現(xiàn)代光纖通信技術及應用全套教學課件

延遲符現(xiàn)代光纖通信技術及應用第1章概述.pptx第2章光纖與光纜.pptx第3章

光發(fā)送機和光接收機.pptx第4章光放大器與光纖激光器.pptx第5章

光纖通信中的光無源器件.pptx第6章光纜線路.pptx第7章光傳輸系統(tǒng)的操作與維護.pptx第8章光纖通信系統(tǒng)的設計.pptx第9章光纖通信常用儀表及應用.pptx全套可編輯PPT課件第1章概述延遲符目錄CATALOG1.11.21.31.1光纖通信的概念1.2光纖通信的發(fā)展歷史1.3現(xiàn)代光纖通信技術延遲符延遲符1.1光纖通信的概念PART01延遲符1.1.1什么是光纖通信1.1.2光纖通信系統(tǒng)的組成12延遲符內容延遲符1.1.1什么是光纖通信什么是通信？“通”傳送，“信”信息；信息的傳送基本組成：發(fā)送、傳輸、接收什么是光纖通信？利用激光作為信息的載波信號，并通過光纖來傳送信息的通信系統(tǒng)。延遲符1.1.1什么是光纖通信光纖通信是人類歷史上的重大突破，現(xiàn)今的光纖通信已成為信息社會的神經系統(tǒng)延遲符1.1.2光纖通信系統(tǒng)的組成

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設備電復接設備信息信息延遲符1.1.2光纖通信系統(tǒng)的組成

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設備電復接設備信息信息信息指用戶要求傳送的語音、圖像、數(shù)據以及它們的各種組合延遲符1.1.2光纖通信系統(tǒng)的組成用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設備電復接設備信息信息

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶終端交換設備接入網電復接設備傳輸系統(tǒng)延遲符1.1.2光纖通信系統(tǒng)的組成

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設備電復接設備信息信息光纖通信經過30年的技術發(fā)展目前正在淘汰著其他的有線通信方式延遲符1.2光纖通信的發(fā)展歷史PART02延遲符1.2.1光纖通信的里程碑1.2.2爆炸性發(fā)展14延遲符內容延遲符1.2.1光纖通信的里程碑雛形：古代烽火、手旗、燈光1880年貝爾的光電話激光器(發(fā)送源）光纖(傳輸介質)1960Maiman發(fā)明紅寶石激光器1962半導體激光器誕生(GaAs870nm)70年代室溫工作LD(GaAsAI850nm)1300、1550nm多模LD單模LD1951醫(yī)用玻璃纖維(損耗1000dB/km)1966高錕理論預言1970康寧制出低損耗光纖(20dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)低損耗窗口光纖開發(fā)單模光纖延遲符1.2.2爆炸性發(fā)展第一階段1966年高錕博士提出利用帶有包層材料的石英玻璃光學纖維作為通信介質，開創(chuàng)了光纖通信領域的研究工作。第二階段第三階段是0.85μm波段的多模光纖的第一代光纖通信系統(tǒng)。1977年，美國人在芝加哥相距7000m的兩電話局之間，首次用多模光纖成功地進行了光纖通信試驗。1981年實現(xiàn)的兩電話局間使用1.3μm多模光纖的第二代光纖通信系統(tǒng).延遲符1.2.2爆炸性發(fā)展第四階段1984年實現(xiàn)的1.3μm單模光纖的第三代光纖通信系統(tǒng)第五階段第六階段20世紀80年代中后期實現(xiàn)的1.55μm單模光纖通信系統(tǒng)，即第四代光纖通信系統(tǒng)。20世紀末至21世紀初發(fā)明的第五代光纖通信系統(tǒng)，即用光波分復用技術提高速率、用光波放大技術增大傳輸距離的系統(tǒng)。第七階段利用量子糾纏效應進行信息傳遞的量子通信方式，即第六代光纖通信系統(tǒng)。延遲符1.3現(xiàn)代光纖通信技術PART03延遲符1.3.1光纖通信技術的特點1.3.2光纖通信新技術14延遲符內容特點一無串音干擾，保密性好文字內容文字內容1.3.1光纖通信技術的特點1234無串音干擾，保密性好點擊輸入簡要文字內容，文字內容需概括精煉，不用多余的文字修飾，言簡意賅的說明該項內容。市場占有率低點擊輸入簡要文字內容，文字內容需概括精煉，不用多余的文字修飾，言簡意賅的說明該項內容。市場認知度低延遲符1.3.1光纖通信技術的特點無串音干擾，保密性好延遲符1.3.1光纖通信技術的特點無串音干擾，保密性好頻帶極寬，通信容量大抗電磁干擾能力強損耗低，中繼距離長光纖徑細、質輕、柔軟、易于鋪設還有原材料資源豐富、成本低、溫度穩(wěn)定性好、壽命長等特點延遲符1.相干光通信相干光通信在發(fā)送端采用外調制方式將信號調制到光載波上進行傳輸。當信號光傳輸?shù)竭_接收端時，首先與一本振光信號進行相干耦合，然后由平衡接收機進行探測。

相干光通信根據本振光頻率與信號光頻率不等或相等，可分為外差檢測和零差檢測。相干光通信靈敏度高，中繼距離長，選擇性好，通信容量大，并且具有多種調制方式。1.3.2光纖通信新技術2.光孤子通信光孤子通信是基本原理是光纖折射率的非線性（自相位調制）效應導致對光脈沖的壓縮可以與群速色散引起的光脈沖展寬相平衡，在一定條件（光纖的反常色散區(qū)及脈沖光功率密度足夠大）下，光孤子能夠長距離不變形地在光纖中傳輸。光孤子通信和線性光纖通信相比，具有一系列顯著的優(yōu)點。（1）傳輸容量比最好的線性通信系統(tǒng)高1～2個數(shù)量級。（2）可以進行全光中繼。1.3.2光纖通信新技術3.空間光通信空間光通信系統(tǒng)是指以激光光波作為載波，以大氣作為傳輸介質的光通信系統(tǒng)。

自由空間光通信結合了光纖通信與微波通信的優(yōu)點，既具有通信容量大、高速傳輸?shù)膬?yōu)點，又不需要鋪設光纖。1.3.2光纖通信新技術4.量子通信

