是將從左向右傳播的光的偏振態(tài)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，將從右向左傳播的光的偏振態(tài)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°。因而法拉弟旋轉(zhuǎn)器與半波片的組合可以使垂直偏振光變?yōu)樗狡窆?，反之亦然。最后兩個(gè)分量的光在輸出端由另一個(gè)SWP合在一起輸出，如圖3.35(a)所示。兩個(gè)分量都要通過法拉弟旋轉(zhuǎn)器，其偏振態(tài)都要旋轉(zhuǎn)45°。法拉弟旋轉(zhuǎn)器后面跟隨的是一塊半波片(plate或halfwaveplate)。具有任意偏振態(tài)的入射光首先通過一個(gè)空間分離145另一方面，如果存在反射光在反方向上傳輸，半波片和法拉弟旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)方向正好相反，當(dāng)兩個(gè)分量的光通過這兩個(gè)器件時(shí)，其旋轉(zhuǎn)效果相互抵消，偏振態(tài)維持不變，在輸入端不能被SWP再組合在一起，如圖3.35(b)所示，于是就起到隔離作用。另一方面，如果存在反射光在反方向上傳輸，半146光環(huán)形器基本原理：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）主要特性：

插入損耗隔離度價(jià)格三端口光環(huán)行器四端口光環(huán)行器光環(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147RR(450)FR(450)eeooRR(450)FR(450)oeoe端口1端口1端口2端口2端口3反射鏡偏振合波器光環(huán)行器的原理RR(450)FR(450)eeooRR(450)148光環(huán)行器的應(yīng)用啁啾光柵色散補(bǔ)償光環(huán)行器的應(yīng)用啁啾光柵色散補(bǔ)償149TxRxRxTx單纖雙向系統(tǒng)TxRxRxTx單纖雙向系統(tǒng)150IsolatorsIsolator/couplerhybridsIsolatorsIsolator/couplerhybr1513.3光無源器件光器件概述3.3.1光連接器Connector3.3.2光耦合器Coupler3.3.3光隔離器與環(huán)行器（Isolators&Circulators）3.3.4光調(diào)制器Modulators3.3.5光開光Switches3.3.6光衰減器Attenuator3.3光無源器件光器件概述1523.3.4光調(diào)制器Modulators光調(diào)制器：實(shí)現(xiàn)從電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換光調(diào)制的分類：從光源調(diào)制角度看，有兩種方法實(shí)現(xiàn)光調(diào)制，其一，將調(diào)制信號(hào)直接注入激光器（調(diào)制激光器驅(qū)動(dòng)電流），而實(shí)現(xiàn)激光輸出光強(qiáng)度等參數(shù)的調(diào)制--內(nèi)調(diào)制或直接調(diào)制（簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、引入較大的啁啾）；其二，將調(diào)制信號(hào)控制激光器后接的外調(diào)制器，利用調(diào)制器的電光、聲光等物理效應(yīng)使其輸出光的強(qiáng)度等參數(shù)隨信號(hào)而變--外調(diào)制（調(diào)制信號(hào)啁啾小）。按被調(diào)制光波的參數(shù)分：強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制等。3.3.4光調(diào)制器Modulators光調(diào)制器：實(shí)現(xiàn)從電153直接調(diào)制和外調(diào)制Laser

DirectModulationofLaserDiodeBias+DATAIssues--ComplexDynamicsYield

ExternalModulationofLaserDiodeLaserModulatorBiasBias+DATAIssues--AdditionalComponent直接調(diào)制和外調(diào)制LaserDirectModulat154光源的外調(diào)制技術(shù)調(diào)制信號(hào)不直接施加在LD上，而是施加在光調(diào)制器上。外調(diào)制技術(shù)分類：電光調(diào)制ElectroopticEffects電致吸收Electro-AbsorptionEffects磁光調(diào)制MagnetoopticEffects聲光調(diào)制AcousticModulators其中電光調(diào)制和電致吸收最為常用。光源的外調(diào)制技術(shù)調(diào)制信號(hào)不直接施加在LD上，而是施加在光調(diào)制155電光效應(yīng)光調(diào)制器電光效應(yīng)：電壓施加于某些電光晶體(如LiNbO3)

