光纖通信-03-光無(wú)源器件

第3章光無(wú)源器件第3章光無(wú)源器件光無(wú)源器件在光纖通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用完成光波的接續(xù)、耦合、復(fù)用與解復(fù)用、衰減、隔離等信號(hào)與信息處理已成為光纖通信系統(tǒng)與光網(wǎng)絡(luò)不可或缺的重要組成部分光無(wú)源器件種類(lèi)繁多、功能各異，從功能上講，主要有光纖連接器、光纖耦合器、光波分復(fù)用／解復(fù)用器、光衰減器、光隔離器、光環(huán)行器等第3章無(wú)源光器件3.1光纖連接器3.2光纖耦合器3.3光衰減器3.4光隔離器和光環(huán)行器3.5光纖光柵3.6波分復(fù)用器3.1光纖連接器光纖連接器（OpticalLinker），又稱(chēng)光纖活動(dòng)連接器，俗稱(chēng)活接頭常用于光纖與光端機(jī)的連接，光纖線(xiàn)路與光測(cè)試儀器儀表的連接，光纖與光無(wú)源器件的連接是一種可拆卸重復(fù)使用的光無(wú)源器件在光纖通信系統(tǒng)、光信息處理系統(tǒng)、光學(xué)儀器儀表中，廣泛大量使用3.1光纖連接器針對(duì)不同的用途，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出種類(lèi)繁多的光纖連接器，一個(gè)好的光纖連接器設(shè)計(jì)的主要要求是：①插入損耗低②互換性好③易于裝配④環(huán)境敏感性好⑤成本低和可靠的結(jié)構(gòu)⑥易于連接一、光纖連接器的性能指標(biāo)不同結(jié)構(gòu)的光纖連接器的性能有很大差異不同應(yīng)用場(chǎng)合下，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)墓饫w連接器衡量光纖連接器的主要性能指標(biāo)有插入損耗回波損耗互換性和重復(fù)性等1．插入損耗（InsertionLoss）所謂插入損耗，是指光信號(hào)通過(guò)光纖連接器時(shí)，光纖連接器的輸出光功率Po與輸入光功率Pi之比的分貝數(shù)的負(fù)數(shù)插入損耗是光纖連接器的主要性能指標(biāo)，其值越小性能越好目前，單模光纖連接器的插入損耗一般低于1dB2．回波損耗（ReflectionLoss）回波損耗又稱(chēng)為后向反射損耗，是指光纖連接處，輸入光功率Pi與后向發(fā)射光功率Pr之比的分貝數(shù)的負(fù)數(shù)是度量光纖連接器對(duì)鏈路光功率反射的抑制能力回波損耗越大，對(duì)光源和光放大器等設(shè)備的影響越小，系統(tǒng)性能越好2．回波損耗（ReflectionLoss）不同端面的光纖連接器的回波損耗存在很大差異面對(duì)面連接FC型連接器的回波損耗較小，為25dB左右物理接觸連接PC型連接器的回波損耗較大，一般為35dB左右改進(jìn)的物理接觸連接APC連接器，兩光纖端面的傾斜角設(shè)計(jì)在8°左右，其回波損耗可達(dá)到50dB左右3．重復(fù)性和互換性重復(fù)性是指光纖連接器多次插拔后插入損耗的變化量，一般為0.1dB互換性是指光纖連接器部件更換時(shí)，插入損耗的變化量，一般也為0.1dB這兩項(xiàng)指標(biāo)用來(lái)考核光纖連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝的合理性，是表征其實(shí)用化的重要指標(biāo)二、光纖連接器的種類(lèi)光纖連接器基本上采用某種機(jī)械和光學(xué)結(jié)構(gòu)，將光纖的兩個(gè)端面精密對(duì)接起來(lái)最重要的就是要使兩根光纖的軸心對(duì)準(zhǔn)，使發(fā)射光纖輸出的光能量最大限度地耦合進(jìn)接收光纖并使其介入光路后對(duì)系統(tǒng)造成的影響降至最小二、光纖連接器的種類(lèi)常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)有螺絲卡口、卡銷(xiāo)固定、推拉式三種結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)常采用有直套筒和錐形套筒結(jié)構(gòu)二、光纖連接器的種類(lèi)光纖連接器的結(jié)構(gòu)種類(lèi)很多FC型連接器是在我國(guó)使用最多的光纖連接器，它是干線(xiàn)系統(tǒng)中采用的常見(jiàn)型號(hào)SC型連接器是光纖局域網(wǎng)、CATV和光纖接入網(wǎng)的主要型號(hào)此外，ST型連接器和LC型連接器也有一定量的應(yīng)用1．