1）量子通信的形式量子通信的主要形式包括基于量子密鑰分發(fā)（QuantumKeyDistribution）的量子保密通信、量子密集編碼（QuantumDenseCoding）和量子隱形傳態(tài)（QuantumTeleportation）等。另外，量子通信傳輸?shù)男畔⒖梢苑譃閮深悾航浀湫畔⒑土孔有畔ⅰＡ孔用荑€主要傳輸經典信息，量子密集編碼和量子隱形傳態(tài)主要傳輸量子信息。2）量子通信的發(fā)展優(yōu)勢（1）具有極高的安全性和保密性。（2）時效性高，傳輸速度快。（3）抗干擾性能好。（4）傳輸能力強。1.3.2光纖通信新技術4.量子通信3）中國量子通信發(fā)展環(huán)境（1）國家政策大力扶持量子通信發(fā)展。（2）信息安全威脅越來越嚴重，量子通信行業(yè)聯(lián)盟成立。4）量子通信發(fā)展現(xiàn)狀（1）世界主要發(fā)達國家優(yōu)先發(fā)展量子通信。（2）中國量子通信發(fā)展現(xiàn)狀。（3）中國量子通信項目建設。廣域量子通信網絡建設分三步走。①通過光纖構建城域量子通信網絡。②通過加中繼器構建城際網絡。③通過衛(wèi)星實現(xiàn)洲際、星際網絡。5）量子通信應用分析量子通信在軍事、國防、金融等信息安全領域有重大的應用價值和前景，不僅可用于軍事、國防等領域的國家級保密通信，還可用于涉及秘密數(shù)據和票據的電信、證券、保險、銀行、工商、地稅、財政及企業(yè)云存儲、數(shù)據中心等領域和部門，其技術相對成熟，未來市場容量極大。1.3.2光纖通信新技術延時符謝謝聆聽！延遲符延遲符現(xiàn)代光纖通信技術及應用第2章光纖與光纜延遲符目錄CATALOG延遲符010203042.1光纖的結構與制備工藝2.2光纖的分類及傳輸原理2.3常用于光纖通信系統(tǒng)的幾種光纖2.4光纜延遲符2.1光纖的結構與制備工藝PART01延遲符2.1.1光纖的結構2.1.2光纖的制備工藝12延遲符內容延遲符2.1.1光纖的結構光纖是一種高度透明的玻璃絲，由純石英經復雜的工藝拉制而成。光纖中心部分(芯Core)＋同心圓狀包裹層(包層Clad)＋涂覆層特點：ncore>nclad

光在芯和包層之間的界面上反復進行全反射，并在光纖中傳遞下去。芯包層涂覆層延遲符2.1.1光纖的結構延遲符2.1.1光纖的結構類別項目單位技術規(guī)范

傳

輸

性

能1310nm衰減dB/km≤0.361550nm衰減dB/km≤0.22衰減不連續(xù)性dB≤0.05衰減波長特性dB/km≤0.05衰減不均勻性dB≤0.05零色散波長范圍nm1300~1324零色散斜率ps/(nm2.km)≤0.0931288-1339nm色散系數(shù)ps/(nm.km)≤3.51271-1360nm色散系數(shù)ps/(nm.km)≤5.31550nm色散系數(shù)ps/(nm.km)≤18偏振模色散(PMD)ps/km≤0.3截止波長nm≤1260宏彎損耗(1550nm,1625nm)dB37.5半徑松繞100圈，≤0.5光纖參數(shù)表單尺

寸

參

數(shù)1310nm模場直徑μm9.2±0.5包層直徑μm125±1芯/包層同心度誤差μm≤0.8包層不圓度%≤2涂覆層直徑(未著色)μm245±10包層/涂覆層同心度誤差μm≤12機

械

性

能篩選應變%1.0抗拉強度10m長度最低強度Weibull概率水平：2.76GPa(15%)光纖動態(tài)疲勞參數(shù)nd/≥20光纖翹曲半徑m≥4光纖涂層剝離力N2~8環(huán)

境

性

能溫度特性(-60℃~+85℃)在1310nm和1550nm波長允許附加衰減≤0.05dB/km浸水性能(23±2℃,30天)濕熱性能(85±2℃,85%以上相對濕度，30天)熱老化性能85±2℃，30天2.1.1光纖的結構光纖參數(shù)表單延遲符2.1.2光纖的制備工藝制造石英光纖的工藝流程如圖圖制造石英光纖的工藝流程延遲符2.1.2光纖的制備工藝各種不同的結構、特性參數(shù)和折射率分布的光纖，可分別用于不同的場合。纖芯和包層都用石英作為基本材料，折射率差通過在纖芯和包層進行不同的摻雜來實現(xiàn)。纖芯摻入GeO2或P205

折射率包層摻入F或B203

折射率延遲符2.1.2光纖的制備工藝石英玻璃在高達10000C的溫度時不易變形；石英的熱膨脹系數(shù)很低，所以耐熱沖擊；石英玻璃具有很好的化學穩(wěn)定性，并且在可見光區(qū)域和紅外區(qū)域具有很高的透明度。石英玻璃的熔解溫度過高是一缺點，因為材料難以制備。延遲符2.1.2光纖的制備工藝用氣相沉積法制作具有所需折射率分布的預制棒（典型預制棒長1m,直徑2cm）使用精密饋送機構將預制棒以合適的速度送入爐中加熱成纜--光纜預制棒制作技術－改進的化學氣相沉積法（MCVD）、等離子體化學氣相沉積法（PCVD）、棒外氣相沉積法（OVD）和軸向氣相沉積法（VAD）延遲符2.1.2光纖的制備工藝制造光纖預制棒的MCVD流程示意圖延遲符2.1.2光纖的制備工藝OVPO延遲符2.1.2光纖的制備工藝VAD延遲符2.1.2光纖的制備工藝MCVD延遲符2.1.2光纖的制備工藝PMCVD延遲符2.1.2光纖的制備工藝PCVD延遲符2.1.2光纖的制備工藝光纖拉絲裝置示意圖延遲符2.2光纖的分類及傳輸原理PART02延遲符延遲符2.2.1光纖的分類2.2.2

