光纖的制造工藝和光器件

光纖的制造工藝和光器件第一頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件2光纖的制造工藝原料(SiO2和摻雜物質(zhì))制作預制棒對檢驗合格的預制棒進行拉絲原料檢驗成品預制棒檢驗第二頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件3光纖預制棒的制作

光纖預制棒簡稱光棒，是一種在橫截面上有一定折射率分布和芯/包比的的透明的石英玻璃棒。根據(jù)折射率的不同光棒可從結(jié)構(gòu)上分為芯層和包層兩個部分，其芯層的折射率較高，是由高純SiO2材料摻雜折射率較高的高純GeO2材料構(gòu)成的，包層由高純SiO2材料構(gòu)成。

光纖預制棒制造技術是光纖制作工藝的核心，光纖的制作方法取名于預制棒的制造方法。第三頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件4光纖預制棒的制作制作方法四十年來，發(fā)展出很多種光纖制造工藝，經(jīng)淘汰選擇，目前比較流行且保持批量生產(chǎn)的有四種。

OVDVADMCVDPCVD外部氣相沉積法；

氣相軸相沉積法；

改進的化學氣相沉積法；

等離子化學氣相沉積法。

外包技術。第四頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件5拉絲第五頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件6拉絲

拉伸爐使預制棒在高溫下(2000~22000C)熔融，在重力的作用下往下垂，并形成細絲，經(jīng)直徑監(jiān)控設備檢測達到標準后，(最初的一滴熔融熱玻璃從預制棒的底部拉出，延展成光纖的起點，一般情況這一起始段都是廢品)，就可以穿過涂覆器，這樣光纖表面就涂上了保護層。再經(jīng)過紫外固化爐的固化，涂層就緊密結(jié)合在光纖表面，涂覆后的光纖由牽引輪牽引收到線軸上。

正確地控制拉絲溫度、收絲速度是至關重要的。

第六頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件7成品光纖的測試：性能測試：帶寬、損耗、拉力強度等。光纖的外徑為125±1μm，涂覆后的直徑為250±10μm。單模光纖的波段劃分(單位：nm)O(原始)波段:1260-1360E(擴展)波段:1360-1460S(短)波段:1460-1530C(常規(guī))波段:1530-1560L(長)波段:1560-1625U(超長)波段:1625-1675第七頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件8其他材料制作的光纖(1)多組分玻璃光纖：特點是纖芯-包層折射率變化范圍大，NA大，但材料損耗大；(2)塑料光纖：成本低，但損耗很大，溫度性能差；(3)中紅外光纖：大于1.55um散射損耗低；(4)液芯光纖：纖芯為液體，可以滿足特殊需要；(5)晶體光纖：纖芯為晶體，可用于制造各種有源和無源光器件。第八頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件9***自聚焦透鏡（GradeindexLens）

漸變折射率材料有徑向漸變和軸向漸變折射率材料，自聚焦透鏡是使用徑向漸變折射率材料制成的透鏡，其折射率分布式沿徑向漸變的柱狀光學透鏡。具有準直、聚焦和成像功能。光線在空氣中傳播當遇到不同介質(zhì)時，由于介質(zhì)的折射率不同會改變其傳播方向。傳統(tǒng)的透鏡成像是通過控制透鏡表面的曲率，從而完成聚焦和成像功能的。自聚焦透鏡同普通透鏡(球透鏡)的區(qū)別在于，自聚焦透鏡材料不僅能夠使沿徑向傳輸?shù)墓猱a(chǎn)生折射，而且其沿徑向逐漸減小的折射率分布，能夠?qū)崿F(xiàn)出射光線被平滑且連續(xù)的匯聚到一點。第九頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件101、均勻折射率分布材料2、依靠彎曲的光學界面實現(xiàn)光學成像3、通過非球面來克服像差，提高成像質(zhì)量1、漸變折射率分布材料2、依靠光線軌跡的彎曲實現(xiàn)光學成像3、通過優(yōu)化折射率分布，提高成像質(zhì)量第十頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件11自聚焦光纖：折射率按平方分布的光纖－光纖的傳播軌跡為正弦曲線－經(jīng)一周期后又會聚到另一點。自聚焦透鏡原理上就是一段自聚焦光纖。不同點：芯徑大(2mm或更大)，長度短(僅1~2個周期)，數(shù)值孔徑大(0.2~0.6，可由長短決定大小)；制作工藝也不同，采用離子交換工藝。第十一頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件12優(yōu)點：1、直徑小，體積微型化，焦距超短；

2、端面平面，便于光學加工、系統(tǒng)調(diào)節(jié)；

3、長度和折射率改變可引起透鏡焦距和成像特性的變化，可以起幾個普通透鏡的作用；

4、像差可通過改變透鏡材料組分和離子交換工藝來控制；

5、還可用于彎曲傳像;6、光線軌跡為sin或cos曲線，可形成“自聚焦”。主要應用：光纖通信中的光無源器件、復印傳真機、攝影物鏡、顯微物鏡和醫(yī)用內(nèi)窺鏡等。第十二頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件13自聚焦透鏡利用了梯度變折射率分布沿徑向逐漸減小的變化特征，其折射率變化由下式表述。N0——表示自聚焦透鏡的中心折射率A——表示自聚焦透鏡的折射率沿徑向分布的常數(shù)(聚焦參數(shù))，可以是A或。

折射率分布的簡化表示：第十三頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件14自聚焦透鏡的重要特性：重要性能參數(shù)：焦距：f=-1/[n0A1/2sin(A1/2L)]聚焦參數(shù)：A=2D/a2數(shù)值孔徑：NA=n0(2D)1/2自聚焦透鏡的直徑：D節(jié)距：P=2p/A1/2，沿正弦軌跡傳播，完成一個正弦波周期的長度即成為一個截距P；長度Z——自聚焦透鏡的長度為透鏡兩端面軸心間的距離

