光無(wú)源器件第8章

第八章光無(wú)源器件

2024/10/71Page概述簡(jiǎn)介是一種光學(xué)元器件工藝原理遵循光學(xué)的基本原理，即光線(xiàn)理論以及電磁波理論光通信設(shè)備的重要組成部分工藝涉及多種加工工藝，特別復(fù)雜2024/10/72Page概述光無(wú)源器件主要分為以下幾種光纖準(zhǔn)直器（FiberCollimators）光纖連接器（Connector）光耦合器件（Coupler）光衰減器（Attenuator）光隔離器（Isolator）光波分復(fù)用器（WDM）偏振光合波器（PBC）光開(kāi)關(guān)(Switch)

光環(huán)形器（Circulator）2024/10/73Page概述

PPT內(nèi)容介紹各種無(wú)源器件的基本原理各種無(wú)源器件的種類(lèi)各種無(wú)源器件的性能技術(shù)指標(biāo)2024/10/74Page光纖準(zhǔn)直器（Collimator)

1.光纖準(zhǔn)直器（FiberCollimator）2024/10/75Page光纖準(zhǔn)直器（Collimator)原理與作用光纖準(zhǔn)直器的基本原理是，將光纖端面置于準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)處，使光束得到準(zhǔn)直，然后在焦點(diǎn)附近輕微調(diào)節(jié)光纖端面位置，得到所需工作距離，因此準(zhǔn)直器的工作距離與光纖頭和透鏡的間距L相關(guān)。光纖準(zhǔn)直器的作用是將光纖輸出的束腰半徑較小而發(fā)散角較大的近似高斯光束轉(zhuǎn)化為腰斑較大而發(fā)散角較小的光束，以增加對(duì)軸向間距的容查從而提高光纖與光纖之間的耦合效率，這樣可使兩準(zhǔn)直器之間保持較長(zhǎng)的距離，可以插入光學(xué)元件以實(shí)現(xiàn)器件性能。如下圖所示；2024/10/76Page光纖準(zhǔn)直器（Collimator)原理示意圖

腰斑較大發(fā)散角小

GrinLens（1/4透鏡）FiberPigtail束腰半徑小發(fā)散角大GlassSleeve近高斯光束折射率徑向變化示意圖

玻璃套管光纖尾纖2024/10/77Page光纖準(zhǔn)直器（Collimator)種類(lèi)C-Lens光纖準(zhǔn)直器:Cylindrical-Lens,球端面透鏡技術(shù)準(zhǔn)直器G-Lens光纖準(zhǔn)直器:GrinLens,斜端面折射率徑向漸變技術(shù)準(zhǔn)直器

C-Lens可通過(guò)增大端面曲率半徑來(lái)增加工作距離，比G-Lens改變參數(shù)相對(duì)容易，長(zhǎng)工作距離應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)，而在普通應(yīng)用中，也因其成本優(yōu)勢(shì)受到歡迎。只是在Filter型WDM中，需要在透鏡的端面粘貼濾波片，Grin-Lens端面為平面易于貼片。

2024/10/78Page光纖準(zhǔn)直器（Collimator)UV膠

Epoxy環(huán)氧樹(shù)脂制作工藝Lens組裝玻璃管Lens2024/10/79Page光纖準(zhǔn)直器（Collimator)制作工藝Pigtail組裝對(duì)齊后作標(biāo)記斜面對(duì)齊2024/10/710Page光纖準(zhǔn)直器（Collimator)制作工藝LensHolder套管組裝Lens