，導(dǎo)致晶體折射率發(fā)生變化，引起通過該晶體的光波特性發(fā)生變化。折射率變化n與外加電場(chǎng)E有著復(fù)雜的關(guān)系，可近似地認(rèn)為n與(rE+RE2)成正比。電光調(diào)制器主要利用普科爾(Pocket)效應(yīng).普科爾(Pocket)效應(yīng)：晶體折射率與外加電場(chǎng)幅度成線形變化克爾(Kerr)效應(yīng)：晶體折射率與外加電場(chǎng)幅度的平方成比例變化電光效應(yīng)光調(diào)制器電光效應(yīng)：電壓施加于某些電光晶體(如LiNb156晶體折射率隨外加電場(chǎng)而變化。具有非常好的消啁啾特性，適合于高速系統(tǒng)的超長(zhǎng)距離傳輸。但調(diào)制器的插入損耗大，需要較高的驅(qū)動(dòng)電壓(典型值為4V)，難以與光源集成，而且對(duì)偏振敏感。晶體折射率隨外加電場(chǎng)而變化。具有非常好的消啁啾特性，適合于高157V/2VVt調(diào)制電壓透射光強(qiáng)半波電壓V是把調(diào)制器從最小光強(qiáng)轉(zhuǎn)換到最大光強(qiáng)所需的電壓電光調(diào)制的透過率(調(diào)制器被偏置在V/2點(diǎn)上)(3.35)V/2VVt調(diào)制電壓透射光強(qiáng)半波電壓V是把調(diào)制器從最小15840Gb/sLiNbO3Modulator40Gb/sLiNbO3Modulator159電致吸收光調(diào)制器（EA）是一種損耗器件，利用Franz-Keldysh效應(yīng)和量子限制Stark效應(yīng)，工作在調(diào)制器材料吸收邊界波長(zhǎng)處。陡峭截止邊吸收帶半導(dǎo)體材料發(fā)生本征吸收的光波長(zhǎng)波限

:電致吸收光調(diào)制器（EA）是一種損耗器件，利用Franz-Ke160電致吸收光調(diào)制器(EA)Franz-Keldysh效應(yīng)：1958年提出，是指在電場(chǎng)作用下半導(dǎo)體材料的吸收邊紅移的理論。原理：改變調(diào)制器上的偏壓，使多量子阱(MQW)的吸收邊界波長(zhǎng)發(fā)生變化，進(jìn)而改變光束的通斷，實(shí)現(xiàn)調(diào)制。當(dāng)調(diào)制器無偏壓時(shí)，光束處于通狀態(tài)，輸出功率最大；隨著調(diào)制器上偏壓的增加，MQW的吸收邊移向長(zhǎng)波長(zhǎng)，原光束波長(zhǎng)處吸收系數(shù)增大，調(diào)制器為斷狀態(tài)，輸出功率最小。電致吸收光調(diào)制器(EA)Franz-Keldysh效應(yīng)：161使用材料：III-V族半導(dǎo)體材料特點(diǎn)：易與激光器集成、體積小、驅(qū)動(dòng)電壓低（~2V）、啁啾大于LN調(diào)制器（2.5Gb/s--640km;10Gb/s--80km)、調(diào)制碼率（40Gb/s）、消光比低于LN調(diào)制器（~10dB）40Gb/sEAModulator使用材料：III-V族半導(dǎo)體材料40Gb/sEAModu162光纖通信-光器件課件163IntensityModulatorPhaseModulatorIntensityModulatorPhaseModul164聲光效應(yīng)光調(diào)制器聲光效應(yīng)是指聲波作用于某晶體時(shí)，產(chǎn)生光彈性作用，使折射率發(fā)生變化，從而達(dá)到光調(diào)制的目的。特點(diǎn)：消光比高（~30dB）、驅(qū)動(dòng)功率較低、帶寬窄。聲光效應(yīng)光調(diào)制器聲光效應(yīng)是指聲波作用于某晶體時(shí)，產(chǎn)生光彈性作165磁光效應(yīng)光調(diào)制器磁光效應(yīng)又稱為法拉第效應(yīng)。當(dāng)光通過介質(zhì)傳播時(shí)，若在垂直光的傳播方向上加一強(qiáng)磁場(chǎng)，則光的偏振面產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角與介質(zhì)長(zhǎng)度、外磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。調(diào)制原理：經(jīng)起偏器的光信號(hào)通過磁光晶體，其偏轉(zhuǎn)角與調(diào)制電流有關(guān)。由于起偏器與檢偏器的透光軸相互平行，當(dāng)調(diào)制電流為零時(shí)，透過檢偏器的光強(qiáng)最大；隨著電流逐漸最大，旋轉(zhuǎn)角加大，透過檢偏器的光強(qiáng)逐漸下降。磁光效應(yīng)光調(diào)制器磁光效應(yīng)又稱為法拉第效