。

成像特性：與透鏡長度有關：1/4節(jié)距透鏡1/2節(jié)距透鏡0.23節(jié)距透鏡0.29節(jié)距透鏡第十四頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件150.25Plens:onaxis第十五頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件160.25Plens：offaxis雙光纖準直器,波分復用器件第十六頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件170.23Plens：anglecompress第十七頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件180.29Plens：faculacompress第十八頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件19自聚焦透鏡的應用：(1)聚焦與準直透鏡在聚焦時存在著結(jié)構(gòu)尺寸大，結(jié)構(gòu)復雜，聚焦光斑大，不能再端面聚焦的缺點，但自聚焦透鏡在聚焦時克服了這些缺點。根據(jù)自聚焦透鏡的傳光原理，對于Z=1/4P節(jié)距的自聚焦透鏡，當從一端面輸入是一束平行光時，經(jīng)過自聚焦透鏡后光線匯聚在另一端面上，由球差理論可得自聚焦透鏡聚焦點光斑的尺寸公式為：R為焦點處光斑的半徑,NA為數(shù)值孔徑,f為焦距,N0為軸上的折射率。準直是聚焦功能的逆向運用，根據(jù)自聚焦透鏡的傳光原理，對于Z=1/4P節(jié)距的自聚焦透鏡，當匯聚光從自聚焦透鏡一端面輸入時，經(jīng)過自聚焦透鏡后會轉(zhuǎn)變成平行光線。第十九頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件20(2)光耦合

由于自聚焦透鏡可以通過水平端面完成聚焦功能，加之其簡單圓柱外形，使得其在進行光能量鏈接及轉(zhuǎn)換中有著很廣泛的用途，自聚焦透鏡的這種聚焦功能使其能夠應用于多種光耦合場所，從而改善普通透鏡的光耦合效果。第二十頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件21為了達到更好的聚焦效果，會在平端面透鏡一端面加工一個1~3mm的曲面，此曲面與使得透鏡彌散斑小，因此球面自聚焦透鏡可減小聚焦光斑尺寸。第二十一頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件22

L1為光源或光纖到自聚焦透鏡端面的距離，Z為自聚焦透鏡的長度，L2為自聚焦透鏡端面到光纖的距離。為了使光源或光纖發(fā)出的光經(jīng)過自聚焦透鏡聚焦后能夠有效地耦合進光纖，需要調(diào)節(jié)L1和L2的距離來達到最佳耦合效率。

第二十二頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件23準直透鏡：

許多應用中需要將光纖發(fā)出的發(fā)散光束變換為平行光束，可通過在光纖輸出端加一準直透鏡來實現(xiàn)。

準直透鏡是將光纖置于自聚焦透鏡的焦點上。經(jīng)自聚焦透鏡后，輸出端光束的半徑和發(fā)散角為其中為光纖纖芯半徑，為數(shù)值孔徑；Z為自聚焦透鏡的長度，稱為透鏡的聚焦常數(shù)。第二十三頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件24上式中，若透鏡長度Z取為節(jié)距的1/4時，，上式成為這表明，光束的束寬(半徑)正比于光纖的數(shù)值孔徑，而發(fā)散角正比于光纖纖芯半徑。單模光纖(芯徑10μm,數(shù)值孔徑0.1)：光束直徑為0.67mm，光束發(fā)散角為1.5mrad,是很好的平行光束。多模光纖(芯徑50μm,數(shù)值孔徑0.2)：光束直徑為1.33mm，光束發(fā)散角為7.5mrad,光束平行度稍差些。第二十四頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件25耦合透鏡：

將光源(LD或另一光纖輸出光)的功率有效地耦合進入光纖時，可利用自聚焦透鏡作為耦合透鏡，將光纖置于自聚焦透鏡端面上，也可將多個自聚焦透鏡級聯(lián)。這時有式中，l是光源到透鏡前端面的距離；是經(jīng)透鏡輸出光光斑最大半徑；是經(jīng)透鏡輸出光束的張角；是光源半徑；是光源輸出光張角對應的數(shù)值孔徑?？梢钥吹剑x擇合適的物距l(xiāng)值與透鏡長度Z，與接收光纖參數(shù)匹配，可以使與盡可能地小，可取得最良好的耦合效果。第二十五頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件26(3)自聚焦透鏡成像自聚焦透鏡除了具備一般曲面透鏡的成像功能還具備端面成像的特性。對于P/2及1P截距的自聚焦透鏡其端面成像機理如圖2.5所示。P/2截距的自聚焦透鏡其端面成等大倒像，而1P截距的自聚焦透鏡其端面成等大正像。對于P/4截距的自聚焦透鏡物在無窮遠處時象在其后端面（只要物距遠遠大于透鏡長度時可理解為無窮遠）。第二十六頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件27等高成像透鏡：

在復印機、傳真機、印刷機等成像光學系統(tǒng)中需要采用1：1成像系統(tǒng)。這時采用自聚焦透鏡最為簡便，因為一根自聚焦透鏡可滿足正立、等倍、實像的條件。而普通透鏡至少需要三塊透鏡組合成復合透鏡。實際使用時，將物置于自聚焦透鏡物方主平面上，在像方主平面上就會成一個物等高的實像。透鏡長度應在半倍節(jié)距和一倍節(jié)距之間。采用自聚焦透鏡可使物象變換系統(tǒng)大大縮短物像共軛長度。同時，它在整條直線上成像分辯率相同，可使整個視場的傳遞函數(shù)值比較均勻，從而提高成像質(zhì)量。第二十七頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件28光纖準直器：

利用自聚焦透鏡構(gòu)成體積小巧的準直器。或者逆向傳輸，實現(xiàn)聚焦功能，把平行光束聚焦到光纖傳輸。第二十八頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件292.光環(huán)行器光環(huán)行器的基本工作原理:通過一系列端口沿一個方向傳送光信號。即:在端口1輸入的光信號只會在端口2輸出；在端口2輸入的光信號只會在端口3輸出；在端口3輸入的光信號只會在端口1輸出。方向性一般大于50dB。端口1端口2端口3第二十九頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件30-450+450-450+450+450+450+450+450端口1(只有輸入)端口2(輸出/輸入)端口3(輸出/輸入)端口4(只有輸出)+450+450+450+450-450+450-450+450+450+450-450+450+450+450:光束位移器:波片:法拉第旋轉(zhuǎn)片:垂直偏振:水平偏振第三十頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件31光束位移器:

由強雙折射材料(晶體)制成，它將不同偏振的光沿有微小差別的方向偏折。輸入光是非偏振的，但是進入晶體后分成兩束，一束垂直偏振，另一束水平偏振；垂直偏振的一束向上偏折而水平偏振的一束直線通過。法拉第旋轉(zhuǎn)片:

對光的偏振面的旋轉(zhuǎn)具有非互異性，設計成正向通過時偏振面被旋轉(zhuǎn)+450角，反向通過時依然被旋轉(zhuǎn)+450角。波片片:

對光的偏振面的旋轉(zhuǎn)具有互異性，設計成正向通過時偏振面被旋轉(zhuǎn)+450角，反向通過時被旋轉(zhuǎn)-450角。第三十一頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件32第三十二頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件33光環(huán)行器的主要應用光纖光柵型WDM；OADM以及其他波長路由器件；雙向傳輸系統(tǒng)；光發(fā)射機1光發(fā)射機2光接收機1光接收機2122331第三十三頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件34光環(huán)行器的主要應用反射鏡。第三十四頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件353.光衰減器光衰減器是隨著光纖通信的發(fā)展出現(xiàn)的一種光器件，實現(xiàn)對光信號能量進行預期地衰減，可用于光通信線路/系統(tǒng)的評估、研究以及調(diào)整、校正等。分類位移型光衰減器直接鍍膜型光衰減器(吸收膜或反射膜型光衰減器)衰減片型光衰減器液晶型光衰減器橫向位移型光衰減器縱向位移型光衰減器第三十五頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件36(1)位移型光衰減器橫向位移型光衰減器單模光纖的模場分布:光纖軸線橫向錯位d后傳輸?shù)降诙鶈文９饫w的端面時，模場分布變化為:第三十六頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件37相對于第二根光纖纖芯，入射光束的模場分布發(fā)生了變化，帶來了由于模場失配產(chǎn)生的能量損失。忽略光纖的軸向間隙，橫向位移引起的光能量損耗為:因此，可以設計出相應于不同損耗的橫向位移參數(shù)，并通過一定的機械定位方式予以實現(xiàn)，得到所需要的光衰減器。通常，橫向位移參數(shù)的數(shù)量級在微米量級，所以一般不用來制作可變衰減器，僅用于固定衰減器類型。第三十七頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件38軸向位移型光衰減器光纖端面的間隙s同樣也會帶來光能量的損失，也可以通過高斯光束失配的方法，求得由于光纖端面間的軸向間隙引起的光能量損失:在設計橫向位移型光衰減器時，只要用機械的方式將兩根光纖拉開一定距離進行對中，就可實現(xiàn)衰減的目的。這種類型的固定光衰減器可以看成是損耗大的光纖連接器，設計時通常與連接器的結(jié)構(gòu)結(jié)合起來考慮，外形也酷似光纖連接器。第三十八頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件39(2)直接鍍膜型光衰減器直接鍍膜型光衰減器通常的做法是直接在光纖端面鍍制金屬吸收膜或反射膜，利用吸收膜或反射膜來衰減光能量。(3)衰減片型光衰減器衰減片型光衰減器直接將具有吸收特性的衰減片固定在光纖的端面上或光路中，從而達到衰減光信號的目的。這種方法可以用來制作固定光衰減器，也可以用來制作可變光衰減器。第三十九頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件40衰減片型光衰減器的具體做法是通過機械裝置，將衰減片直接固定在準直光路中，當光信號經(jīng)過第一個光纖準直器準直后，通過衰減片時光能量被衰減，再經(jīng)過第二個光纖準直器聚焦耦合到輸出光纖。使用不同衰減量的衰減片，就可以得到相應衰減值的光衰減器。衰減片常用的材料主要有:紅外有色光學玻璃、晶體、光學薄膜和濾光片等。第四十頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件41衰減片型可變光衰減器衰減片型可變光衰減器可以分為三種:a雙輪式可變光衰減器(a)步進式雙輪可變光衰減器盤1盤2衰減片第四十一頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件42這種結(jié)構(gòu)的光路采用平行光路，在光路中插入兩個具有固定衰減量的圓盤，不同衰減量的衰減片分別裝在兩個圓盤上，通過旋轉(zhuǎn)兩個這兩個圓盤，使兩個圓盤上的不同衰減片相互組合，即可獲得不同檔位的衰減量。衰減片可采用鍍膜或吸收型玻璃片制作。(b)連續(xù)可變雙輪式光衰減器步進圓盤連續(xù)可變衰減片衰減片第四十二頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件43連續(xù)可變光衰減器的總體結(jié)構(gòu)和工作原理同雙輪式可變光衰減器相似。不同的是在衰減元件上做了相應的設計變化，它由一個步進圓盤和一片連續(xù)變化的衰減片組合而成。步進圓盤有相應的衰減檔位，這樣通過步進圓盤的粗檔和連續(xù)變化衰減片的細檔共同作用即可達到連續(xù)衰減光能量的目的。連續(xù)衰減片:采用真空鍍膜的方法，在圓形光學玻璃片上鍍制金屬吸收膜而制成；鍍膜時，采用特殊的專用扇形裝置(可連續(xù)均勻地改變其張角)來覆蓋玻璃基片，使得所鍍的膜層厚度逐漸均勻變化，從而使衰減量連續(xù)變化。第四十三頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件44b平移式光衰減器這種光衰減器的衰減元件改用全量程連續(xù)變化的慮光片，慮光片的制作方法同扇形連續(xù)變化衰減片相似，使所鍍膜的光學密度隨慮光片平移的方向呈線性變化；其他元件與雙輪式結(jié)構(gòu)一樣。連續(xù)可變衰減片光纖準直器1光纖準直器1第四十四頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件45連續(xù)變化慮光片的透過率:式中，k是常數(shù)，由慮光片吸收系數(shù)和慮光片的幾何尺寸決定；s是慮光片垂直于光路的位移量；T0是慮光片起始處的透射率。這種光學結(jié)構(gòu)的衰減器，其連續(xù)變化的衰減量的線性度依賴于吸收膜的均勻性、慮光片位移面的平整性。第四十五頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件46c智能型機械式光衰減器前面所講的幾種光衰減器都采用了機械定位或機械調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)衰減量、刻度盤讀數(shù)等方法，不可避免地或多或少帶來一定的精度誤差。智能型光衰減器通過電路控制電動齒輪，驅(qū)動可調(diào)衰減元件按預定的衰減量變化，同時將檢測到的實際衰減量作為反饋信號，反饋到電路中對衰減量進行修正，從而達到自動驅(qū)動、自動檢測和顯示光衰減量的目的。光衰減部件驅(qū)動電路監(jiān)控電路顯示電路計算機遠端控制第四十六頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件47(4)液晶型光衰減器液晶型光衰減器利用分子軸扭向排列的液晶。:光束位移器:玻璃基片:透明電極:液晶層第四十七頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件48工作原理:光纖入射的光信號被光束位移器分成兩束線偏振光，經(jīng)過液晶層時，如果液晶層沒有加電壓，則兩束線偏振光的振動面同時被旋轉(zhuǎn)450角，旋轉(zhuǎn)后的偏振光再經(jīng)過第二個光束位移器合為一束平行光出射，然后耦合進光纖。當液晶層加相應的電壓以后，液晶晶向旋轉(zhuǎn)θ角，兩束偏振方向互相垂直的線偏振光經(jīng)過此時的液晶時同時被旋轉(zhuǎn)(450+θ)角度，經(jīng)過第二個光束位移器時合為一束平行光時造成光能量的損耗。液晶晶向旋轉(zhuǎn)角θ隨外加電壓的變化而變化。第四十八頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件49光衰減器基于功能的分類光衰減器的特性參數(shù):固定光衰減器可變光衰減器a衰減量和插入損耗；b衰減精度；c回波損耗。第四十九頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件504光開關光開關是光纖通信中作為光路切換之用的，實現(xiàn)光通道的通斷和轉(zhuǎn)換。比如主用光纖和備用光纖之間的切換，或者光交換機中的光路切換，實現(xiàn)全光層的路由選擇、光交叉連接、自愈保護等功能。光開關是實現(xiàn)全光網(wǎng)絡的核心技術之一。光開關的性能參數(shù):a插入損耗:輸出端口相對于輸入端口光能量的損耗，以分貝表示。光開關是以光為核心實現(xiàn)光的通斷的系統(tǒng)部件，不存在光電轉(zhuǎn)換。