FC型光纖連接器FC連接器最早由日本NTT公司研制，是一種螺紋連接式光纖連接器外部加強(qiáng)方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣插針體采用外徑2.5mm的精密陶瓷插針1．FC型光纖連接器根據(jù)其插針端面形狀的不同，它可分為球面接觸的FC/PC和斜球面接觸的FC/APC兩種結(jié)構(gòu)FC連接器的制作材料陶瓷具有極大的耐磨性和一定的韌性及穩(wěn)定的尺寸，可保證FC連接器的使用壽命在1000次以上2．SC型光纖連接器SC型連接器是日本NTT公司開(kāi)發(fā)的光纖連接器是一種矩型插拔式光纖連接器，其外殼呈矩形所采用的插針與耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型完全相同，其插針的端面多采用球面接觸的PC或斜球面接觸的APC型研磨方式緊固方式是采用插拔銷(xiāo)閂式，不需旋轉(zhuǎn)2．SC型光纖連接器此類(lèi)連接器價(jià)格低廉，插拔操作方便，插入損耗波動(dòng)小，抗壓強(qiáng)度較高，安裝密度高SC型連接器廣泛用于光纖用戶(hù)網(wǎng)中3．ST型光纖連接器ST型連接器是由AT&T公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的圓形卡口式連接器采用帶鍵的卡口式鎖緊結(jié)構(gòu)插針體為外徑2.5mm的精密陶瓷插針，插針的端面形狀通常為PC面4．LC型光纖連接器LC型光纖連接器由Belllab開(kāi)發(fā)，采用操作方便的模塊化插孔閂鎖機(jī)理制LC型連接器所采用的插針和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，為1.25mm，提高了光配線(xiàn)架中連接器的密度目前，在單模光纖方面，LC類(lèi)型的連接器實(shí)際已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位3.2光纖耦合器與同軸電纜傳輸系統(tǒng)一樣，光纖通信系統(tǒng)或光纖測(cè)試系統(tǒng)也需將光信號(hào)進(jìn)行分路（分配）與合路，這需要光耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)光纖耦合器（OpticalCoupler）的功能是將一個(gè)端口輸入的光信號(hào)分配給多個(gè)端口輸出（光分路）或把多個(gè)輸入的光信號(hào)組合成一個(gè)輸出（光合路）是具有多個(gè)輸入端和多個(gè)輸出端的光纖匯接器件3.2光纖耦合器是光纖鏈路中最重要的無(wú)源器件之一光纖耦合器在電信網(wǎng)、有線(xiàn)電視網(wǎng)、用戶(hù)接入網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中大量應(yīng)用對(duì)光纖鏈路的影響主要是附加損耗，還有一定的反射和串?dāng)_噪聲光耦合器大多與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，與波長(zhǎng)有關(guān)的耦合器，專(zhuān)稱(chēng)為波分復(fù)用／解復(fù)用器一、光纖耦合器類(lèi)型光耦合器按結(jié)構(gòu)可以是棱鏡型、平面波導(dǎo)型和光纖型耦合器等其中光纖耦合器由于制作時(shí)只需要光纖，不需要其它光學(xué)元件，與傳輸光纖容易連接且損耗較低、耦合過(guò)程無(wú)需離開(kāi)光纖，體積小，是目前常用的一種光耦合器2×2光纖耦合器2×2光纖耦合器是簡(jiǎn)單的基本器件，通用結(jié)構(gòu)是熔融拉錐型光纖耦合器除了2×2型耦合器外，還會(huì)用到多端口定向耦合器，這時(shí)可以采用星型耦合器2×2光纖耦合器2×2光纖耦合器制作過(guò)程是將兩根去除