光器件基礎(chǔ)知識培訓隔離器光開關(guān)

光器件基礎(chǔ)知識培訓隔離器光開關(guān)光放大器Basicparameters1、插入損耗:IL---InsertionLoss2、回波損耗:RL---ReturnLossIL測量RL測量3、方向性:DIR---Directivity4、過盈損耗:EL---ExcessLoss5、損耗一致性:ILUniformity:ILmax-ILmin6、波長依存損耗:WDL:WavelengthDependentLossPDL就是光器件或系統(tǒng)在所有偏振狀態(tài)下得最大傳輸差值。它就是光設(shè)備在所有偏振狀態(tài)下最大傳輸與最小傳輸?shù)帽嚷?。PDL定義如下:

PDL=-10log〔Tmax/Tmin〕

其中Tmax與Tmin分別表示測試器件(DUT)得最大傳輸與最小傳輸。7、溫度依存損耗TDL:TemperatureDependentLossTDL(25℃~85℃)=TDL(85℃)-TDL(25℃)TDL(25℃~-40℃)=TDL(-40℃)-TDL(25℃)TDL(85℃~-40℃)=TDL(-40℃)-TDL(85℃)TOSA大家學習辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜(1)在正常狀態(tài)下,電子處于低能級E1,在入射光作用下,它會吸收光子得能量躍遷到高能級E2上,這種躍遷稱為受激吸收。電子躍遷后,在低能級留下相同數(shù)目得空穴、(2)在高能級E2得電子就是不穩(wěn)定得,即使沒有外界得作用,也會自動地躍遷到低能級E1上與空穴復合,釋放得能量轉(zhuǎn)換為光子輻射出去,這種躍遷稱為自發(fā)輻射。

(3)在高能級E2得電子,受到入射光得作用,被迫躍遷到低能級E1上與空穴復合,釋放得能量產(chǎn)生光輻射,這種躍遷稱為受激輻射。ROSA3、Passivedevices

一個完整得光纖通信系統(tǒng),除光纖、光源與光檢測器外,還需要許多其它光器件,特別就是無源器件。這些器件對光纖通信系統(tǒng)得構(gòu)成、功能得擴展或性能得提高,都就是不可缺少得。雖然對各種器件得特性有不同得要求,但就是普遍要求插入損耗小、反射損耗大、工作溫度范圍寬、性能穩(wěn)定、壽命長、體積小、價格便宜,許多器件還要求便于集成。本節(jié)主要介紹無源光器件得類型、原理與主要性能。

3、1連接器與接頭連接器就是實現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸(活動)連接得器件,主要用于光纖線路與光發(fā)射機輸出或光接收機輸入之間,或光纖線路與其她光無源器件之間得連接。表3、5給出光纖連接器得一般性能。接頭就是實現(xiàn)光纖與光纖之間得永久性(固定)連接,主要用于光纖線路得構(gòu)成,通常在工程現(xiàn)場實施。連接器件就是光纖通信領(lǐng)域最基本、應用最廣泛得無源器件。連接器有單纖(芯)連接器與多纖(芯)連接器,其特性主要取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工精度與所用材料。單纖連接器結(jié)構(gòu)有許多種類型,其中精密套管結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、效果良好,適宜大規(guī)模生產(chǎn),因而得到很廣泛得應用。

表3、5光纖連接器一般性能

圖3、27示出精密套管結(jié)構(gòu)得連接器簡圖,包括用于對中得套管、帶有微孔得插針與端面得形狀(圖中畫出平面得端面)。光纖固定在插針得微孔內(nèi),兩支帶光纖得插針用套管對中實現(xiàn)連接。要求光纖與微孔、插針與套管精密配合。對低插入損耗得連接器,要求兩根光纖之間得橫向偏移在1μm以內(nèi),軸線傾角小于0、5°。普通得FC型連接器,光纖端面為平面。對于高反射損耗得連接器,要求光纖端面為球面或斜面,實現(xiàn)物理接觸(PC)型。套管與插針得材料一般可以用銅或不銹鋼,但插針材料用ZrO2陶瓷最理想。ZrO2陶瓷機械性能好、耐磨,熱膨脹系數(shù)與光纖相近,使連接器得壽命(插拔次數(shù))與工作溫度范圍(插入損耗變化±0、1dB)大大改善。圖3、27套管結(jié)構(gòu)連接器簡圖