Holder

2024/10/711Page主要性能技術(shù)指標(biāo)：Wavelength（波長(zhǎng)）=1520~1580nmInsertionLoss（插入損耗）<0.15dBReturnLoss（回波損耗）>65dBTensileLoad（拉力）>5NWorkingDistance（工作距離）:10mm光纖準(zhǔn)直器（Collimator)2024/10/712Page連接器（Connector）2.連接器（Connector）2024/10/713Page連接器（Connector）基本原理光纖連接器的基本原理是采用某種機(jī)械和光學(xué)機(jī)構(gòu)，是兩根光纖的纖心對(duì)準(zhǔn)，保證90％以上的光可以通過(guò)。光纖連接器是光學(xué)元器件中的基礎(chǔ)元件，除了實(shí)現(xiàn)光纖之間的連接外，它還具有將光纖光纜、有源器件、其他無(wú)源器件、系統(tǒng)與儀表實(shí)現(xiàn)連接的功能。2024/10/714Page連接器（Connector）種類(lèi)1、活動(dòng)連接器：

a、連接器插頭（PlugConnector）使光纖（纜）在轉(zhuǎn)換器或變換器中完成插拔功能的器件

b、轉(zhuǎn)換器（Adaptor）把光纖（纜）插頭連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)光纖接通的器件

c、跳線(xiàn)（JumperConnector）一根光纖（纜）的兩端都裝上插頭

d、變換器（Converter）使某種型號(hào)的插頭換成另一種型號(hào)插頭的器件

e、裸光纖轉(zhuǎn)換器（BareFiberAdaptor）使裸光纖與光源、探測(cè)器、各類(lèi)光儀表連接的器件2、固定連接器：主要為光纖熔接（FiberFusingSplicing）2024/10/715Page連接器（Connector）基本制造類(lèi)型2024/10/716Page各種制造標(biāo)準(zhǔn)連接器（Connector）2024/10/717Page連接器（Connector）

插針端面

PC：Non-angledPhysicalContactconnector

無(wú)角度接觸連接器

APC：AngledPhysicalContactconnector有角度接觸連接器這里端面一般為球面，球面增加回?fù)p。比較兩種連接器，APC斜球端面連接器可以在接觸時(shí)產(chǎn)生更大的回波損耗，其數(shù)值可以達(dá)到50-70dB，而一般的PC端面連接器回?fù)p約為30-40dB，只是由于角度位置的要求，APC連接器制作工藝會(huì)稍微復(fù)雜。

2024/10/718Page連接器（Connector）

部分連接器圖例

SC/PCSC/APC2024/10/719PageFC/PCFC/APC連接器（Connector）2024/10/720PageLC/PCLC/APC連接器（Connector）2024/10/721PageMU/PCMU/APC連接器（Connector）2024/10/722PageST/PC連接器（Connector）2024/10/723PageE2000/PCE2000/APC連接器（Connector）2024/10/724PageF3000/PCF3000/APC

Note:SFFConnector:SmallFormFactor(1.25mmferruleOD).

連接器（Connector）2024/10/725Page插針A插針B光纖插針連接器（Connector）插針套筒式連接器示意圖2024/10/726PageLC/PC連接器組裝結(jié)構(gòu)連接器（Connector）組裝前組裝后2024/10/727Page主要性能技術(shù)指標(biāo)連接器（Connector）1、插入損耗（InsertionLoss)2、回波損耗（ReturnLoss）3、重復(fù)損耗：多次插拔的損耗4、互換損耗：連接器部件互換時(shí)損耗2024/10/728Page光耦合器（Coupler）3.光耦合器（Coupler）2024/10/729Page光耦合器（Coupler）耦合器件的定義以及種類(lèi)光耦合器是重要的無(wú)源器件，可是傳輸中的光信號(hào)在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生耦合，然后進(jìn)行再分配。種類(lèi)從功能上分光功率（Splitter）和光波長(zhǎng)分配耦合器（WDMCoupler）；從端口形式可分為X形、Y形、星形以及樹(shù)形耦合器；從工作帶寬分窄帶耦合器、單工作窗口寬帶耦合器、雙工作窗口的寬帶耦合器；從傳導(dǎo)光模式分多模耦合器、單模耦合器。熔融拉錐型全光纖耦合器應(yīng)為其良好的綜合優(yōu)勢(shì)成為現(xiàn)在制作耦合器的主要方法。JDSU主要制造此類(lèi)Coupler，為本章節(jié)專(zhuān)講內(nèi)容。2024/10/730Page熔融拉錐型全光纖耦合器的優(yōu)勢(shì)1、極低的附加損耗：標(biāo)準(zhǔn)X型可達(dá)到0.05dB以下；2、方向性好：一般超過(guò)60dB;3、良好的環(huán)境穩(wěn)定性：例如在-40度－85度范圍內(nèi)可保持穩(wěn)定的工作特性；4、控制方法簡(jiǎn)單、靈活；5、成本低廉：原料為一般光纖，自動(dòng)化程度高，成品率高。光耦合器（Coupler）2024/10/731Page光纖結(jié)構(gòu)示意圖光耦合器（Coupler）Coating包膠層