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)拉伸最終在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)通過(guò)控制光纖扭轉(zhuǎn)的角度和拉伸的長(zhǎng)度，可得到不同分光比的光纖耦合器2×2光纖耦合器分光原理就是通過(guò)改變光纖間的消逝場(chǎng)相互耦合的耦合度和耦合長(zhǎng)度，以及改變光纖纖徑來(lái)實(shí)現(xiàn)不同大小的分支量反之也可以將多路光信號(hào)合為一路信號(hào)2×2光纖耦合器假設(shè)耦合器沒(méi)有損耗時(shí)，可以得到沿z軸方向從一根光纖到另一根光纖耦合的功率是根據(jù)功率守恒，在構(gòu)成光纖耦合器的兩根光纖性能參數(shù)完全相同時(shí)，有可以看出，被驅(qū)動(dòng)光纖的相位總比驅(qū)動(dòng)光纖的相位滯后90°2×2光纖耦合器這個(gè)相位關(guān)系可以隨著z的增加而保持而當(dāng)滿(mǎn)足Kz=π/2時(shí)，所有的功率從光纖a轉(zhuǎn)移到光纖b中，此后光纖b稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)光纖由這種相位關(guān)系，這種2×2耦合器是定向耦合器，也就是在被驅(qū)動(dòng)波導(dǎo)中沒(méi)有能量能耦合進(jìn)沿負(fù)z方向反向傳播的波導(dǎo)中，即理想情況下，端口4無(wú)輸出2×2光纖耦合器實(shí)際應(yīng)用中，只要相互作用長(zhǎng)度和耦合系數(shù)設(shè)計(jì)適當(dāng)，可以按任意比例在直通臂和耦合臂中分配光功率如果KW=π/4，則從輸入臂輸入的光功率平均分配給直通臂和耦合臂，得到所謂的3dB耦合器如果由端口1和端口4輸入光信號(hào)，可合并為一路光信號(hào)，從端口2或3輸出，或反之星型耦合器星型耦合器的主要作用是將M個(gè)輸入功率復(fù)合后再平均分配到N個(gè)輸出端口制作星型耦合器也可以采用熔融光纖法，或者光柵、微光技術(shù)等其它光學(xué)方案星型耦合器光纖熔融技術(shù)是制作N×N耦合器的最常用的方法例如將8根光纖按照上述的熔融拉錐過(guò)程可以得到一個(gè)8×8的光纖耦合器但是，由于加熱和拉伸過(guò)程中眾多光纖間耦合響應(yīng)控制的難度，限制了N>2耦合器的大規(guī)模制作星型耦合器星型耦合器也可以采用2×2耦合器級(jí)聯(lián)的方式構(gòu)造12個(gè)2×2耦合器級(jí)聯(lián)成一個(gè)8×8耦合器的例子二、光纖耦合器的主要性能指標(biāo)衡量光纖耦合器的性能指標(biāo)很多，包括插入損耗、附加損耗、分光比、隔離度等1．附加損耗附加損耗Le是指所有輸出端口的光功率總和相對(duì)于輸入總光功率損失的分貝數(shù)的負(fù)值2×2型光纖耦合器光功率從端口1輸入P1，端口2、3輸出，則附加損耗等于：1．附加損耗在理想狀態(tài)下，輸出功率之和應(yīng)該等于輸入功率附加損耗定量給出了實(shí)際情況和理想狀態(tài)的差別附加損耗是體現(xiàn)器件制造工藝質(zhì)量的指標(biāo)，反映的是器件制作過(guò)程的固有損耗光耦合器附加損耗越小越好，是制作質(zhì)量?jī)?yōu)劣的考核指標(biāo)2．插入損耗插入損耗是指光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖耦合器后，每一路光信號(hào)輸出相對(duì)于輸入光信號(hào)光功率損失的分貝數(shù)的負(fù)值如從端口1輸入，端口3輸出，則它們之間的插入損耗為2．插入損耗插入損耗所表示的是各個(gè)輸出端口的輸出功率狀況不僅有固有損耗的因素，更考慮了分光比的影響因此不同的光纖耦合器，插入損耗的差異并不能反映器件制作質(zhì)量的優(yōu)劣3．分光比分光比是指光纖耦合器各輸出端口的輸出功率的比值在應(yīng)用中，分光比是根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)光節(jié)點(diǎn)所需的光功率的多少而確定合適的分光比（平均分配的除外）光分路器的分光比與傳輸光的波長(zhǎng)有關(guān)4．