光線理論和波動理論2.2.3

帶寬和色散2.2.4

光纖的損耗1234內容52.2.5

光纖中的非線性效應延遲符2.2.1光纖的分類1.按光纖橫截面的折射率分布可分為階躍和漸變折射率光纖圖

單模階躍折射率光纖的折射率分布及光線傳播路徑延遲符2.2.1光纖的分類1.按光纖橫截面的折射率分布可分為階躍和漸變折射率光纖圖

多模階躍折射率光纖的折射率分布及光線傳播路徑延遲符2.2.1光纖的分類1.按光纖橫截面的折射率分布可分為階躍和漸變折射率光纖圖

多模漸變折射率光纖的折射率分布及光線傳播路徑延遲符2.2.1光纖的分類2.按光纖中傳導模式的數(shù)量可以分為單模光纖和多模光纖

單模光纖是指光纖中只有一種傳導模式（基模）。纖芯直徑為4～10μm，包層直徑為125μm。單模光纖適合長距離、大容量傳輸。

多模光纖是指光纖中可以存在多個傳導模式。纖芯直徑為50μm，橫截面的折射率分布多為漸變型，包層直徑為125μm。其適合中距離、中容量傳輸。

單模光纖和多模光纖概念是相對的。光纖中傳導模式的數(shù)量取決于光纖的工作波長、光纖橫截面折射率的分布和結構參數(shù)。對于一根確定的光纖，當工作波長大于光纖的截止波長時，光纖只能傳輸基模，為單模光纖，否則為多模光纖。延遲符2.2.1光纖的分類3.按光纖的材料可以分為石英光纖和全塑光纖

石英光纖一般是指由摻雜石英芯和摻雜石英包層組成的光纖。這種光纖有很低的損耗和中等程度的色散。目前，通信用光纖絕大多數(shù)是石英光纖。

全塑光纖是一種通信用新型光纖，尚處于研制、試用階段。全塑光纖具有損耗大、纖芯粗（直徑100～600μm）、數(shù)值孔徑（NA）大（一般為0.3～0.5，可與光斑較大的光源耦合使用）及制造成本較低等特點。目前，全塑光纖適合于短距離的應用，如室內計算機連網和船舶內的通信等。延遲符2.2.1光纖的分類4.按光纖套塑層可分為緊套光纖和松套光纖緊套光纖，即光纖被套管緊緊箍?。凰商坠饫w，即護套為松套管，光纖可以在其中活動。延遲符2.2.2光線理論和波動理論1.光線理論光線理論又稱幾何光學法，即當光波波長遠小于光纖的橫向尺寸時，光可以用一條表示光波傳播方向的幾何線來表示。延遲符2.2.2光線理論和波動理論1.光線理論（反射定律）（折射定律）（c）（全反射定律）延遲符2.2.2光線理論和波動理論1.光線理論綜上所述，全反射的條件是延遲符2.2.2光線理論和波動理論1）光在階躍型光纖中傳輸時的特性代表光纖接收光的本領

越大越好嗎？

不！點解？延遲符2.2.2光線理論和波動理論1）光在階躍型光纖中傳輸時的特性（2）階躍型光纖中的子午線及導波分析圖子午線在階躍型光纖中的傳輸延遲符2.2.2光線理論和波動理論1）光在階躍型光纖中傳輸時的特性（2）階躍型光纖中的子午線及導波分析延遲符2.2.2光線理論和波動理論1）光在階躍型光纖中傳輸時的特性（2）階躍型光纖中的子午線及導波分析延遲符2.2.2光線理論和波動理論1）光在階躍型光纖中傳輸時的特性（3）數(shù)值孔徑延遲符2.2.2光線理論和波動理論2）光在階漸變型光纖中傳輸時的特性（1）相對折射率差延遲符2.2.2光線理論和波動理論2）光在階漸變型光纖中傳輸時的特性（2）最佳折射率分布延遲符2.2.2光線理論和波動理論2）光在階漸變型光纖中傳輸時的特性（3）數(shù)值孔徑延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論波動理論（波動光學方法）把光波當作電磁波，把光纖看作光波導，用電磁場分布的模式來解釋光在光纖中的傳播現(xiàn)象延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論麥克斯維方程：在光纖中，則上式可以變換為矢量亥姆霍茲方程：Maxwell方程延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論一、一般情況下的電磁場與諧波模式之間的關系？二、什么是矢量解？什么是標量解？二者的關系是什么？三、什么是TE、TM模式？什么是HE、EH模式？它們與本征值方程的關系是什么？2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論對于正規(guī)光波導，其諧波模式正交完備，實際光場可以在其中展開：在量子力學中，P、q是算符，可以通過海森堡運動方程求解。在經典理論中其代表能量光信號的慢變包絡。（多模時，模式能量分配可以通過pl、ql的耦合方程來求解）電磁場量子化矢量模和標量模（LP）傳輸模式矢量模式標量模式（LP）LP模式LP模式可分為兩組一個實際模式可為X偏振Y偏振弱導近似為什么有LP？矢量模如何求解？一、解耦二、分離變量三、本征值方程由邊界連續(xù)條件解耦解耦延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論分離變量

=0

=1

=2

表征電磁場在圓周方向變化一周出現(xiàn)的極大值的對數(shù)。出現(xiàn)兩對極大值出現(xiàn)一對極大值延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論分離變量

=0

=1

=2

表征電磁場在圓周方向變化一周出現(xiàn)的極大值的對數(shù)。出現(xiàn)兩對極大值出現(xiàn)一對極大值延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論=0TE模：A=C=0TM模：B=D=0Ez、Hz解耦“-”對應于HE，“+”對應于EH弱導時延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論Ez=0對應的模叫做橫電模（TE模）；Hz=0對應的模叫做橫磁模（TM模）；若Ez和Hz都不為零，則稱為混合模?；旌夏Ｒ罁M向場中Ez和Hz的分量哪個更強，分為HE模和EH模;光纖可以被看作是一個弱柱形波導結構,HE-EH模成對出現(xiàn),且它們的傳播常數(shù)基本相等，稱為簡并模;具有相同傳播常數(shù)的簡并模，可用線偏振模（LP模）表示=0截止條件=122時的值是弱導情況下的=12截止條件2時的值是弱導情況下的標量模式本征值方程LP01LP02LPm

中的m表示沿半徑方向的極大值個數(shù)截止條件延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論兩類射線子午光線斜光線延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論TE、TM模式(子午線)HE、EH模式（斜光線）：Ez大的稱EH模式，Hz大的稱HE模式。導波模式的傳播常數(shù)滿足：延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論確定傳輸模式的參數(shù)?？捎刹▌臃匠虒С?。