Core纖芯Cladding涂覆層2024/10/732Page光耦合器（Coupler）光線(xiàn)的傳播

1.MeridionalRay子午光線(xiàn)的傳播（總與光纖軸相交）CladdingCladding2024/10/733Page2.SkewRay斜光線(xiàn)的傳播（射入角大于子午線(xiàn)，不與光纖軸相交）光線(xiàn)的傳播

光耦合器（Coupler）2024/10/734Page光耦合器（Coupler）耦合機(jī)理：（單模光纖耦合器）

耦合即是入射光功率在熔融拉錐區(qū)域進(jìn)行功率再分配，一部分通過(guò)“直通臂”繼續(xù)傳輸，另一部分由“耦合臂”傳到另一光路。基本原理是：當(dāng)光線(xiàn)輸入進(jìn)入熔錐區(qū)輸入端時(shí)，由于纖芯的不斷變細(xì)，入射角度也不斷變大，當(dāng)超過(guò)全反射的角度臨界點(diǎn)時(shí)，會(huì)有部分的光功率會(huì)逸出“輸入臂”熔錐區(qū)的光纖包層，這時(shí)光功率是以包層作為芯，纖外介質(zhì)（空氣）作為新的復(fù)合波導(dǎo)中傳播的；在輸出端，隨著纖芯變粗，入射角度逐漸變小，光功率被兩個(gè)纖芯以特定的比率捕獲。

2024/10/735Page

光耦合器（Coupler）耦合機(jī)理示意圖(1X2Single為例)

耦合區(qū)單模輸入光（小角度單一路徑）背散射臂

輸入臂入射角度變大

逸出折射光耦合臂形成新的全反射直通臂2024/10/736Page

光耦合器（Coupler）熔融拉錐示意圖99.9％氫氣火焰拉力一定要打兩個(gè)結(jié)2024/10/737Page

光耦合器（Coupler）V-shapeQuartzTube石英基板ShrinkTube熱縮套SiliconRubber硅膠StainlessSteelTube不銹鋼套Epoxy環(huán)氧膠UV膠Fiber光纖ShrinkTube熱縮套SiliconRubber硅膠V-shapeQuartzTubeV型石英基板StainlessSteelTube不銹鋼套結(jié)構(gòu)示意圖2024/10/738Page光耦合器（Coupler）主要性能技術(shù)指標(biāo)1、插入損耗2、附加損耗（ExcessLoss）：全部輸出端口功率總和相對(duì)于全部輸入功率總和的減少值3、分光比（CouplingRatio）：耦合器各輸出端口的輸出功率的比值4、方向性（Directivity）：輸入側(cè)非注入光一端的輸出光功率與全部注入功率的比較值5、均勻性（Uniformity）:在器件工作帶寬范圍內(nèi)，各輸出端口輸出光功率的最大變化值6、偏振相關(guān)損耗（PolarizationDependentLoss）當(dāng)傳輸光信號(hào)偏振態(tài)發(fā)生360度變化，器件各端口輸出光功率最大變化量7、隔離度（Isolation）光纖耦合器件某一光路對(duì)其他光路中光信號(hào)的隔離能力

2024/10/739Page光衰減器（Attenuator）4.光衰減器（Attenuator）2024/10/740Page光衰減器是重要的光學(xué)無(wú)緣器件，常用于在系統(tǒng)中吸