隔離度隔離度是指光分路器的一個(gè)輸入端的光功率和由分路器反射到其它端的光功率的比值的分貝數(shù)，有時(shí)也稱(chēng)為方向性二、光纖耦合器的主要性能指標(biāo)以上各個(gè)指標(biāo)中，隔離度對(duì)于光分路器的意義更為重大在實(shí)際應(yīng)用中，往往要求光耦合器的隔離度達(dá)到40dB以上，否則將影響整個(gè)系統(tǒng)的性能另外，光耦合器的穩(wěn)定性也是一個(gè)重要的指標(biāo)所謂穩(wěn)定性是指在外界溫度變化或其它器件的工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，光耦合器的性能指標(biāo)都應(yīng)基本保持不變實(shí)際上光耦合器的穩(wěn)定性完全取決于廠(chǎng)家的工藝水平，不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品質(zhì)量差別相當(dāng)大3.3光衰減器光衰減器（OpticalAttenuator）是插入光鏈路中控制光能衰耗的一種無(wú)源器件它是光纖通信系統(tǒng)和光纖測(cè)試鏈路中不可或缺的一類(lèi)光器件，常用來(lái)評(píng)價(jià)光路系統(tǒng)的靈敏度校正光功率計(jì)等效代替相應(yīng)衰減量長(zhǎng)度光纖等場(chǎng)合主要是在光鏈路中對(duì)光信號(hào)功率進(jìn)行定量或不定量的衰減，以滿(mǎn)足用戶(hù)的各種要求3.3光衰減器光衰減器的種類(lèi)很多按工作原理，光衰減器可分為位移型衰減片型智能型等按其衰減量的變化方式不同，可分為固定式光衰減器可變式光衰減器位移型光衰減器在第2章已知，當(dāng)兩段光纖進(jìn)行連接時(shí)，必須達(dá)到相當(dāng)高的對(duì)準(zhǔn)精度，才能使光信號(hào)以較小的損耗傳輸反過(guò)來(lái)，若將光纖的對(duì)準(zhǔn)精度做適當(dāng)調(diào)整，就可控制其衰減量有意使光纖在對(duì)接時(shí)產(chǎn)生一定錯(cuò)位，使光能量損失一些，從而達(dá)到控制衰減量的目的衰減片型光衰減器衰減片型光衰減器是直接將具有吸收特性的衰減片固定在光路中來(lái)達(dá)到衰減光信號(hào)目的衰減片采用吸收型玻璃片或在玻璃基片上鍍吸收膜的方法來(lái)制作智能型光衰減器通過(guò)電路控制微型電機(jī)，帶動(dòng)齒條，使濾光片平移，再將數(shù)據(jù)編碼盤(pán)檢測(cè)到的實(shí)際衰減量信號(hào)反饋到電路中進(jìn)行修正，從而達(dá)到自動(dòng)驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)檢測(cè)和顯示光衰減量的目的3.4光隔離器與光環(huán)行器光隔離器（OpticalIsolator）是一種只允許光信號(hào)沿光路正向傳輸?shù)姆腔ヒ仔詿o(wú)源器件它對(duì)正向傳輸光有較低的插入損耗，而對(duì)反向傳輸光有很大損耗，用以抑制光傳輸系統(tǒng)中回波對(duì)光源等器件的不利影響一、光隔離器的工作原理光隔離器的物理基礎(chǔ)是晶體材料的法拉第效應(yīng)在外加磁場(chǎng)作用下，入射的線(xiàn)偏振光經(jīng)過(guò)一定厚度的磁光材料，出射的線(xiàn)偏振光偏振面相對(duì)入射光偏振面轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，稱(chēng)為介質(zhì)的磁致旋光效應(yīng)介質(zhì)的磁致旋光效應(yīng)對(duì)光的偏振方向的改變只與磁場(chǎng)方向有關(guān)，與光的傳播方向無(wú)關(guān)光隔離器就是利用了晶體的這種非互易旋光性使光正向傳輸，反向隔離一、光隔離器的工作原理典型的偏振相關(guān)型隔離器由光纖準(zhǔn)直器、兩個(gè)偏振片和—個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器FR組成，兩偏振片的通光方向成45°二、光隔離器的性能指標(biāo)光隔離器的主要性能指標(biāo)有插入損耗反向隔離度回波損耗等1．