歸一化頻率V：a為纖芯半徑，為光波波長，為折射率差。參量V決定了光纖中能容納的模式數(shù)量。如果V<2.405，則它只容納單?！獑文９饫w。模式:每一個傳輸常數(shù)對應著一種可能的光場分布--模式延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論模折射率（有效折射率）：單模光纖的截止波長：使得V=2.405時的光波長.一個模式是由它的傳播常數(shù)

唯一確定的.由可引入一個很有用的量.延遲符2.2.2光線理論和波動理論2.波動理論V與傳播模式總量M的關系當V接近截止值時，這個模式有較多的能量進入包層，如果遠離截止點時，V較大，則V大？延遲符2.2.2光線理論和波動理論WG是電場分布的半寬度，2WG是模場直徑的全寬度。模場直徑E(r)代表LP01模的場分布延遲符2.2.3帶寬和色散1.

帶寬延遲符2.2.3帶寬和色散2.

色散

光纖色散：光纖所傳輸?shù)男盘柺怯刹煌l率成分和不同模式成分所攜帶的，不同頻率成分和不同模式成分的傳輸速度不同所導致的信號畸變。

色散可分為模式色散、材料色散和波導色散3種延遲符2.2.4光纖的損耗延遲符2.2.5光纖中的非線性效應1.受激散射效應2.光纖折射率隨光強變化光纖折射率隨光強變化主要引起三種非線性效應：自相位調制（SPM）、交叉相位調制（XPM）和四波混頻（FWM）延遲符2.3常用于光纖通信系統(tǒng)

的幾種光纖PART03延遲符延遲符2.3.1G.652標準單模光纖2.3.2G.653色散位移光纖2.3.7

色散補償光纖2.3.4

G.655非零色散光纖1234內容52.3.5

G.656寬帶全波光纖672.3.3G.654衰減最小光纖2.3.6G.657接入網光纖延遲符2.3.1G.652標準單模光纖 2.3.2G.653色散位移光纖 2.3.3G.654衰減最小光纖 2.3.4G.655非零色散光纖 2.3.5G.656寬帶全波光纖2.3.6G.657接入網光纖。2.3.7色散補償光纖延遲符SMF,G.652,標準單模光纖DSF,G.653,色散位移光纖NZ-DSF,G.655,非零色散位移光纖DFF,

色散平坦光纖LEAF,

大有效面積光纖DCF,色散補償光纖NDF,負色散光纖延遲符2.4光纜PART04延遲符延遲符2.4.1

光纜的結構2.4.2

光纜的分類2.4.3

光纜型號和命名123內容延遲符2.4.1光纜的結構光纜一般由纜芯、加強元件和護層3部分組成。（1）纜芯：由單根或多根光纖芯線組成，有緊套和松套兩種結構。緊套光纖有二層和三層結構。（2）加強元件：用于增大光纜敷設時可承受的負荷。一般是金屬絲或非金屬纖維。（3）護層：具有阻燃、防潮、耐壓、耐腐蝕等特性，主要是對已成纜的光纖芯線進行保護。延遲符2.4.1光纜的結構延遲符2.4.2光纜的分類（1）按所使用的光纖分類：單模光纜、多模光纜（階躍型、漸變型）。（2）按纜芯結構劃分：層絞式、骨架式、大束管式、帶式、單元式。（3）按外護套結構分類：無鎧裝、鋼帶鎧裝、鋼絲鎧裝。（4）按光纜中有無金屬分類：有金屬光纜、無金屬光纜。（5）按維護方式分類：充油光纜、充氣光纜。（6）按敷設方式分類：直埋光纜、管道光纜、架空光纜、水底光纜。（7）按適用范圍分類：中繼光纜、海底光纜、用戶光纜、局內光纜、長途光纜。延遲符2.4.3光纜型號和命名光纜型號命名方式

(YD／T908—2000)光纜型號命名由兩大部分組成：光纜形式代號和光纖規(guī)格代號，如圖所示。延時符謝謝聆聽！延遲符延遲符現(xiàn)代光纖通信技術及應用第3章光發(fā)送機和光接收機延遲符目錄CATALOG延遲符010203043.1激光產生的物理基礎3.2半導體激光器和發(fā)光二極管3.3幾種特殊結構的半導體激光器3.4光調制0506073.5光發(fā)送機3.6光檢測器3.7光接收機延遲符3.1激光產生的物理基礎PART01延遲符3.1.1激光產生的原理3.1.2激光器的工作原理12延遲符內容三種能級躍遷的方式3.1.1激光產生的原理自發(fā)輻射：高能級E2上的電子不穩(wěn)定，會按一定的概率自發(fā)地躍遷到低能機E1上與空穴復合，釋放的能量以光子的形式輻射。受激吸收：處于低能級上的電子在入射光的作用下，吸收頻率為的光子能量，從低能級E1躍遷到高能級E2上。受激輻射：處于高能級E2的電子在入射光作用下，發(fā)射一個和入射光一模一樣的光子，躍遷到低能級E1上。3.1.1激光產生的原理雙能級原子系統(tǒng)的三種躍遷h

