现代光纤通信技术5-光器件

1 2 5.1 光 器 件 概 述 5.2 光 连 接 器 与 衰 减 器 5.3 耦 合 器 与 分 束 器 5.4 复 用 器 5.5 光 隔 离 器 与 环 形 器 5.6 光 开 光 与 光 交 叉 连 接 器 5.7 光 波 长 转 换 器 5.8 光 器 件 测 试章内容 3 5.1 光器件概述光 器 件 的 分 类 体 块 型 不 能 直 接 与 光 纤 线 路 连 接 ， 而 是 要 通 过 耦 合 元 件 （ 最 重 要的 耦 合 元 件 是 自 聚 焦 棒 透 镜 组 ） ， 因 而 损 耗 较 大 。 全 光 纤 型 体 积 小 、 重 量 轻 、 结 构 紧 凑 、 抗 电 磁 干 扰 。 特 别 是 能 够 做成 “ 在 线 元 件 ” ， 直 接 接 入 光 纤 线 路 ， 因 而 附 加 损 耗 很 低 。 光 波 导 型 体 积 小 、 重 量 轻 、 热 和 机 械 稳 定 性 好 、 功 耗 低 、 抗 电 磁 干扰 性 强 、 适 合 批 量 生 产 。 4 光器件概述发 展 趋 势 n 尺 寸 小 型 化 、 微 型 化 。 无 论 是 在 系 统 传 输 设 备 中 ， 还 是 在 终 端 用 户 上 ， 光 器 件 在 提供 高 性 能 功 能 的 同 时 ， 应 占 据 尽 可 能 小 的 空 间 。n 低 成 本 。 降 低 器 件 成 本 的 有 效 途 径 包 括 提 高 成 品 率 ， 提 高 器 件 制 作 自动 化 程 度 ， 以 及 规 范 各 种 光 器 件 的 标 准 ， 如 达 成 多 边 协 议 以提 高 光 器 件 间 的 兼 容 性 等 。 n 多 功 能 的 集 成 。 系 统 的 发 展 对 光 器 件 功 能 要 求 也 愈 来 愈 多 ， 要 求 单 个 器 件 能提 供 更 多 功 能 ， 或 是 将 更 多 功 能 的 光 学 元 件 集 成 在 一 个 器 件中 。 无 论 是 器 件 尺 寸 的 集 成 ， 还 是 功 能 上 的 集 成 ， 都 可 以 降低 器 件 成 本 ， 提 高 器 件 竞 争 力 。 5 5.2 光连接器与光衰减器 6 光 纤 连 接 器 （ optical connector） ， 俗 称 活 接 头 ， ITU将 其 定 义 为 “ 用 以 稳 定 地 但 并 不 是 永 久 地 连 接两 根 或 多 根 光 纤 的 无 源 组 件 ” 。 主 要 用 于 实 现 系 统 中 设 备 间 、 设 备 与 仪 表 间 、 设 备与 光 纤 间 以 及 光 纤 与 光 纤 间 的 非 永 久 性 固 定 连 接 ，是 光 纤 通 信 系 统 中 不 可 缺 少 的 无 源 器 件 。 对 光 纤 连 接 器 要 求 主 要 是 插 入 损 耗 小 、 回 波 损 耗 大 、重 复 插 拔 的 寿 命 长 和 互 换 性 好 。 光连接器定义 7 光连接器n 技 术 指 标 ： (dB)10 01PPlgI L (dB)10 0PPlgR rL n互 换 性 和 重 复 性n 回 波 损 耗 ： 反 射 损 耗 ， 光 纤 连 接 处 ， 后 向 反 射 光 功 率Pr相 对 输 入 光 功 率 P0的 比 率 的 分 贝 数 。n 插 入 损 耗 ： 光 信 号 通 过 连 接 器 之 后 ， 其 输 出 光 功 率 P1相 对 输 入 光 功 率 P0的 比 率 的 分 贝 数 。 一 般 要 求 应 不 大 于 0.2 dB典 型 值 应 不 小 于 45 dB。 