插入損耗光隔離器的插入損耗L，是指在光路中插入光隔離器時(shí)，引起正向光信號(hào)功率的降低值，以分貝（dB）表示光隔離器的插入損耗來(lái)源于偏振器、法拉第旋轉(zhuǎn)器和光纖準(zhǔn)直器，與各分立元件的透射比及裝配精度有密切關(guān)系插入損耗一般為0.4dB，插入損耗最大為0.6dB2．反向隔離度反向隔離度表征隔離器對(duì)反向傳輸光的衰減能力，由光信號(hào)反向通過(guò)光隔離器時(shí)引起的功率損耗值，以分貝表示3．回波損耗回波損耗是指正向入射到隔離器中的光功率和沿輸入路徑返回隔離器輸入端口的光功率之比其典型值為60dB由各元件和空氣折射率失配并形成反射引起，其主要來(lái)源是入射光的準(zhǔn)直光路部分采用斜面耦合工藝和端面鍍制增透膜可有效提高整個(gè)器件的回波損耗三、光環(huán)行器光環(huán)形器（OpticalCirculator）的作用是把光信號(hào)流按一個(gè)方向從一個(gè)端口送到另一個(gè)端口防止光信號(hào)沿錯(cuò)誤的方向傳播而引起不必要的串?dāng)_整個(gè)環(huán)形器的原理類(lèi)似于一個(gè)公路上的環(huán)島，光信號(hào)就像經(jīng)過(guò)環(huán)島的汽車(chē)，只能沿一個(gè)固定的方向行駛?cè)?、光環(huán)行器典型的環(huán)行器一般有三個(gè)或四個(gè)端口三端口環(huán)形器中，端口1輸入的信號(hào)由端口2輸出，端口2輸入的信號(hào)由端口3輸出三、光環(huán)行器光環(huán)形器的基本原理和結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，與光隔離器的工作原理相似基本結(jié)構(gòu)由偏振分束器（PBS）、法拉第旋轉(zhuǎn)器、半波片、棱鏡和準(zhǔn)直器組成偏振分束器把兩個(gè)正交偏振態(tài)的光分開(kāi)或者融合到一起法拉第旋轉(zhuǎn)器和半波片是用來(lái)改變?nèi)我馄駪B(tài)輸入光的偏振態(tài)的三、光環(huán)行器沿光束傳播方向的前一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器對(duì)輸入光的傳播方向沒(méi)有要求，而后一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器對(duì)光的傳播方向是有要求的這樣輸入的光信號(hào)經(jīng)過(guò)偏振分束器分成兩個(gè)正交的偏振分量，又經(jīng)過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)器改變其偏振態(tài)，并在其后的端口輸出反向則因?yàn)槠駪B(tài)是正交的所以不能被傳輸，這樣回波信號(hào)就被隔離3.5光纖光柵1978年，Hill等人首次發(fā)現(xiàn)光纖光敏性，采用駐波寫(xiě)入法獲得自感應(yīng)光柵1989年，Mehz等人發(fā)展了紫外光側(cè)面寫(xiě)入光敏光柵技術(shù)，光纖光柵技術(shù)逐漸趨于成熟和商業(yè)化到1993年，光纖敏化技術(shù)的進(jìn)步和相位掩模板的使用，使光纖光柵實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)3.5光纖光柵光纖光柵（FG，F(xiàn)iberGrating）是光纖纖芯折射率受到永久的周期性微擾而形成的一種光纖無(wú)源器件，它能將入射光中某一特定波長(zhǎng)的光部分或全部反射光纖光柵按工作原理，可分為光纖Bragg光柵和長(zhǎng)周期光纖光柵（LPG）一、光纖Bragg光柵光纖Bragg光柵就是利用紫外光（峰值波長(zhǎng)為240nm的光波）通過(guò)相位掩模板（或適當(dāng)光路）對(duì)光敏光纖曝光，在光纖中產(chǎn)生折射率的周期分布，形成光柵它的周期一般在1μm以下，也稱(chēng)為短周期光纖光柵光纖Bragg光柵能夠把某個(gè)方向傳輸?shù)男灸Ｄ芰狂詈辖o反方向傳輸?shù)男灸?，形成在諧振波長(zhǎng)附近一定帶寬的能量反射一、光纖Bragg光柵光纖光柵的諧振波長(zhǎng)λB

與光柵周期Λ的關(guān)系為Bragg光柵基本特性表現(xiàn)為一個(gè)反射式的光學(xué)濾波器，反射峰值波長(zhǎng)即為Bragg波長(zhǎng)λB

