光纖通信 第4章 常用光無源器件.ppt

1、光無源器件,第4章 常用光無源器件,光有源器件：,光源 光放大器 光檢測器,光無源器件：,光連接器,光耦合器,光開關(guān),光隔離器,光衰減器,光調(diào)制器,光器件的分類,作用 參數(shù) 原理 類型,光環(huán)行器,光波分復(fù)用器,4.1 光纖連接器,一、功能：,用于光纖設(shè)備和光纖之間，光纖和光纖之間, 光纖 與其它部件之間，設(shè)備和設(shè)備之間的連接。 又叫活接頭。,光源,光中繼,光檢測器,尾纖,光耦合器,光測試儀器,光跳線,二、光纖連接器的典型類型及工作原理,1、平面對接型光纖連接器 （FC型face connect）,FC 型光纖連接器,光連接器,使用方法： 將帶有接收光纖和發(fā)射光纖的插針體分別插入 套筒中，將螺旋

2、擰緊，就實現(xiàn)了光纖的耦合。,材料：合金,螺旋式連接,菲涅耳反射：光在不同折射率的介質(zhì)平面的交界面上會發(fā)生入射光的部分反射 。,問題所在：FC 型光纖連接器的接頭時平面型，產(chǎn)生菲涅爾反射， 形成損耗和引入噪聲 。,2、直接接觸型光纖連接器（PC型physical connect）,插針體（包括光纖）的端面研磨成凸面球，使得被連接的光纖的端面可以直接接觸，實現(xiàn) 物理結(jié)構(gòu)的直接連接。,特點：,優(yōu)點： 減少了光的菲涅爾反射，避免了回波噪聲。,材料：陶瓷,端面的制備：,光連接器,3、矩形光連接器（SC）,預(yù)留空間以便耦合部分旋轉(zhuǎn)，不能滿足高密度安裝要求。,卡口式，能自鎖和開啟,SC 型光纖連接器,4、S

3、T型連接器,插銷鎖定式連接方式,5、FO 型光纖連接器,結(jié)構(gòu)圖：,作用：將帶狀光纖的光纖一根根分開，與單芯光纖連接。,6、MT型光纖連接器,結(jié)構(gòu)圖：,作用：多模帶狀光纜的光纖的一次連接。,三、 光纖連接器的參數(shù),1、插 入衰減,意義：表征光連接器插入后引起的光路中的光信號 衰減的程度。,定義： ac=10 Lg(Pin / Pout) (dB),影響光纖連接器衰減的因素： 參數(shù)不匹配：折射率、纖徑 耦合缺陷：,間隙,橫向偏移,傾斜角,端面不平,2、重復(fù)性,意義：在使用壽命期間允許實際插入損耗值偏離標(biāo)稱值的最大變化量。,ac =ac-acimax,3、互換性,描述同一種光纖連接器在相互代換時允許

4、插入損耗的最大差值。,意義：,定義：,意義：表征連接時光纖端面對光的反射程度。,回波損耗（反射損耗）：10Lg(P入/P反),4、回波損耗,5、工作壽命,意義：可插拔的最大次數(shù),四、 光纖通信對光連接器的要求,連接損耗低,0.5dB連接損耗5km光纖損耗,0.4dB,重復(fù)性好,壽命長,一般1000次,強度高,環(huán)境穩(wěn)定性好,反射低,體積小，成本低，操作方便,五、陶瓷PC型光纖連接器的主要技術(shù)指標(biāo),4.2 光纖耦合器,一 、光纖耦合器,對光信號實現(xiàn)分路、合路、插入、分配的一種無源器件。 實現(xiàn)光功率的分配，對光的波長沒有影響。,功能：,插入,合路,分配,二、 參數(shù),（1）插入損耗,合路器：,n,分路