8 光纤连接损耗及其影响因素 光 纤 结 构 参 数 失 配 引 起 的 损 耗 (f) 两 光 纤 相 对 位 置 偏 离 设 计 要 求 引 起 的 损 耗 (b)(c)(e) 端 面 形 状 与 间 隙 引 起 的 损 耗 (d)(e)(a)2n1n 0n（ a）（ c） q（ b） d（ d） z （ e） 1a 2aa 1x 2xx12a 22a 纤 芯 直 径1D 2D1g 2g 数 值 孔 径折 射 率 分 布（ f） 光纤参数端面反射横向错位角向倾斜端面间隙 端面状态 9 活动连接器n 插 入 损 耗 目 前 水 平 0.2dBn 减 低 反 射 技 术 ： APC(Angled Physical Contact)n 常 见 类 型 ： FC、 SC、 ST 10 光纤连接器的结构 FC型 ： 外 部 加 强 方 式是 采 用 金 属 套 ， 紧 固 方式 为 螺 丝 扣SC型 ： 外 壳 采 用 工 程 塑料 ， 矩 形 结 构 ， 便 于 密 集安 装 ， 不 用 螺 纹 连 接 ， 可以 直 接 插 拔 。ST型 ： 采 用 带 键 的 卡 口式 锁 紧 机 构 ， 确 保 连 接 时准 确 对 中 。 11 光纤连接器的结构 12 光衰减器定义 光 衰 减 器 （ optical attenuator） 是 对 光 功 率 进行 预 定 量 衰 减 的 器 件 ， 它 可 分 为 可 变 光 衰 减 器 和 固定 光 衰 减 器 。 前 者 主 要 用 于 调 节 光 功 率 电 平 ， 后 者主 要 用 于 电 平 过 高 的 光 纤 通 信 线 路 。 对 光 衰 减 器 主 要 要 求 是 ： 插 入 损 耗 低 、 回 波 损 耗 高 、分 辨 率 线 性 度 和 重 复 性 好 、 衰 减 量 可 调 范 围 大 、 衰 减精 度 高 、 器 件 体 积 小 ， 环 境 性 能 好 。 13 光衰减器n 根 据 工 作 原 理 分 类 ： 14 光功率衰减功能新技术热 光 技 术电 光 技 术微 机 械 技 术 （ MEMS）插 入 损 耗 大 ， 偏 振 相 关 损 耗 大插 损 、 偏 振 相 关 损 耗 、 热 漂 移 较 大 ， 动 态 范 围 有 限 体 积 很 小 ， 响 应 速 度 较 快 ， 功 耗 小 ， 易 于 批 量 生 产 ，但 插 损 较 大 ， 成 本 高 昂 ， 是 目 前 发 展 较 快 的 技 术 。 15衰 减 片 通 常 是 表 面 蒸 镀 了 金 属 吸 收 膜 的玻 璃 基 片 ， 衰 减 片 与 光 轴 可 以 倾 斜 放 置衰 减 片 在 不 同 位 置 的 金 属 膜 厚 度 不 同 ，可 用 来 获 得 不 同 的 衰 减 在 光 纤 端 面 按 要 求 镀 上 一 层 有 一 定 厚 度的 金 属 膜 或 在 光 的 通 路 上 设 置 一 个 几 微米 的 气 隙 ， 从 而 获 得 固 定 衰 耗 。 常用光衰减器的工作原理 16 5.3 耦合器与分束器 光 耦 合 器 （ coupler） /分 束 器 （ splitter） 的 功能 是 实 现 光 信 号 的 合 路 /分 路 ， 就 是 把 多 个 输 入 的光 信 号 组 合 成 一 个 输 出 或 者 把 一 个 输 入 的 光 信 号分 配 给 多 个 输 出 。 一 般 是 对 同 一 波 长 的 光 功 率 进 行 合 路 或 分 路 。 光耦 合 器 /分 束 器 的 使 用 将 会 对 光 路 带 来 一 定 的 附 加插 入 损 耗 以 及 一 定 的 串 扰 和 反 射 。 17插 入 损 耗 ： 是 指 一 个 指 定 输 入 端 口 的 输入 光 功 率 Pi和 一 个 指 定 的 输 出 端 口 的 输 出功 率 Po的 比 值附 加 损 耗 ： 全 部 输 入 端 口 的 输 入 光 功 率总 和 与 全 部 输 出 端 口 的 输 出 光 功 率 总 和 的比 值分 光 比 或 耦 合 比 ： 某 一 个 输 出 端 口 的 输出 光 功 率 与 全 部 输 出 端 口 的 输 出 光 功 率 总和 的 比 值串 扰 ： 一 个 输 入 端 口 的 输 入 光 功 率 Pi与由 耦 合 器 泄 漏 到 其 他 输 入 端 口 的 光 功 率 Pr的 比 值 dB 10 iine PPlgL 光耦合器技术指标dB 10 ioi PPlgL % PPCR ii 100 P1 P3P4 dB 10 irc PPlgLP2 18 光耦合器分类v从 端 口 