第五十頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件51b回波損耗:從輸出端口返回到輸入端口的光功率與輸入端輸入的光功率的比值，以分貝表示。c隔離度:兩個相隔離輸出端口之間，非輸出端口的光功率與輸出端口光功率之間的比值，也以分貝表示。d開關時間:指開關端口從某一初始狀態(tài)轉(zhuǎn)為通或斷所需的時間，測量開關時間時從施加或撤去轉(zhuǎn)換能量的時刻開始。第五十一頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件52輸出光纖輸出光纖各種類型的光開關光開關可以分為機械式和非機械式光開關。(1)機械光開關機械光開關通過移動光纖或其他光學器件從而達到改變光信號方向的目的。機械裝置控制光纖或其他光器件切換光路第五十二頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件53光開關器件中，準直和會聚光器件分別在輸入端和輸出端將光束進行準直以便控制以及會聚聚焦到輸出光纖。機械光開關的共同點是它們運作都涉及到光器件的移動，精確的移動設計要求非常嚴格。機械光開關是最簡單最便宜的光開關，在光通信領域得到了廣泛的應用；主要應用于保護交換、以及必要時能夠交換信號但又不經(jīng)常發(fā)生光路切換的場合。機械裝置使輸入光纖的一小段長度發(fā)生彎曲，或通過機械觸發(fā)/電觸發(fā)的方式改變光路方向。第五十三頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件54(2)電光/磁光/聲光光開關利用晶體在外加電壓/磁場，或者聲波通過晶體材料時光學特性會相應的發(fā)生變化，最終導致光信號之間的相位變化或者偏振態(tài)發(fā)生預期的變化。第五十四頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件55(3)熱光光開關熱光光開關技術主要是用來制造小型光開關，通過集成多個1×2光開關也可組成較大的陣列。熱光光開關產(chǎn)生開關效應的機理是熱光效應。熱光效應通過加熱的方法，使光傳輸?shù)慕橘|(zhì)的溫度發(fā)生變化，導致光在介質(zhì)中傳播的折射率和相位發(fā)生變化。折射率隨溫度的變化關系:式中，n0為溫度變化之前的折射率，ΔT為溫度的變化，α為熱光系數(shù)，單位是/0C。第五十五頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件56溫度變化最終導致相位的變化:a干涉式熱光光開關(M-Z干涉型)1243在Si或NiLiO3基底上生成3dB耦合器構(gòu)成的對稱M-Z干涉儀，其中一個干涉臂上鍍有金屬加熱器，形成相位延遲器。多采用Si基底，因為散熱比較好。金屬膜加熱器NiLiO3基底第五十六頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件57設定溫度為T0時，兩條干涉臂產(chǎn)生的相位差為0，對于3端口來說，光信號產(chǎn)生干涉加強輸出，而4端口干涉相消沒有光能量輸出；當溫度為(T0+ΔT)時，3端口和4端口正好反過來，4端口產(chǎn)生干涉加強輸出光信號，而3端口沒有光能量輸出，達到3端口和4端口切換光路的目的。干涉式熱光光開關結(jié)構(gòu)緊湊，但是對光波長敏感，而且需要進行精密溫度控制。b數(shù)字式熱光光開關(DOS)第五十七頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件58數(shù)字式熱光光開關的原理和結(jié)構(gòu)比較簡單，一般是通過模式重組來實現(xiàn)光路切換的動作，通過加熱光路分支的折射率，從而控制光路的改變。最簡單的數(shù)字式是1×2的Y型光纖耦合器分支結(jié)構(gòu):金屬膜加熱器式中，T0為設定室溫，TC為光通路改變的臨界溫度，α為熱光系數(shù)。第五十八頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件59為了實現(xiàn)模式選擇的絕熱狀態(tài)，要求分支角很小，一般在零點幾度或者零點零幾度。通常采用熱光系數(shù)高的聚合物制作波導。不加熱時，n上大于n下，光信號從1端口輸出，加熱到一定溫度時，

n上小于于n下，光信號切換到2端口輸出。數(shù)字式熱光光開關結(jié)構(gòu)簡單，制作容差大、當輸入電壓控制溫度變化時光強呈階躍特性。(4)噴墨氣泡光開關第五十九頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件60氣泡光開關技術是利用氣泡和波導之間的全反射來達到光路切換的目的。安捷倫(Agilent