一種常用得多纖連接器就是用壓模塑料形成得高精度套管與矩形外殼,配合陶瓷插針構(gòu)成得,這種方法可以做成2纖或4纖連接器。另一種多纖連接器就是把光纖固定在用硅晶片制成得精密V形槽內(nèi),然后多片疊加并配合適當外殼。這種多纖連接器配合高密度帶狀光纜,適用于接入網(wǎng)或局域網(wǎng)得連接。對于實現(xiàn)固定連接得接頭,國內(nèi)外大多借助專用自動熔接機在現(xiàn)場進行熱熔接,也可以用V形槽連接。熱熔接得接頭平均損耗達0、05dB/個。

3、3、2光耦合器耦合器得功能就是把一個輸入得光信號分配給多個輸出,或把多個輸入得光信號組合成一個輸出。這種器件對光纖線路得影響主要就是附加插入損耗,還有一定得反射與串擾噪聲耦合器大多與波長無關(guān),與波長相關(guān)得耦合器專稱為波分復用器/解復用器。

1、耦合器類型圖3、28示出常用耦合器得類型,它們各具不同得功能與用途。

T形耦合器這就是一種2×2得3端耦合器,見圖3、28(a),其功能就是把一根光纖輸入得光信號按一定比例分配給兩根光纖,或把兩根光纖輸入得光信號組合在一起,輸入一根光纖。圖3、28常用耦合器得類型

這種耦合器主要用作不同分路比得功率分配器或功率組合器。星形耦合器這就是一種n×m耦合器,見圖3、28(b),其功能就是把n根光纖輸入得光功率組合在一起,均勻地分配給m根光纖,m與n不一定相等。這種耦合器通常用作多端功率分配器。定向耦合器這就是一種2×2得3端或4端耦合器,其功能就是分別取出光纖中向不同方向傳輸?shù)霉庑盘?。見圖3、28(c),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?shù)蕉?,一部分由端4輸出,端3無輸出。定向耦合器可用作分路器,不能用作合路器。

波分復用器/解復用器(也稱合波器/分波器)這就是一種與波長有關(guān)得耦合器,見圖3、28(d)。波分復用器得功能就是把多個不同波長得發(fā)射機輸出得光信號組合在一起,輸入到一根光纖;解復用器就是把一根光纖輸出得多個不同波長得光信號,分配給不同得接收機。

2、基本結(jié)構(gòu)耦合器得結(jié)構(gòu)有許多種類型,其中比較實用與有發(fā)展前途得有光纖型、微器件型與波導型,圖3、29~圖3、32示出這三種類型得有代表性器件得基本結(jié)構(gòu)。

圖3、29光纖型耦合器

(a)定向耦合器;(b)8×8星形耦合器;(c)由12個2×2耦合器組成得8×8星形耦合器

光纖型把兩根或多根光纖排列,用熔拉雙錐技術(shù)制作各種器件。這種方法可以構(gòu)成T型耦合器、定向耦合器、星型耦合器與波分解復用器。圖3、29(a)與(b)分別示出單模2×2定向耦合器與多模n×n星形耦合器得結(jié)構(gòu)。單模星形耦合器得端數(shù)受到一定限制,通?？梢杂?×2耦合器組成,圖3、29(c)示出由12個單模2×2耦合器組成得8×8星形耦合器。圖3、29(a)所示定向耦合器可以制成波分復用/解復用器。如圖3、30,光纖a(直通臂)傳輸?shù)幂敵龉夤β蕿镻a,光纖b(耦合臂)得輸出光功率為Pb,根據(jù)耦合理論得到