形 式 X型 、 Y型 、 星 型 以 及 树 型v从 工 作 带 宽 的 角 度 单 工 作 窗 口 的 窄 带 单 工 作 窗 口 的 宽 带 双 工 作 窗 口 的 宽 带v从 传 导 光 模 式 多 模 与 单 模v从 器 件 工 艺 实 现 方 式 分 立 光 学 元 件 组 合 型 光 纤 型 光 耦 合 器 集 成 波 导 型 19 几种常见光耦合器结构示意图 20 几种常见光耦合器结构示意图 21 5.4 复用器 一 种 用 来 合 成 不 同 波 长 的 光 信 号 或 者 分 离 不 同 波 长 的 光 信 号 的 无 源器 件 。 （ 复 用 器 /解 复 用 器 ） 用 于 波 长 选 择 、 光 放 大 器 的 噪 声 滤 除 、 光 复 用 /解 复 用 对 器 件 的 要 求 主 要 是 插 入 损 耗 低 、 隔 离 度 大 、 带 内 平 坦 、 带 外 插 入损 耗 变 化 陡 峭 、 中 心 波 长 稳 定 性 高 等 。 22 衍射光栅复用器n 在 Si衬 底 上 沉 积 环 氧 树 脂 后 制 造 成 光 栅 。 多 波 长 信 号 经 光 纤输 入 和 普 通 透 镜 或 棒 透 镜 聚 焦 在 反 射 光 栅 上 ， 反 射 光 栅 将 各波 长 分 开 ， 然 后 经 透 镜 将 各 个 波 长 的 光 聚 焦 在 各 自 的 光 纤 。采 用 渐 变 折 射 率 透 镜 ，简 化 了 装 置的 校 准 。采 用 普 通 透镜 的 WDM 23 光栅复用器的特点n 波 长 通 道 数 大 （ 132Ch）n 通 道 间 隔 小 （ 商 用 0.4nm)n 插 损 不 随 通 道 数 增 加 (67dB)n 温 度 敏 感 (0.01nm/OC)， 需 温 度 补 偿 (温 控 、 材料 补 偿 ） n 高 斯 型 通 带 （ 采 用 特 殊 技 术 可 实 现 平 顶 ， 但 增大 插 损 ） 24 介质膜滤波器DTFn Dielectric Thin-Film Filtern 在 中 心 波 长 附 近 ， 各 层 反 射 光 叠 加 ， 在 滤 波 器 前 端 面 形 成 很 强 的 反射 光 。 在 高 反 射 区 之 外 ， 反 射 光 突 然 降 低 ， 大 部 分 光 成 了 透 射 光 。n 对 一 定 波 长 范 围 呈 通 带 ， 对 另 外 波 长 范 围 呈 阻 带 ， 从 而 形 成 所 要 求的 滤 波 特 性 25 n 通 带 特 性 好 （ 平 顶 、 隔 离 度 高 25dB）n PDL小 (0.2dB)n 插 损 低 57dB（ 16波 ）n 温 度 敏 感 性 小 （ 0.0005nm/OC 不 需 温 控 ）n 波 长 数 16CH； 波 长 间 隔 0.8nmn 价 格 较 高 n 是 16波 长 WDM系 统 中 主 要 选 用 的 器 件多层介质膜复用器特点 26 可 通 过 改 变 熔 融 拉 锥 条 件 ， 增 强 耦 合 系 数 对 波长 的 敏 感 性 ， 从 而 制 成 熔 融 拉 锥 型 WDM器 件 特 点 ： 插 损 低 、 结 构 简 单 、 温 度 稳 定 性 高 、 无需 波 长 选 择 器 件 ； 复 用 波 长 数 少 、 隔 离 度 差 应 用 ： 常 用 于 1300nm/1550nm、 980nm/1550nm、1480nm/1550nm波 长 的 分 离熔锥光纤滤波器 27 阵列波导光栅AWG Array-Waveguide-Grating 规 则 排 列 的 波 导 ， 相邻 波 导 的 长 度 相 差 固定 值 DL， 因 而 产 生 的相 位 差 随 波 长 而 变 。 28 AWG的工作原理 设 AWG的 输 入 端 口 数 和 输 出 端 口 数 均 为 n， 输 入 耦 合 器 为n m形 式 ， 输 出 耦 合 器 为 m n形 式 ， 输 入 和 输 出 耦 合 器 之 间 由m个 波 导 连 接 ， 每 相 邻 波 导 的 长 度 差 均 为 L。 