E2E1自發(fā)發(fā)射躍遷E2E1受激吸收躍遷h

h

E2E1受激發(fā)射躍遷h

h

受激發(fā)射的光子與原光子具有相同的波長、相位和傳播方向自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射的特點3.1.1激光產生的原理自發(fā)發(fā)射的同時總伴有受激發(fā)射發(fā)生。在熱平衡情況下，自發(fā)發(fā)射占絕對優(yōu)勢。當外界給系統(tǒng)提供能量時，如采用光照（即光泵）或電流注入（即電泵），打破熱平衡狀態(tài)，大量粒子處于高能級，即粒子數(shù)反轉后，在發(fā)光束方向上的受激發(fā)射比自發(fā)發(fā)射的強度大幾個數(shù)量級?？偨Y激光發(fā)射的首要條件：工作物質（即能實現(xiàn)粒子躍遷的晶體材料，如GaAs和InGaAsP）外界供給能量滿足粒子數(shù)反轉（常采用電流注入法）光的吸收和放大3.1.1激光產生的原理光吸收的過程：當某物質與外界處在熱平衡狀態(tài)下，低能級的粒子（電子）數(shù)N1總是大于高能級的粒子（電子）數(shù)N2，在這種分布狀態(tài)下，當有光入射時，必然是受激吸收占主要地位，不會出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象，光波經過該物質時強度按指數(shù)規(guī)律衰減，光波被吸收。粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)：如果外界向物質提供了能量，就會使得低能級上的電子獲得能量大量地激發(fā)到高能級上去，像一個泵不斷地將低能級上的電子“抽運”到高能級上，我們稱這個能量為激勵或者泵浦過程，從而達到高能級上的粒子數(shù)N2大于低能級上的粒子數(shù)N1的分布狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)。光放大過程:當物質粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)下，高能級上的大量電子就會在受到外來入射光子的激發(fā)下，發(fā)射出與入射光子的頻率、相位、偏振方向、傳播方向完全相同的激發(fā)光，這樣，就實現(xiàn)了用一個弱的入射光激發(fā)出一個強的出射光的放大過程。3.1.2激光器的工作原理激光器的一般工作原理激光器的產生激光器是1960年由美國人梅曼發(fā)明的新型光源，利用受激輻射原理，是一種方向性好、強度很高、相干性好的光源。

激光器是用來產生激光的裝置，包括工作物質、激勵系統(tǒng)和光學諧振腔3個最基本的部分。

1.工作物質：指用來實現(xiàn)粒子數(shù)反轉并產生光的受激輻射放大作用的粒子體系，也稱激光增益介質。對激光工作物質的主要要求是，盡可能在其工作粒子的特定能級間實現(xiàn)較大程度的粒子數(shù)反轉。

2.激勵系統(tǒng)：指為使激光工作物質實現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉而提供能量來源的機構或裝置。

3.光學諧振腔：通常是由具有一定幾何形狀和光學反射特性的兩個反射鏡按特定的方式組合而成的.3.1.2激光器的工作原理L滿足粒子數(shù)反轉分布的激光工作物質部分反射鏡激光器的構成圖反射鏡激光輸出激光器的構成3.1.2激光器的工作原理光學諧振腔示意圖光學諧振腔的作用：（1）提供光學反饋能力，使受激輻射光子在腔內多次往返以形成相干的持續(xù)振蕩。（2）對腔內往返振蕩光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。

光學諧振腔內的激活物質具有粒子數(shù)反轉分布，可以用它產生的自發(fā)輻射光作為入射光，產生穩(wěn)定振蕩的條件為2L=m

/n，m為縱?；鶖?shù)，n為激光介質的折射率。光的吸收和放大3.1.1激光產生的原理光吸收的過程：當某物質與外界處在熱平衡狀態(tài)下，低能級的粒子（電子）數(shù)N1總是大于高能級的粒子（電子）數(shù)N2，在這種分布狀態(tài)下，當有光入射時，必然是受激吸收占主要地位，不會出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象，光波經過該物質時強度按指數(shù)規(guī)律衰減，光波被吸收。粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)：如果外界向物質提供了能量，就會使得低能級上的電子獲得能量大量地激發(fā)到高能級上去，像一個泵不斷地將低能級上的電子“抽運”到高能級上，我們稱這個能量為激勵或者泵浦過程，從而達到高能級上的粒子數(shù)N2大于低能級上的粒子數(shù)N1的分布狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)。光放大過程:當物質粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)下，高能級上的大量電子就會在受到外來入射光子的激發(fā)下，發(fā)射出與入射光子的頻率、相位、偏振方向、傳播方向完全相同的激發(fā)光，這樣，就實現(xiàn)了用一個弱的入射光激發(fā)出一個強的出射光的放大過程。延遲符3.2半導體激光器和發(fā)光二極管 PART02延遲符延遲符3.2.1半導體激光器的發(fā)光機理3.2.2半導體激光器的工作特性3.2.3半導體發(fā)光二極管的發(fā)光機理3.2.4半導體發(fā)光二極管的工作特性1234內容1.PN結的能帶和電子分布半導體激光器是以半導體材料作為工作物質而產生激光的器件，其工作原理是通過一定的激勵方式，在半導體物質的能帶（導帶與價帶）之間，或者半導體物質的能帶與雜質（受主或施主）能級之間，實現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉，當處于粒子數(shù)反轉狀態(tài)的大量電子與空穴復合時，便產生受激發(fā)射作用。3.2.1半導體激光器的發(fā)光機理圖半導體的能帶和電子分布2.注入式半導體激光器的工作原理注入式半導體激光器結構示意圖上圖所示，注入式半導體激光器的主體是一個正向偏置的PN結，當電流密度超過閾值時，注入載流子（電子和空穴）在PN結結區(qū)通過受激輻射復合，產生激光。3.2.1半導體激光器的發(fā)光機理圖注入式半導體激光器結構示意圖1.閾值當半導體激光器外加激勵的能源功率（一般為電能）超過某一臨界值時，激光物質中的粒子數(shù)反轉達到一定程度，激光器才能克服光學諧振腔內的損耗而產生激光，此臨界值就是它的閾值。P-I特性是半導體激光器最重要的特性，注入式半導體激光器P-I特性曲線示意圖如上圖所示。當注入電流增大時，輸出功率也隨之增大，在達到閾值電流Ith之前輸出熒光，達到Ith之后輸出激光。3.2.2半導體激光器的工作特性圖注入式半導體激光器P-I特性曲線示意圖2.轉換效率（1）功率轉換效率是輸出光功率與消耗的電功率之比：3.2.2半導體激光器的工作特性（2）輸出光子數(shù)與注入電子數(shù)之比為量子效率：3.激光器的溫度特性式中，T為器件的絕對溫度；I0為常數(shù)；T0為激光器材料的特征溫度，T0越大，器件的溫度特性越好。3.2.2半導體激光器的工作特性半導體激光器的閾值電流、輸出光功率和發(fā)光波長隨溫度而變化的特性稱為溫度特性。4.發(fā)射波長和光譜特性1）發(fā)射波長3.2.2半導體激光器的工作特性2）光譜特性單模激光(SLM):光譜只有1根譜線，譜線峰值波長稱為中心波長，譜線寬度小于0.1nm，光譜很窄。多模激光(MLM):光譜有多根譜線，對應于多個中心波長，其中最大峰值波長稱為主中心波長，該模式也稱為主模，其它的模式稱為邊模，譜線寬度為幾個納米。LED發(fā)光原理示意圖半導體發(fā)光二極管（LightEmittingDiode，LED）由P型半導體形成的P層和N型半導體形成的N層，以及中間由雙異質結構成的有源層組成。3.2.3半導體發(fā)光二極管的發(fā)光機理1.P-I特性在注入電流較小時，曲線基本是線性的；當注入電流較大時，由于PN結發(fā)熱而出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。3.2.4半導體發(fā)光二極管的工作特性LED的P-I特性曲線示意圖2.轉換效率（1）內部量子效率是輸出光子數(shù)與注入電子數(shù)之比3.2.4半導體發(fā)光二極管的工作特性2.轉換效率（2）外部量子效率為3.2.4半導體發(fā)光二極管的工作特性3.光譜特性及溫度依賴性在室溫下，短波長GaAlAs-GaAsLED譜線寬度為30～50nm，長波長InGaAsP-InPLED譜線寬度為60～120nm。隨著溫度升高，譜線寬度增大，且相應的發(fā)射峰值波長向長波長方向漂移，其漂移量為0.3nm/℃左右。3.2.4半導體發(fā)光二極管的工作特性LED的光譜特性4.U-I特性圖