一、光纖Bragg光柵若Bragg光柵的節(jié)距或柵距是線(xiàn)性改變的，稱(chēng)為啁啾Bragg光柵在這種光柵中，由于節(jié)距線(xiàn)性改變，入射光的各個(gè)波長(zhǎng)在光柵的不同深度被反射回來(lái)，因而補(bǔ)償了各個(gè)波長(zhǎng)在傳輸時(shí)間上的變化，可應(yīng)用于色散補(bǔ)償一、光纖Bragg光柵由啁啾光柵和環(huán)形器組成的色散補(bǔ)償光路長(zhǎng)波長(zhǎng)信號(hào)在光柵周期大的地方先反射短波長(zhǎng)的信號(hào)在光柵周期小的地方后反射二、長(zhǎng)周期光纖光柵長(zhǎng)周期光纖光柵（LPG）是利用紫外光通過(guò)振幅模板直接照在光敏光纖上，在光纖中產(chǎn)生折射率的周期性分布它的周期較長(zhǎng)，在幾十至幾百微米能夠?qū)崿F(xiàn)芯模與同一方向傳播的包層模的耦合，被光纖涂覆層吸收而迅速消耗掉，從而形成一定帶寬的能量損耗，且不存在反射二、長(zhǎng)周期光纖光柵長(zhǎng)周期光纖光柵的透射諧振波長(zhǎng)λ滿(mǎn)足其基本特性表現(xiàn)為一個(gè)帶阻濾波器，帶阻寬度一般為十幾到幾十納米二、長(zhǎng)周期光纖光柵長(zhǎng)周期光柵透射譜的帶寬較寬，幾乎沒(méi)有反射光，尤其是它與光纖系統(tǒng)的天然兼容性，使得插入損耗很低，特別適合于用作摻鉺光纖放大器的增益均衡器可以用幾個(gè)不同諧振波長(zhǎng)和帶寬的長(zhǎng)周期光柵串接，使得串接后總的透射譜與EDFA放大器的增益譜均衡，達(dá)到輸出增益譜的平坦化現(xiàn)在已經(jīng)能夠僅用一根非均勻的長(zhǎng)周期光柵，就可實(shí)現(xiàn)EDFA的平坦3.6波分復(fù)用器波分復(fù)用器／解復(fù)用器是一種波長(zhǎng)選擇型耦合器其功能就是把多個(gè)不同波長(zhǎng)的光波復(fù)合后，注入到同一根光纖中傳輸或把輸入光口的多個(gè)不同波長(zhǎng)的光波分開(kāi)，輸出到不同的光端口輸出3.6波分復(fù)用器波分復(fù)用器／解復(fù)用器又稱(chēng)為合波器或分波器一、波分復(fù)用器的性能指標(biāo)光波分復(fù)用器／解復(fù)用器性能的優(yōu)劣對(duì)于WDM系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量有決定性的影響WDM系統(tǒng)對(duì)光波分復(fù)用器／解復(fù)用器的特性要求是插入損耗小，信道間的串?dāng)_小，通帶損耗平坦等1．插入損耗插入損耗是指對(duì)于某一特定通道，輸出端標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)信號(hào)功率與輸入端該標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)信號(hào)功率比值的對(duì)數(shù)，是對(duì)同一波長(zhǎng)而言的2．信道隔離度與串?dāng)_信道隔離度與串?dāng)_是度量WDM信道之間相互干擾程度的參數(shù)從信道i輸出端口測(cè)得的該信道標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)信號(hào)功率Pi(λi)與從信道j輸出端口測(cè)得的該波長(zhǎng)信號(hào)功率Pj(λi)之間的比值，定義為信道j對(duì)信道i的隔離度其倒數(shù)稱(chēng)為信道i對(duì)信道j的串?dāng)_3．通帶特性通帶特性是指波分復(fù)用器／解復(fù)用器分配給某輸出端口的光波波長(zhǎng)范圍從復(fù)用信道數(shù)考慮，通道帶寬越窄越好從光源譜寬、傳輸信號(hào)速率和降低串?dāng)_等因素考慮，通道帶寬越寬越好3．通帶特性按通道帶寬不同，可將波分復(fù)用器／解復(fù)用器分為三類(lèi)：稀疏波分復(fù)用器／解復(fù)用器，其通道間隔為10~100nm密集波分復(fù)用器／解復(fù)用器，其信道間隔為1~10nm超密集波分復(fù)用器／解復(fù)用器，其通道間隔為0.1~1nm二、波分復(fù)用器的種類(lèi)及工作原理根據(jù)制造的特點(diǎn)，WDM器件大致有熔融光纖型干涉濾波器型光柵型等幾種類(lèi)型1．