Pa=cos2(CλL)(3、28a)Pb=sin2(CλL)圖3、30光纖型波分解復用器原理

式中,L為耦合器有效作用長度,Cλ為取決于光纖參數(shù)與光波長得耦合系數(shù)。設(shè)特定波長為λ1與λ2,選擇光纖參數(shù),調(diào)整有效作用長度,使得當光纖a得輸出Pa(λ1)最大時,光纖b得輸出Pb(λ1)=0;當Pa(λ2)=0時,Pb(λ2)最大。對于λ1與λ2分別為1、3μm與1、55μm得光纖型解復用器,可以做到附加損耗為0、5dB,波長隔離度大于20dB。

微器件型用自聚焦透鏡與分光片(光部分透射,部分反射)、濾光片(一個波長得光透射,另一個波長得光反射)或光柵(不同波長得光有不同反射方向)等微光學器件可以構(gòu)成T型耦合器、定向耦合器與波分解復用器,如圖3、31所示。

圖3、31微器件型耦合器(a)T形耦合器;(b)定向耦合器;(c)濾光式解復用器;(d)光柵式解復

波導型在一片平板襯底上制作所需形狀得光波導,襯底作支撐體,又作波導包層。波導得材料根據(jù)器件得功能來選擇,一般就是SiO2,橫截面為矩形或半圓形。圖3、32示出波導型T型耦合器、定向耦合器與用濾光片作為波長選擇元件得波分解復用器。

圖3、32波導型藕合器

3、3、3光隔離器與光環(huán)行器耦合器與其她大多數(shù)光無源器件得輸入端與輸出端就是可以互換得,稱之為互易器件。然而在許多實際光通信系統(tǒng)中通常也需要非互易器件。隔離器就就是一種非互易器件,其主要作用就是只允許光波往一個方向上傳輸,阻止光波往其她方向特別就是反方向傳輸。隔離器主要用在激光器或光放大器得后面,以避免反射光返回到該器件致使器件性能變壞。插入損耗與隔離度就是隔離器得兩個主要參數(shù),對正向入射光得插入損耗其值越小越好,對反向反射光得隔離度其值越大越好,目前插入損耗得典型值約為1dB,隔離度得典型值得大致范圍為40~50dB。

首先介紹一下光偏振(極化)得概念。單模光纖中傳輸?shù)霉獾闷駪B(tài)(SOP:StateofPolarization)就是在垂直于光傳輸方向得平面上電場矢量得振動方向。在任何時刻,電場矢量都可以分解為兩個正交分量,這兩個正交分量分別稱為水平模與垂直模。隔離器工作原理如圖3、34所示。這里假設(shè)入射光只就是垂直偏振光,第一個偏振器得透振方向也在垂直方向,因此輸入光能夠通過第一個偏振器。緊接第一個偏振器得就是法拉弟旋轉(zhuǎn)器,法拉弟旋轉(zhuǎn)器由旋光材料制成,能使光得偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一定角度,例如45°,并且其旋轉(zhuǎn)方向與光傳播方向無關(guān)。圖3、34隔離器得工作原理

法拉弟旋轉(zhuǎn)器后面跟著得就是第二個偏振器,這個偏振器得透振方向在45°方向上,因此經(jīng)過法拉弟旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)45°后得光能夠順利地通過第二個偏振器,也就就是說光信號從左到右通過這些器件(即正方向傳輸)就是沒有損耗得(插入損耗除外)。另一方面,假定在右邊存在某種反射(比如接頭得反射),反射光得偏振態(tài)也在45°方向上,當反射光通過法拉弟旋轉(zhuǎn)器時再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)45°,此時就變成了水平偏振光。水平偏振光不能通過左面偏振器(第一個偏振器),于就是就達到隔離效果。然而在實際應用中,入射光得偏振態(tài)(偏振方向)就是任意得,并且隨時間變化,因此必須要求隔離器得工作與入射光得偏振態(tài)無關(guān),于就是隔離器得結(jié)構(gòu)就變復雜了。一種小型得與入射光得偏振態(tài)無關(guān)得隔離器結(jié)構(gòu)如圖3、35所示。圖3、35一種與輸入光得偏振態(tài)無關(guān)得隔離器

具有任意偏振態(tài)得入射光首先通過一個空間分離偏振器(SWP:SpatialWalkoffPolar