LED的U-I特性曲線示意圖3.2.4半導體發(fā)光二極管的工作特性3.2.4半導體發(fā)光二極管的工作特性LED與LD的工作原理不同，LD發(fā)射的是受激輻射光，LED發(fā)射的是自發(fā)輻射光。LED不需要光學諧振腔，沒有閾值。延遲符3.3幾種特殊結構的半導體激光器 PART03延遲符延遲符3.3.1分布反饋激光器3.3.2分布式布拉格反射激光器3.3.3垂直腔面發(fā)射激光器3.3.4光纖激光器1234內容分布反饋（DFB）激光器是采用折射率周期變化的結構實現(xiàn)諧振腔反饋功能的半導體激光器。3.3.1分布反饋激光器圖

分布反饋激光器結構示意圖3.3.2分布式布拉格反射激光器圖

分布式布拉格反射激光器示意圖3.3.3垂直腔面發(fā)射激光器垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）是很有發(fā)展前景的新型光電器件，也是光通信中革命性的光發(fā)射器件。VCSEL優(yōu)于邊發(fā)射激光器的地方有：易于實現(xiàn)二維平面和光電集成；圓形光束易于實現(xiàn)與光纖的有效耦合；可以實現(xiàn)高速調制，能夠應用于長距離、高速率的光纖通信系統(tǒng)；有源區(qū)尺寸極小，可實現(xiàn)高封裝密度和低閾值電流；芯片生長后無須解理，封裝后即可進行在片實驗；在很大的溫度和電流范圍內都能單縱模工作；價格低。3.3.4光纖激光器圖

光纖激光器基本結構示意圖延遲符

3.4光調制 PART04延遲符3.4.1直接調制3.4.2間接調制12延遲符內容光調制方式內

調

制外

調

劑幅度鍵控半導體光源：直接調制調頻副載波（數(shù)字信號運用）半導體光源，外腔調制半導體光源，LiNbO3（鈮酸鋰）調制器頻移鍵控半導體相干光源：直接調制（電控光頻微變）半導體相干光源，LiNbO3調制器相移鍵控半導體相干光源：直接調制（電控光相變化）半導體相干光源，LiNbO3調制器（1）幅度鍵控（ASK）是通過改變光能強度以載送數(shù)字信息，也稱光強調制。（2）頻移鍵控（FSK）是通過改變光波的頻率以載送數(shù)字信息，也稱光頻調制。（3）相移鍵控（PSK）是通過改變光波的相位以載送數(shù)字信息，也稱光相調制。FSK和PSK必須采用相干性很好的光源，即單縱模的譜線很窄的激光光源。根據調制與光源的關系，光調制可分為直接調制和間接調制兩大類。表3-1光調制方式直接調制是在光源上直接施加調制信號，使光源在發(fā)光過程中完成光的參數(shù)調制。半導體激光器或發(fā)光二極管都可采用直接調制。半導體激光器的調制信號連同偏流必須超過它的閾值才能實現(xiàn)調制。3.4.1直接調制間接調制是利用晶體電光效應、磁光效應、聲光效應等性質來實現(xiàn)對激光輻射的調制，這種調制方式既適用于半導體激光器，也適應于其他類型的激光器。間接調制最常用的是外調制的方法，即在激光形成以后加載調制信號。具體方法是在激光器諧振腔外的光路上放置調制器，在調制器上加電壓，使調制器的某些物理特性發(fā)生相應的變化，激光通過它時得到調制。對某些類型的激光器，間接調制也可以采用內調制的方法，即用集成光學的方法把激光器和調制器集成在一起，用調制信號控制調制元件的物理性質，從而改變激光輸出特性以實現(xiàn)調制。3.4.2間接調制延遲符

3.5光發(fā)送機PART05延遲符3.5.1光發(fā)送機的結構3.5.2光發(fā)送機的主要技術指標12延遲符內容光發(fā)送機由輸入接口、光源、驅動電路、監(jiān)控電路、控制電路等構成，其核心是光源及驅動電路。3.5.1光發(fā)送機的結構圖光發(fā)送機框圖1.平均發(fā)光功率3.5.2光發(fā)送機的主要技術指標2.譜寬3.光源器件的壽命延遲符

3.6光檢測器PART06延遲符3.6.1光纖通信對光檢測器的要求3.6.2PIN光電二極管的工作機理3.6.3PIN光電二極管的特性3.6.4雪崩光電二極管的工作機理1234內容53.6.5雪崩光電二極管的特性（1）靈敏度高3.6.1光纖通信對光檢測器的要求（2）響應速度快（3）噪聲?。?）穩(wěn)定可靠3.6.2PIN光電二極管的工作機理圖

PIN光電二極管的結構和它在反向偏壓下的電場分布3.6.2PIN光電二極管的工作機理圖InGaAsPIN光電二極管的結構1.截止波長λc3.6.3PIN光電二極管的特性2.響應度R3.量子效率3.6.3PIN光電二極管的特性4.響應速度5.線性飽和6.暗電流圖