熔融光纖耦合型波分復(fù)用器熔融光纖型波分復(fù)用器實(shí)質(zhì)為耦合功率對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性的光纖耦合器通過(guò)改變?nèi)廴诶F工藝，使耦合器輸出端口的分光比隨波長(zhǎng)具有顯著變化的特征而制作的器件結(jié)構(gòu)類(lèi)似于2×2單模光纖耦合器1．熔融光纖耦合型波分復(fù)用器當(dāng)兩光纖傳播常數(shù)相同時(shí)，這時(shí)耦合系數(shù)K與波長(zhǎng)相關(guān)，對(duì)于波長(zhǎng)λ1與λ2，當(dāng)耦合長(zhǎng)度W滿(mǎn)足得到耦合比1．熔融光纖耦合型波分復(fù)用器因此，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的耦合長(zhǎng)度和熔融區(qū)的錐度，控制好拉錐速度，將會(huì)使波長(zhǎng)λ1、λ2從輸入端口輸入，波長(zhǎng)λ1從直通臂輸出，波長(zhǎng)λ2從耦合臂輸出2．介質(zhì)薄膜干涉濾波器型波分復(fù)用器介質(zhì)薄膜濾波器由多層不同材料、不同折射率和不同厚度的介質(zhì)膜按設(shè)計(jì)要求組合而成每層厚度為λ/4，一層為高折射率，一層為低折射率，交替疊合而成2．介質(zhì)薄膜干涉濾波器型波分復(fù)用器當(dāng)光入射到高折射率介質(zhì)薄膜層時(shí)，光反射不產(chǎn)生相移；當(dāng)光入射到低折射率介質(zhì)薄膜層時(shí)，反射光產(chǎn)生180°相移由于介質(zhì)薄膜層厚度為四分之一波長(zhǎng)，因而經(jīng)低折射率層反射的光當(dāng)?shù)竭_(dá)經(jīng)高折射率層反射的光的位置經(jīng)歷了360°相移，它們同向疊加產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射光相反，其它波長(zhǎng)的光波將會(huì)成為透射光2．介質(zhì)薄膜干涉濾波器型波分復(fù)用器這樣，通過(guò)使用多層介質(zhì)薄膜可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某一波長(zhǎng)范圍的光呈現(xiàn)帶通，而對(duì)其它波長(zhǎng)呈帶阻，從而形成所要求的濾波特性2．介質(zhì)薄膜干涉濾波器型波分復(fù)用器利用這種對(duì)某指定波長(zhǎng)的選擇特性的干涉濾波器就可將不同波長(zhǎng)的光波分離或合并起來(lái)3．光柵型波分復(fù)用器利用光纖Bragg光柵的波長(zhǎng)選擇性，再結(jié)合環(huán)形器，可以實(shí)現(xiàn)WDM合波／分波器多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)從端口1輸入，端口2輸出進(jìn)入光柵。假設(shè)λ2滿(mǎn)足光柵的Bragg條件而被反射回來(lái)，其余波長(zhǎng)通過(guò)光柵，λ2反射回來(lái)進(jìn)入端口2，從端口3輸出，實(shí)現(xiàn)分波即解復(fù)用3．光柵型波分復(fù)用器利用光纖Bragg光柵的波長(zhǎng)選擇性，再結(jié)合環(huán)形器，可以實(shí)現(xiàn)WDM合波／分波器在合波（復(fù)用）端，插入波長(zhǎng)λ2從端口3進(jìn)入，端口1輸出，進(jìn)入光柵，但反射后從端口1輸入，與其它波長(zhǎng)一起從端口2輸出，實(shí)現(xiàn)合波即復(fù)用4．陣列波導(dǎo)光柵型波分復(fù)用器陣列波導(dǎo)光柵（AWG，ArrayedWaveguideGrating）型波分復(fù)用器是以光集成技術(shù)為基礎(chǔ)的平面波導(dǎo)型器件它由輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)、波導(dǎo)陣列光柵及兩個(gè)平面耦合波導(dǎo)組成典型的制造過(guò)程是在硅晶片上沉積一層薄薄的二氧化硅，并利用光刻技術(shù)形成所需的圖案，腐蝕成型4．陣列波導(dǎo)光柵型波分復(fù)用器A