)公司的噴墨氣泡光開關第六十頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件61每個溝道中填充有與波導相同折射率的匹配液，中部有一個微電阻，HP的噴墨技術控制微電阻，使其發(fā)熱產(chǎn)生氣泡，并使氣泡移動到交叉點，光信號在氣泡界面發(fā)生全反射，此時光信號處于關的狀態(tài)，切換到另一條光路傳輸，否則光路處于開的狀態(tài)。氣泡盡管在移動，但是氣泡光開關不存在機械移動部分，開關時間(氣泡產(chǎn)生消失時間)在ms量級。第六十一頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件62:波導:溝道第六十二頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件63(5)液晶光開關液晶光開關技術利用液晶晶向在外電場的作用下會發(fā)生改變，晶向又影響在液晶中傳輸?shù)钠窆獾钠駪B(tài)。一般情況，設計液晶光開關時，液晶在未加電壓時對偏振光的偏振態(tài)不會施加影響，保持原來的的偏振態(tài)在液晶中傳播，當給施加一定電壓后，液晶晶向的變化導致偏振態(tài)發(fā)生改變，使其旋轉(zhuǎn)900，從而改變光信號的傳輸方向。第六十三頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件64端口1端口2輸入端端口1端口2輸入端:水平偏振:垂直偏振:光束位移器:液晶第六十四頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件65(6)全息光開關全息光開關利用布拉格光柵實現(xiàn)對光的選擇性反射。通過全息技術在晶體內(nèi)部生成布拉格光柵，當沒有外加電壓時，光能直接通過晶體，從輸出端口輸出；反之，給晶體施加電壓改變布拉格光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，此時布拉格光柵把光信號反射到另一個輸出端口，達到切換光路的目的。

(7)微機電系統(tǒng)(MEMS)光開關MEMS(或MOEMS:微光學電子機械系統(tǒng))光開關被認為是全光網(wǎng)絡中最有應用前景的一項光開關技術。第六十五頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件66MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)是指將微型機械、微型執(zhí)行器、信號處理和控制電路等集于一體的可批量制作的微型器件或系統(tǒng)。而MOEMS(Micro-Opto-Electro-MechanicalSystem)

把微光學應用到微機電系統(tǒng)中，這是微機電系統(tǒng)在光纖通信中的重要應用。

微光學電機械芯片是包含一個或一個以上微機械元件的光系統(tǒng)或光電子系統(tǒng)，其應用遍及光纖通信、光顯示、及光學傳感等多個方面。

第六十六頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件67MEMS光開關的控制原理MEMS光開關是利用機械開關的原理，同時利用平面波導技術，將微機械系統(tǒng)集成在單片硅基底上；實用化的MEMS光開關原理十分簡單，其結(jié)構(gòu)實質(zhì)上是微鏡片陣列，當進行光交換時，通過移動或改變鏡片角度，把光信號直接送到或反射到光開關陣列的不同輸出端。

鏡片的移動、鏡片角度的改變多采用靜電法驅(qū)動或磁感應法驅(qū)動、光功率驅(qū)動、熱驅(qū)動、電致伸縮法驅(qū)動。不同的驅(qū)動方式?jīng)Q定了MEMS光開關的控制和驅(qū)動電路的形式不同，由于MEMS對光器件的改變精度要求很高，因此對相關的控制和驅(qū)動電路很嚴格。

第六十七頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件685光分插復用器(OADM)OADM的作用是在通信網(wǎng)絡節(jié)點處分下和插入一個或多個波長的光信號，它以光信號為操作對象，直接在光層上實現(xiàn)中間局站業(yè)務的分出和插入，拋棄了SDH的相關電設備；SDH的分插復用速率為155Mb/s，最大是2.5Gb/s，而OADM分插光信道，每個光信道的速率可以是2.5Gb/s或者是10Gb/s甚至更大，這也是OADM的分插復用速率，有效地克服了SDH終端設備的電子瓶頸問題。第六十八頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件69OADM的實現(xiàn)方法(1)光纖光柵+環(huán)行器型OADM環(huán)行器1環(huán)行器2123123n個波長輸入n個波長輸出控制部分固定多波長OADM波長可調(diào)諧OADM…DEMUXdrop…MUXadd…DEMUXdrop…MUXadd第六十九頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件70(2)