APD的結構及電場分布3.6.4雪崩光電二極管的工作機理1.雪崩倍增因子M

3.6.5雪崩光電二極管的特性2.噪聲3.響應度4.量子效率3.6.5雪崩光電二極管的特性

5.線性飽和6.暗電流7.響應速度延遲符3.7光接收機PART07延遲符延遲符3.7.1

光接收機的結構3.7.2

前置放大器3.7.3

光接收機的主要性能指標123內容3.7.1光接收機的結構圖光接收機的結構1.前置放大器的作用（1）提高系統(tǒng)的信噪比（前置放大器緊靠探測器，傳輸線路短，分布電容減小，可提高信噪比）。（2）減少外界干擾的相對影響。（3）合理布局，便于調節(jié)與使用。（4）實現(xiàn)阻抗轉換和匹配（前置放大器為高輸入阻抗、低輸出阻抗）。3.7.2前置放大器2.前置放大器的分類（1）電壓靈敏前放（電壓放大器）：輸出增益穩(wěn)定，噪聲低，性能良好。（2）電流靈敏前放（電流前置放大器、并聯(lián)反饋電流放大器）：響應快，可獲得時間信息?？蛇h距離傳輸。輸出脈沖上升時間和寬度窄，適合高計數(shù)率測量。3.7.2前置放大器3.7.3光接收機的主要性能指標主要性能指標誤碼率（BER）靈敏度動態(tài)范圍延時符謝謝聆聽！延遲符延遲符現(xiàn)代光纖通信技術及應用第4章光放大器與光纖激光器延遲符目錄CATALOG延遲符010203044.1光放大器4.2

摻鉺光纖放大器4.3

光纖拉曼放大器4.4

光纖激光器延遲符

4.1光放大器PART01延遲符延遲符4.1.1

增益和增益帶寬4.1.2

增益飽和4.1.3

噪聲指數(shù)123內容圖光放大器1.增益4.1.1增益和增益帶寬G＝Pout/Pin

增益帶寬是指光放大器有效的頻率（或波長）范圍，通常指增益從最大值下降3dB時對應的波長范圍。2.增益帶寬增益G是描述光放大器對信號放大能力的參數(shù)，定義為輸出光功率與輸入光功率之比。4.1.2增益飽和

光放大器的輸入光功率范圍有一定的要求，當輸入光功率大于某一閾值時，就會出現(xiàn)增益飽和現(xiàn)象。增益飽和是指輸出功率不再隨輸入功率增加而增加或增加很小。4.1.3噪聲指數(shù)

光放大器噪聲指數(shù)（NF）的定義為光放大器輸入、輸出端口信噪比（SNR）的比值延遲符4.2摻鉺光纖放大器PART02延遲符延遲符4.2.1

摻鉺光纖放大器的構成4.2.2

摻鉺光纖放大器的工作原理及特性4.2.3摻鉺光纖放大器的設計4.2.4摻鉺光纖放大器的測試1234內容54.2.5

摻鉺光纖放大器的應用4.2.1摻鉺光纖放大器的構成圖摻鉺光纖放大器的光學結構圖4.2.2摻鉺光纖放大器的工作原理及特性圖鉺離子能級圖1234帶寬輸出功率噪聲系數(shù)延遲符4.2.2摻鉺光纖放大器的工作原理及特性增益4.2.2摻鉺光纖放大器的工作原理及特性

對應用于最大輸出功率的飽和EDFA（稱為功率放大器），可定義功率轉換效率為4.2.2摻鉺光纖放大器的工作原理及特性飽和輸入功率和飽和輸出功率的關系可表示為4.2.2摻鉺光纖放大器的工作原理及特性為自發(fā)輻射或粒子數(shù)反轉因子，其定義是

4.2.2摻鉺光纖放大器的工作原理及特性噪聲系數(shù)反映輸入信號通過EDFA后信噪比（SNR）的惡化程度，可表示為4.2.2摻鉺光纖放大器的工作原理及特性圖EDFA的噪聲系數(shù)譜特性4.2.3摻鉺光纖放大器的設計（b）參數(shù)設置（一）4.2.3摻鉺光纖放大器的設計（b）參數(shù)設置（一）4.2.3摻鉺光纖放大器的設計（c）參數(shù)設置（二）（d）參數(shù)設置（三）圖4-9軟件界面及參數(shù)設置測試方法1.內插法2.偏振消光法4.2.4摻鉺光纖放大器的測試4.增益噪聲法（也稱光脈沖探針法）3.脈沖法（時域消光法）4.2.4摻鉺光纖放大器的測試1.內插法圖內插法的測試原理4.2.4摻鉺光纖放大器的測試2.偏振消光法圖偏振消光法測試系統(tǒng)框圖4.2.4摻鉺光纖放大器的測試3.脈沖法（時域消光法）圖脈沖法測試系統(tǒng)框圖4.2.4摻鉺光纖放大器的測試4.增益噪聲法（也稱光脈沖探針法）圖增益噪聲法測試系統(tǒng)框圖表4-1各種EDFA測試方法的性能比較

測試方法精度測試重復性優(yōu)點缺點1內插法差好測試簡單，插入損耗小插補帶來的誤差不能確定，對WDM的測試誤差大，可用于測試分布式拉曼光放大器2偏振消光法普通差

ASE直接測試每次測試需調整其偏振態(tài)，實用性差3脈沖法差好

ASE直接測試，插入損耗小信號光與ASE的電平差所帶來的測試誤差很大4光脈沖探針法好好

可測試WDM信號的NF，ASE直接測試，精度高插入損耗大，系統(tǒng)成本高應用1.功率放大器2.線路放大器3.前置放大器4.2.5摻鉺光纖放大器的應用延遲符4.3光纖拉曼放大器PART03延遲符延遲符4.3.1光纖拉曼放大器的工作原理4.3.2