5、器：,意義： 表征插入光方向耦合器后對鏈路的光信號的衰減。,定義：,一般要求ai0.5dB,（2）隔離度,又稱光方向性串?dāng)_度，用于衡量合路時各個端口的干擾度。,定義：Ai j=10Lg(Pi/Pj) (dB),i,j,意義：,一般要求A20dB,光連接器,（3）、分路比,分路時各個輸出端口的光功率之比。,i,j,定義：Tij=Pi/Pj,光方向耦合器,意義：,一般要求T在0.1：110：1,三、光纖耦合器的分類,1、T型耦合器,功能：將一個光纖的輸入光功率按照一定的比例分配給兩根光纖，或者將兩根光纖的輸入 光信號合在一起送入一根 光纖。,用途： 光功率分配器或光功率組合器,2、星型耦合器,功能

6、：將n根光纖的輸入光功率合 在一起，均勻的分給m 根光纖。,用途：多端口功率分配器,3、 定向耦合器,功能： 取出光纖中向不同方向傳送的光信號,1,2,3,4,1,2,3,4,用途：只能用于功率分路器。,四、基本結(jié)構(gòu),1、 光纖型,將幾根光纖去涂覆后排列在一起，用熔斷拉錐技術(shù)制作成光耦合器。,工作原理：,光功率的比例分配與錐形的長度和包層的厚度有關(guān),2、 微光器件型,主要采用自聚焦?jié)u變透鏡,半透鏡,A,B,GRIN圓柱透鏡,GRIN圓柱透鏡,3、波導(dǎo)型,在一個平面板的襯底上制作 需要形狀的光波導(dǎo)，襯底既可以做支撐體也可以做波導(dǎo)的包層。,玻璃 襯底,嵌 入波導(dǎo),4、對接型偶合器,五、 耦合級聯(lián),

7、12型,22型,級聯(lián),1N型,NN型,從22的光方向耦合器來推導(dǎo)NN型星型耦合器的參數(shù)特性：,結(jié)論：（N 2N）/ 2個22的星型耦合器可以按照這樣的思路組成2 N級陣列，形成NN型星型耦合器，其分路損耗為32 NdB.,4.3波分復(fù)用器Wavelength-division multiplexers (WDM),-波分復(fù)用器-的形式: 3 端口器件 (第4端口不用) 1310 / 1550 nm (“經(jīng)典” WDM技術(shù)) 1480 / 1550 nm 和 980 / 1550 nm 用于光放大器(后面章節(jié)詳述) 1550 / 1625 nm 用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 插入損耗和隔離度: 對傳輸通道的波長

8、，具有低插入損耗 ( 1 dB) 傳輸通道波長對另一波長有高損耗 (20 to 50 dB) : I10=-10log10P1(1)/P0 (1), I20=-10log10P2(1)/P0 (1),A、分類 熔錐型(粗WDM) 多層干涉濾光膜型(細(xì)WDM DWDM) 棱鏡分光型(粗WDM) 光柵型-體光柵、光纖光柵(粗WDM，細(xì)WDM ) 陣列波導(dǎo)光柵(細(xì)WDM DWDM) B、原理,熔錐型波分復(fù)用器,P1=Pincos2K()z P2=Pinsin2K()z,其中z是耦合區(qū)的長度，K()為耦合系數(shù)，當(dāng)K()z= /2， P1=0， P2=Pin,棱鏡分光型波分復(fù)用器,Multiplexer

9、s (MUX) / Demultiplexers (DEMUX),DWDM的關(guān)鍵器件 技術(shù)分類： 串聯(lián)介質(zhì)濾光器 Cascaded FBGs Phased arrays (see later) 低串?dāng)_，有利于解復(fù)用,干涉濾光片型波分復(fù)用器,光柵型波分復(fù)用器-體光柵,主最大強度的方向由下式給出：d sin=m / = m/ d cos 其中d為光柵周期， 為衍射角， m = 0，1， 2，等等， 為角分離， 為波長間隔。,光纖光柵型波分復(fù)用器,其反射波長成為布拉格波長（ B ）由下面的布拉格條件確定：,2neff=B,其中為光柵周期，,neff為有效纖芯折射率。,Array Waveguide