光纖光柵+M-Z干涉儀型OADM

FBGλdropλaddn個輸入MZI3dB耦合器3dB耦合器n個輸出M-Z干涉儀的其中一個臂可以由PZT(壓電陶瓷)控制，從而控制輸出耦合器的相位。

第七十頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件71環(huán)行器11111111222233333332222多個波長輸入多個波長輸出濾波器2濾波器環(huán)行器光開關可變光衰減器(3)薄膜濾波器+光開關型OADMAddλ1Addλ2Addλ3Addλ4Dropλ1Dropλ2Dropλ3Dropλ4λ1λ2λ3λ4λ1λ2λ3λ433第七十一頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件72(4)波分復用器+光開關型OADM………………λaddλdropn個輸入信號n個輸出信號光開關DEMUXMUX…………第七十二頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件73任意波長的業(yè)務都可以分插的OADM利用波長變換器對上下路波長業(yè)務進行變換。n個輸入信號n個輸出信號DEMUXMUX…………波長變換器adddrop光開關陣列第七十三頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件74波長變換器波長變換器:顧名思義，就是改變信號光的波長，同時又保持信號光所承載的信息不變。對早期鋪設的1310nm窗口的通信光纖不適合采用WDM系統(tǒng)進行升級擴容，因此在復用和解復用處就需要波長變換器對波長進行變換。不同的網(wǎng)絡管理可能沒有協(xié)調(diào)一致的波長分配，此時也需要波長變換器。波長變換有光/電/光的方法和全光方法。前者首先將光信號解復用后轉(zhuǎn)換為電信號，電信號再調(diào)制所需波長的激光器；后者還不成熟，正在研究中。第七十四頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件75光分插復用可以在光碼分多址組網(wǎng)技術構(gòu)成的全光網(wǎng)絡開放結(jié)構(gòu)中按需要在光交叉連接設備的節(jié)點或光交換網(wǎng)絡節(jié)點之間自由分接和復用。第七十五頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件766光交叉連接器(OXC)光交叉連接技術和光分插復用技術一樣，都是是全光網(wǎng)絡的核心技術。對于無波長變換能力的OXC構(gòu)成的光網(wǎng)絡，路由選擇受到波長連續(xù)性限制，即一條光通道的各復用段必須采用相同的波長。這樣的光通道稱為波長通道。光交叉連接設備中的路由/波長分配對于具有(或部分具有)波長變換能力的OXC構(gòu)成的光網(wǎng)絡，路由選擇有更多的自由度。這樣的光通道稱為虛波長通道。第七十六頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件77波長通道必須在光通道層找到一條鏈路，在這條鏈路的所有復用段中，有一個共同的波長是空閑的，如果找不到這樣的鏈路，這個傳送請求被阻塞，采用集中控制方式；而虛波長通道因為采用了波長變換器使得業(yè)務在不同的復用段可以占用不同的波長，大大降低了業(yè)務的阻塞，采用分布式控制。從光交叉連接器的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，其實現(xiàn)形式可以分為三類:(1)光纖交叉連接(FXC)1122MM……輸入光纖輸出光纖第七十七頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件78光纖交叉連接將任意一根輸入光纖中的所有波長業(yè)務一次性地交叉連接到任意一根輸出光纖，交換的基本單位是一路光纖，并不對多波長業(yè)務進行解復用，可以看成是自動光纖配線架。FXC結(jié)構(gòu)簡單，交叉連接的顆粒度最大，可提供最簡單的配置和網(wǎng)絡恢復能力,對于光纖切斷的大故障，F(xiàn)XC是一種較好的解決方案。但是這種交叉連接器在WDM光網(wǎng)絡中不能實現(xiàn)多波長通道的靈活性，無法實現(xiàn)波長路由，即端到端的波長業(yè)務。第七十八頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件79(2)波長選擇交叉連接(WSXC)光纖1光開關DEMUXMUX光纖2光纖n光纖1光纖2光纖n………………………………λ1λ2λnλ1λ2λnλ1λ2λn第七十九頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件80波長選擇交叉連接，又稱波長固定交叉連接，將輸入光纖中任意波長交叉連接到使用相同波長的輸出光纖，不同光纖中的相同波長之間進行交換。即多路光纖中的光信號分別由各自的解復用器解復用，然后相同波長的業(yè)務進行交換，交換后的各路相同波長的業(yè)務各自輸出端的復用器，復用后最后耦合進各輸出光纖。顯然，WSXC實現(xiàn)了單波長粒度的業(yè)務交換，具有提供端到端的波長業(yè)務能力和波長級業(yè)務量的疏導能力，可以實現(xiàn)復雜網(wǎng)絡波長路由的保護和恢復。但這種結(jié)構(gòu)存在波長阻塞問題，即無法處理不同光纖中的相同波長業(yè)務進入同一條輸出光纖。第八十頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件81(3)波長交換交叉連接(WIXC)DEMUXMUX……波長變換器光開關陣列…………光纖1光纖2光纖m…光纖1光纖2光纖m…第八十一頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件82波長交換交叉連接，或者叫波長可變交叉連接，即采用了波長變換器，具有波長變換的能力，能夠?qū)⑷我庖桓斎牍饫w中的任意波長交叉連接到使用不同波長的任意一根輸出光纖上。因此各波長光信號可以實現(xiàn)完全靈活的交叉連接，在組網(wǎng)、業(yè)務提供和恢復方面有很大的靈活性。不會產(chǎn)生波長阻塞。這種實現(xiàn)方法又分為專用波長變換器和共用波長變換器。前者是每一個波長經(jīng)過交換后都配有波長變換器，而后者是所有輸入波長共用一組波長變換器，經(jīng)過變換后的波長業(yè)務再次由光開關交換到所需要的輸出光纖，提高了波長變換器的利用率。第八十二頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件83DEMUXMUX……:波長變換器光開關陣列……光纖1光纖2光纖m…光纖1光纖2光纖m…………第八十三頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件84光交叉連接器的功能:(1)路由選擇以及交叉連接功能。為不同的光通道業(yè)務進行選路，對輸入輸出業(yè)務按照不同交換粒度的要求建立交叉連接。(2)對業(yè)務的疏導。OXC都是處于網(wǎng)絡之間的節(jié)點處，可能是主干網(wǎng)或城域網(wǎng)之間，或者不同網(wǎng)絡之間，在這些網(wǎng)絡節(jié)點要求OXC對不同速率、不同波長業(yè)務的信息進行靈活的交換。(3)網(wǎng)絡的保護和恢復。通過動態(tài)的網(wǎng)絡重構(gòu)網(wǎng)絡，在網(wǎng)絡的光層直接進行重新配置，拋棄O/E/O轉(zhuǎn)換，比電層更快、更高效，滿足超大容量的網(wǎng)絡重構(gòu)，保證數(shù)據(jù)不丟失。第八十四頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件85多粒度交換:(4)模塊化升級功能。包括波長模塊化和鏈路模塊化。波長模塊化是指OXC添加新波長時的升級能力；鏈路模塊化是指OXC添加鏈路時的升級能力。(5)無阻塞的全光網(wǎng)絡交換功能。由于未來的全光網(wǎng)絡通信是超大容量的通信，阻塞對系統(tǒng)的性能影響非常大。路由的選路算法和虛波長通道。按照交換粒度的大小分，可以分為單波長粒度、波帶粒度和光纖粒度交換，這就是所謂的多粒度交換，有靜態(tài)疏導和動態(tài)疏導兩種方案。第八十五頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件86靜態(tài)疏導將輸入業(yè)務直接送到需要交換的端口處，即:將需要進行光纖粒度交換的業(yè)務匯聚到光纖交叉連接(FXC)端口、將需要波帶粒度交換的業(yè)務匯聚到波帶交叉連接(BXC)端口、將需要波長粒度交換的業(yè)務匯聚到波長交叉連接端口(WXC)分別進行交換并將交換的業(yè)務送到輸出端。動態(tài)疏導首先讓所有的業(yè)務都通過FXC。其中需要較小粒度交換的業(yè)務將通過FXC交換到BXC輸入口，同時將需要更小粒度交換的業(yè)務交換到WXC輸入端口，然后交叉連接到對應的輸出端。第八十六頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件87OXC的故障恢復功能:一般情況，實現(xiàn)OXC的故障恢復可分為兩個功能塊:路由功能塊和旁路功能塊。路由功能塊由分波器、光開關和波長變換器等構(gòu)成，主要完成:(1)、波長交換，將輸入端任意鏈路的任意波長倒換到任意輸出端；(2)、鏈路出現(xiàn)故障時，將故障鏈路的工作波長倒換到備份波長并重新選擇正常的鏈路；(3)、由備份波長返回到工作波長并選擇其需要的鏈路。旁路功能塊由分波器、合波器等構(gòu)成，將備份波長分配給所需要的鏈路而不經(jīng)過波長變換。第八十七頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件887光波長轉(zhuǎn)換器光波長轉(zhuǎn)換器（WavelengthConverter）是一種實現(xiàn)將光信號從某一波長的光載波轉(zhuǎn)換至另一波長光載波的器件，是波分復用光通信系統(tǒng)向光網(wǎng)絡演變的一個關鍵性器件。它可以在光通信網(wǎng)絡中廣泛地用于光交換、波長路由以及光信號的全光再生等。光/電/光式光波長轉(zhuǎn)換器全光波長轉(zhuǎn)換器第八十八頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件89波長變換器的光通信網(wǎng)絡中的作用：