光纖拉曼放大器的結構和特點4.3.3

光纖拉曼放大器的應用123內容FRA工作原理示意圖4.3.1光纖拉曼放大器的工作原理圖光纖拉曼放大器的基本結構4.3.2光纖拉曼放大器的結構和特點FRA的特點

（1）拉曼其對于開發(fā)光纖的整個低損耗區(qū)具有無可替代的作用。（2）增益介質為傳輸光纖本身，與光纖系統(tǒng)具有良好的兼容性。（3）串擾小，溫度穩(wěn)定性好，噪聲指數(shù)低。（4）FRA飽和功率高，增益譜調整的方式直接且多樣，放大作用的時間短，可實現(xiàn)對超短脈沖的放大。4.3.2光纖拉曼放大器的結構和特點1.主要應用4.3.3光纖拉曼放大器的應用（1）擴大系統(tǒng)容量。（2）提高頻譜利用率和系統(tǒng)傳輸速率。（3）增大無中繼傳輸距離。（4）補償色散補償光纖（DCF）的損耗。（5）通信系統(tǒng)升級。2.使用安全4.3.3光纖拉曼放大器的應用（1）泵浦光從信號光的輸入端反向輸出，這與我們平時維護的其他設備完全不同。（2）后向泵浦光功率一般很高，如果FRA沒有斷開，100km之外的光時域分析儀（OTDR）的光檢測器件完全可能被燒毀。（3）裸眼短時間可忍受的激光功率為1mW，400mW的漫反射光有可能對人眼造成傷害。（4）連接FRA的尾纖端面要求為APC或更低反射損耗端面，而且要保證端面清潔，否則會燒毀尾纖，尾纖的彎曲半徑過小同樣會燒毀尾纖。（5）接近FRA端至少25km內的光纜固定熔接點要求熔接質量良好，否則會燒壞熔接點或者降低FRA的增益。延遲符

4.4光纖激光器PART04延遲符延遲符4.4.1

光纖激光器的工作原理及分類4.4.2

光纖激光器的應用13內容4.4.1光纖激光器的工作原理及分類圖光纖激光器的結構1.光纖激光器的工作原理全光纖激光器的構成示意圖4.4.1光纖激光器的工作原理及分類1.光纖激光器的工作原理光纖環(huán)形激光器示意圖4.4.1光纖激光器的工作原理及分類1.光纖激光器的工作原理4.4.1光纖激光器的工作原理及分類2.光纖激光器的分類（1）按照光纖材料的種類：①晶體光纖激光器②非線性光學型光纖激光器③稀土類摻雜光纖激光器④塑料光纖激光器（2）按諧振腔結構：

FP腔光纖激光器、環(huán)形腔光纖激光器、環(huán)路反射器光纖激光器、8字形

腔光纖激光器、DBR光纖激光器、DFB光纖激光器等。（3）按光纖結構：

單包層光纖激光器、雙包層光纖激光器、光子晶體光纖激光器、特種光

纖激光器。（4）按輸出激光特性：

連續(xù)光纖激光器和脈沖光纖激光器4.4.1光纖激光器的工作原理及分類2.光纖激光器的分類（5）根據激光輸出波長數(shù)目：

單波長光纖激光器和多波長光纖激光器。（6）根據激光輸出波長的可調諧特性：

可調諧單波長激光器和可調諧多波長激光器。（7）按激光輸出波長的波段

S波段（1460～1530nm）、C波段（1530～1565nm）、L波

段（1565～1610nm）激光器。（8）按照是否鎖模：

連續(xù)光激光器和鎖模激光器（9）按照鎖模器件

被動鎖模激光器和主動鎖模激光器應用1.標刻應用2.材料處理4.4.2光纖激光器的應用4.激光切割3.材料彎曲延時符謝謝聆聽！延遲符現(xiàn)代光纖通信技術及應用第5章光纖通信中的光無源器件目錄CATALOG5.1光纖連接器5.2光纖耦合器5.3光調制器5.4光開關延遲符5.5光纖光柵5.6光衰減器

5.7光隔離器

5.8光環(huán)行器

5.9波分復用器5.10光器件測試延遲符5.1光纖連接器PART01延遲符5.1.1光纖連接器的組成5.1.2光纖連接器的性能5.1.3常用的光纖連接器

123延遲符內容光纖連接器

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

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

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

下圖是幾種常見的光纖活動連接器插頭，為使光纖不受到外界損害，插頭的機械結構必須具有對光纖進行有效保護的功能。

幾種常見的光纖活動連接器插頭

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

下圖是琺瑯盤在光纖連接器中的位置?，m瑯盤在光纖連接器中的位置

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

光纜跳線

(5)裸光纖轉換器(BareFiberAdapter):將裸光纖與光源、探測器及各種光儀表連接的器件，如圖所示。將裸光纖穿入轉換器，處理好光纖端面，形成一個插頭，就可以進行其他連接了。用完后，可將裸光纖從轉接器中抽出。裸光纖轉換器在光纖測試、光儀表以及光纖之間的臨時連接中具有廣泛的用途。裸光纖轉換器5.1.2光纖連接器的性能

評價光纖（纜）連接器的主要指標有：結構簡單、裝配方便、插入損耗低、具有良好的重復性和穩(wěn)定性、對環(huán)境因素穩(wěn)定、串擾價格低廉以及低串擾等。其中最重要的是插入損耗、回波損耗、重復性和互換性。插入損耗回波損耗重復性互換性1.插入損耗

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

（5.1）

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

引起插入損耗的各種情況2.回波損耗

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

3.重復性和互換性

重復性是指光纖（纜）活動連接器多次插拔后插入損耗的變化，用dB表示。

互換性是指連接器各部件互換時插入損耗的變化，也用dB表示。

這兩項指標可以考核連接器結構設計和加工工藝的合理性，也是表明連接器實用化的重要標志。影響插入損耗的各項因素，也同時影響著連接器的重復性和互換性，因而這些因素的改善也會有效地提高重復性和互換性的性能指標。5.1.3常用的光纖連接器

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

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

在我國用得最多的是FC系列的連接器延遲符

光纖連接器是光學器件中的一種基礎原件，它必將根據光通信、光傳感技術提出的要求去發(fā)展和提高，在進一步提高光纖連接器性能的基礎上，使其走上集成化、小型化的發(fā)展方向。延遲符5.2.1光纖耦合器的類型5.2.2光纖耦合器的結構5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)

5.2光纖耦合器

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

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

常見的耦合器類型5.2.1光纖耦合器的類型04

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

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

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

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

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

光纖型耦合器

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

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

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

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

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

6.偏振相關損耗

7.插入損耗5.2.3光纖耦合器的特性參數(shù)1.插入損耗其定義為指定輸出端口的光功率與全部輸入光功率比值的對數(shù)，數(shù)學表達式為

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

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

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

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

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

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