10、Grating (AWG),NTT：256波，間隔0.2nm，3dB帶寬0.12nm，插入損耗4.4-6.4dB，串?dāng)_-33dB，偏振相關(guān)波長差0.03nm，需要溫控。,光開關(guān),4.4 光開關(guān),一 、功能,光開關(guān)是一種光路控制器，起轉(zhuǎn)換光路的作用。,如：保護(hù)倒換,光開關(guān),全光交換：,12空間光交換,12時隙光交換,光纖延時線,T,.,T3,T2,T1,T4,T1,T2,T3,T4,復(fù)合光交換,2t,4t,6t,光開關(guān)或耦合器,T2,T3,T4,T1,光開關(guān),光開關(guān),二、光開關(guān)的類型,（1）機械式光開關(guān),移動光纖式,移動棱鏡式,原理,光開關(guān),光纖1,玻璃套筒,方空玻璃套筒,套管,光 纖2,光纖3

11、,光纖1,光纖2,光纖3,移動光纖式：,光開關(guān),移動棱鏡式：,棱 鏡,自聚焦透鏡,光開關(guān),新型的微光機電系統(tǒng)光開關(guān),微光機電系統(tǒng)（MOEMS）光開關(guān)微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)與傳統(tǒng)的光技術(shù)的結(jié)合,光開關(guān),光開關(guān),（2）電光式光開關(guān),（3）熱光開關(guān),（4）SOA光開關(guān),半導(dǎo)體光放大器,控制電壓,光開關(guān),二、 參數(shù),（1）插入損耗,ai=10Lg(Pin/Pout),(dB),(2) 通斷消光比,開關(guān)處于接通狀態(tài)的輸出光功率和處于斷開狀態(tài)的輸出光功率之比。,a=10Lg(P通/P斷),光開關(guān),(3)壽命,允許轉(zhuǎn)換光路的次數(shù),（4）轉(zhuǎn)換速度,光通道的設(shè)置開關(guān)：110ms,保護(hù)倒換：110us,分組交

12、換：1ns,外調(diào)制：10ps,光隔離器,4.6 光隔離器,一、 定義,光隔離器是一種防止光沿傳輸光程返回的無源器件。,光隔離器,光隔離器,光隔離器,二、工作原理,基于法拉第效應(yīng),光隔離器,B,B,光的不可逆 性,光隔離器,光隔離器的工作原理：,偏振器,法拉第旋轉(zhuǎn)器,B,偏振器,NO PASS,45,光隔離器,三、參數(shù),（1）正向插入衰減 沿光傳播方向的衰減。,a fi=10Lg (Pin/Pout)（dB）,(2)隔離度,反向衰減，反向光被阻止的程度。,A=10Lg(Pin/Pout) (dB),以反向方向為參考方向,光環(huán)行器,光環(huán)形器,基本功能：,1,2,3,用途：用于光放大器和光時域反射儀

13、。,要點總結(jié),1、光器件與電器件的比較,電源,電探頭,電阻,電混頻器,電插頭,二極管,激光器,光檢測器,光衰減器,波分復(fù)用器,光纖連接器,隔離器,分支器（三通）,光方向耦合器,MODEL,光調(diào)制器,要點總結(jié),2、 FC 型光纖連接器的結(jié)構(gòu)、缺點,光纖,插針體,套筒,平面對接型光纖連接器產(chǎn)生菲涅爾反射,要點總結(jié),3、PC 型光纖連接器、SC 型 光纖連接器、FO型光纖連接器各自的特點。,PC 型光纖連接器：,物理接觸型，實現(xiàn)物理上的直接接觸，克服了菲涅爾反射。,SC 型 光纖連接器：,矩形，方便安裝，降低精度要求,FO型光纖連接器：用于將帶狀光纖的每 一根光纖單獨分離出來,要點總結(jié),3、 光耦合器與光波分復(fù)用器的區(qū)別：,光耦合器,光功率的合與分,光波分復(fù)用器,光波長的分與合,要點總結(jié),4、 22型光纖耦合器的級聯(lián),要點總結(jié),6、光開關(guān)在光纖通信中的用途,倒換備用,光交換,空分光交換,時分光交換,復(fù)合光交換,要點總結(jié),7、 光隔離器的作用及工作 原理,光隔離器是一種防止光沿傳輸光程 返回的無源器件。,基于法拉第效應(yīng),在偏振光的傳播方向外加電磁場時 ，其偏振方向會旋轉(zhuǎn)一定的角度。 =VBL 無論