盡管DWDM的傳輸帶寬可以滿足每個用戶的要求，但是目前的可用波長數(shù)目卻大大少于實際所需的數(shù)量，因為光通信網(wǎng)絡中的波長數(shù)量決定了具有獨立地址的節(jié)點數(shù)或可選路由數(shù)。可用波長數(shù)的匱乏使DWDM通信網(wǎng)絡的阻塞率大大提高，同時兩個或兩個以上波長信號向相同的路由連接時，就會造成波長競爭。如果沒有波長變換器，要在兩個節(jié)點間建立光的連接，光路上所有光路的連接必須采用同一波長。第八十九頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件90

有了波長路由器，只要各鏈路有未被占用的空閑波長，就可通過波長變換器建立通信路由，從而把路由的全局分配變?yōu)楸镜胤峙洌崿F(xiàn)波長的再利用，大大提高波長利用率，有效解決波長阻塞/波長競爭，動態(tài)路由選擇。另外，波長變換器的使用，有利于網(wǎng)絡的運行、管理、控制和通道的保護倒換。波長變換器使得光通信網(wǎng)絡變得更加靈活，可以使用非標準波長進行本地通信。

OADM和OXC也能實現(xiàn)在不同波長間進行交換功能，但是其結(jié)構(gòu)復雜且成本高，有時候必須經(jīng)過電/光、光/電轉(zhuǎn)換，存在著“電子瓶頸效應”。第九十頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件91光/電/光波長轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)原理圖

功能定義：

首先利用光探測器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，再將此信號存儲于電存儲器中，然后用此電信號驅(qū)動可調(diào)諧激光器，變成另一波長的光信號。特點：

(1)信噪比高、偏振無關、轉(zhuǎn)換速率可達10Gbit/s、可實現(xiàn)消光比增強及信號再生、技術成熟；

(2)透明性受影響、光電轉(zhuǎn)換線路復雜，終究要受電子瓶頸的限制。(1)光/電/光式光波長轉(zhuǎn)換器：第九十一頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件92(2)全光波長轉(zhuǎn)換器(WC--WavelengthConerter):

全光波長轉(zhuǎn)換器是將信號從一個波長變?yōu)榱硪粋€波長而不需要變換到電域，因此具有高速、寬帶、透明(與信號格式無關)的特點。利用SOA中的交叉增益調(diào)制(SOA-XGM)利用SOA中的交叉相位調(diào)制(SOA-XPM)利用SOA中的四波混頻效應(SOA-FWM)第九十二頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件93SOA-XGM型全光波長轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)原理圖

a.基于SOA-XGM的WC工作原理：隨著輸入光功率的增加，由于受激輻射，SOA中載流子的消耗相應增加，載流子濃度下降，導致SOA增益減少，即發(fā)生增益飽和現(xiàn)象。此時，如果把一束波長為λS（與目標波長相同）的連續(xù)探測光注入SOA，當信號光處于高功率（邏輯1）時，由于SOA的增益飽和效應，探測光不能得到放大（邏輯0）；相反，當信號光處于邏輯0時，探測光被放大（邏輯1）。此即為交叉增益調(diào)制效應（XGM）。于是，強度調(diào)制信息就從信號光λC加載到了探測光λS上，實現(xiàn)了波長變換，只是輸出信號在邏輯上與原信號相反。CSFilterSSOACW第九十三頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件94SOA-XGM的特點優(yōu)點：可以達到較高的轉(zhuǎn)換速率，可到10Gb/s；輸出光與原信號光反相；轉(zhuǎn)換效率高；偏振無關（要求使用的SOA偏振無關）；結(jié)構(gòu)簡單。缺點：比特流倒置；信號的消光比惡化。第九十四頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件95b.基于SOA-FWM的WCSOASignalSPumpPFiltercSPcc=2p-sSOA-FWM型全光波長轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)原理圖

第九十五頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件96優(yōu)點：與信號格式無關，可實現(xiàn)透明的波長變換，信號比特率大于40Gbit/s，是目前唯一能對輸入信號光的調(diào)制方式和傳輸速率進行透明變換的方法；對偏振敏感小；變換后的碼型不反轉(zhuǎn)。缺點：轉(zhuǎn)換效率低、偏振相關、輸入信號動態(tài)范圍小、轉(zhuǎn)換效率與波長有關（即當輸入信號波長與轉(zhuǎn)換波長間隔增大時，轉(zhuǎn)換效率隨之降低）。SOA-FWM的特點第九十六頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件97c.基于SOA-XPM的WC（MZI型）SOA-XPM型全光波長轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)原理圖

第九十七頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件98波長為λc的CW激光信號經(jīng)3dB光纖耦合器引入到MZI中，并沿MZI兩個臂傳輸。由于兩個臂中的SOA對稱，因此增益調(diào)制是相等的，不會引入附加相位差，λc光在MZI的出口端相干加強，維持原狀態(tài)輸出，只是經(jīng)MZI中的SOA單程光放大，使輸出光強度增強而已。如果此刻將波長為λs的信號光（與目標波長相同）耦合到MZI一個臂上的SOA（上）中，那么SOA（上）的光增益將同時受到波長為λs

的信號光調(diào)制，使之處于飽和增益狀態(tài)，產(chǎn)生相位漂移，此附加相位差決定MZI兩個臂的光相干加強或相干抵消，抵消時λs便載入了λc的信息碼。第九十八頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件99SOA-XPM的特點優(yōu)點：可以克服SOA-XGM波長變換中消光比降低的缺點；具有高速、低啁啾、波長獨立的特點。缺點：干涉儀的輸入功率的動態(tài)范圍?。桓缮鎯x的工藝要求搞，可通過單片集成工藝解決。第九十九頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件100c.基于SOA-XPM的WC（MI型）λsλsSOAλcλcSOA-XPM型全光波長轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)原理圖第一百頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件101波長為λc的光信號被耦合到MI中，并被分成兩束光，通過不同的SOA后在半導體的端面處反射，兩個反向傳輸?shù)墓庑盘栐谠瓉淼姆质幹匦潞喜?，并發(fā)生干涉。MI的兩臂等長，則相干加強，在下端輸出λc

。如果從干涉儀右側(cè)輸入信號光λs

（同目標波長），SOA（上）的折射率隨之改變，并因此改變它的有效長度和相位延遲。當兩個臂的相位延遲是半波長的奇數(shù)倍時出現(xiàn)相干相消，輸出達到最小值；當相位延遲為零時出現(xiàn)相干加強，輸出信號光為高功率，因此，λc的信息便以反碼形式復制到信號光λs上，實現(xiàn)了波長變換。第一百零一頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件102光纖通信對WC器件的要求：大的轉(zhuǎn)換碼速（至少10Gbit/s）；低的輸入功率；寬的輸入/輸出波長范圍；對輸入偏振不靈敏；快的轉(zhuǎn)換速度；小的啁啾；可級聯(lián)適用；應用簡單、成本低。第一百零二頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件103插入損耗的測量回波損耗的測量隔離度的測量方向性的測量偏振相關損耗的測量8光器件的測試第一百零三頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件104光纖寬帶光源BLS(Broadbandlasersource)可調(diào)激光器TLS(Tunablelasersource)偏振控制器PC(Polarizationcontroller)光功率計PM(Powermeter)光譜分析儀OSA(Opticalspectrumanalyzer)第一百零四頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件105插入損耗的測量-截斷法：截斷法測量步驟：(1)測量并記錄P1；(2)截斷臨時節(jié)點處光纖，L30cm測量并記錄P0

；(3)計算插入損耗I.L.=－10lg(P1/P0)。PMTLSCACB臨時接點TJPMTLSCACB臨時接點TJL1P截斷點JPMTLSCA臨時接點TJ0P第一百零五頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件106插入損耗的測量-替代法：替代法是一種非破壞性的方法，與截斷法相比，精度稍微低了些，測量步驟如下：(1)按圖(1)測試并記錄P1

；(2)在P1穩(wěn)定后，按圖(2)（即直接將插頭CA插入光功率計）測量并記錄P0

；(3)按公式I.L.=－10lg(2P1/P0)計算插入損耗。PMTLSCA臨時接點TJ0P(1)(2)PMTLSCACB臨時接點TJ1P第一百零六頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件107回波損耗的測量：0PTLSPMCA光耦合器CA1PTLSPM待測ISO光耦合器圖(2)測量P1圖(1)測量P0光隔離器回波損耗測試步驟:（1）選擇一個2×2插入損耗小，分光比為1：1帶連接器端口的光耦合器，按圖(1)的光路測量P0

；（2）按圖(2)的光路接上待測光隔離器ISO（isolater），并測量回返光功率P1

；（3）根據(jù)公式R.L.=－10lg(2P1/P0)即可計算出被測隔離器的回損。第一百零七頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件108光隔離器反向隔離度的測量:OSABBSCA1(l)P待測ISO圖(2)測量P1(λ)

OSABBS0(l)PCA圖(1)測量P0(λ)

反向隔離度的測量步驟：（1）按圖(1)光路記錄下輸入端的頻譜P0(λ)；（2）按圖(2)光路反向接入光隔離器，并測出輸出端的頻譜P1(λ)；（3）根據(jù)公式I.L.(λ)

=－10lg[P1(λ)

/P0(λ)]即可算出光隔離器的反向隔離度。第一百零八頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件109PMTLS0,1310PCA0,1550PPM1TLSCA1,1310PPM21,1550PCAWDM1310/1550nmWDM隔離度的測量：圖(1)測量P0,1310和P0,1550圖(2)測量P1,1310和P1,1550WDM隔離度的測量步驟：（1）按圖(1)光路分別記錄下TLS在1310nm和1550nm的輸入光功率P0，1310和P0，1550

；（2）按圖(2)光路接上WDM，分別測出1310nm和1550nm輸出臂的功率P1，1310和P1，1550

；（3）按照公式I.L.i=－10lg[P1i

/P0i]（式中i=1310,1550）分別計算出1310nm和1550nm的插入損耗。第一百零九頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件110PMTLS0PCATLSPM光耦合器1PCA方向性的測量:圖(1)測量P0

圖(2)測量P1方向性的測量步驟：（1）按圖(1)光路測出輸入端注入功率P0；（2）按圖(2)光路接上光耦合器，并測出非注入光端的輸出光功率P1；（3）根據(jù)公式D.L.=－10lg(P1/P0)即可算出上述端口的方向性。第一百一十頁，共一百二十二頁，2022年，8月28日13三月2023

光纖通信器件111

光時