输 入 耦 合 器 将 某个 输 入 端 口 的 输 入 信 号 分 成 m部 分 ， 它 们 之 间 的 相 位 差 由从 输 入 波 导 到 阵 列 波 导 在 输 入 耦 合 器 中 传 输 的 距 离 来 决 定 。 在输 入 波 导 i的 光 信 号 的 波 长 中 ， 满 足 2k 的 整 数 倍 的 波长 将 在 输 出 波 导 输 出 。 通 过 适 当 设 计 ， 可 以 做 成 1 n波 分 解 复 用 器 和 n 1波 分 复用 器 。 29 AWG特 点 ：信 道 间 隔 （ 1.6 0.8 0.4nm）端 口 （ 18 116 132 164)需 要 温 控 （ 0.01nm/C0)插 损 不 随 通 道 数 增 加 (67dB)高 斯 型 通 带 （ 采 用 特 殊 技 术 可 实 现 平 顶 ， 但 增 大 插 损 ）隔 离 度 22dBPDL1dB 应 用 ：复 用 /解 复 用 （ 16通 道 以 上 WDM系 统 中 最 具 竞 争 力 的 器 件 ）AWG的特点及应用 30 5.5 光隔离器与环形器 31 用 途只 允 许 光 波 往 一 个 方 向 传 播 ， 阻 止 光 波 往 其他 方 向 特 别 是 反 方 向 传 输 的 。主 要 用 在 激 光 器 或 光 放 大 器 的 后 面 ， 以 消 除反 射 光 的 影 响 ， 使 系 统 工 作 稳 定 。 主 要 参 数 要 求插 入 损 耗 小 （ 典 型 值 约 为 0.5 dB）隔 离 度 大 （ 典 型 值 约 在 4050dB之 间 ）PDL小 （ 0.2 dB）组 成 原 理一 般 由 起 偏 器 、 检 偏 器 和 旋 光 器 组 成 。光隔离器概述 32起 偏 器 使 入 射 光 德 垂 直 偏 振 分 量 通 过 ， 调 整 法 拉 第 旋 转 器 （ YIG）的 磁 场 强 度 ， 使 偏 振 面 旋 转 45 ， 然 后 通 过 检 偏 器 。 反 射 光 返 回 时 ，通 过 法 拉 第 旋 转 器 又 一 次 旋 转 45 ， 正 好 与 入 射 光 偏 振 面 正 交 ， 因此 受 到 隔 离 。 光隔离器工作原理 33 光环形器 基 本 原 理 ： 与 光 隔 离 器 相 似 光 传 送 顺 序 ： 12 3 4 主 要 指 标 ： 插 入 损 耗 、 隔 离 度 、 PDL、 回 波 损 耗 、 方向 性 等 （ 与 光 隔 离 器 基 本 相 同 ） 34 光环形器工作原理 起 偏 器 、 检 偏 器 、 旋 光 器 35 光环形器应用光 环 形 器 的 两 种 基 本 应 用 ： OADM制 作 ； 单 纤 双 向 传 输 基 于 FBG和 多 口 光 环 形 器 的 BOADM结 构 36 n 光 开 光 定 义 ： 通 过 光 通 道 的 通 断 和 转 换 ， 实 现 光 层 面 上 的 路由 选 择 、 波 长 选 择 、 光 分 插 复 用 、 光 交 叉 连 接 和 自 愈 保 护 等功 能 。n 开 关 时 间 ： 开 关 端 口 从 某 一 初 始 状 态 转 为 通 或 断 所 需 的 时 间 。不 同 的 应 用 场 合 ,对 光 开 关 的 开 关 时 间 要 求 不 同 。n 光 开 关 其 他 重 要 参 数 ： 消 光 比 、 插 损 、 串 话 、 偏 振 相 关 性(PDL)。5.6 光开光与光交叉连接器应 用 开 关 时 间 需 求光 路 的 交 换 及 管 理(OADM 、 OXC) 110ms保 护 开 关光 包 交 换 1ns外 调 制 10ps110ms 37传 统 机 械 光 开 关 的 结 构 示 意 图 机械式光开关 工 作 原 理 ： 通 过 移 动 光 纤 将 光 直 接 耦 合 到 输 出 端 或 采 用 棱 镜 、反 射 镜 切 换 光 路 特 点 ： 偏 振 无 关 ， 插 入 损 耗 低 、 串 扰 小 、 光 学 性 能 好 ， 体 积 较 大 、开 关 速 度 慢 38MEMS开 关 阵 列 图 工 作 原 理 ： 通 过 磁 、 静 电 效 应 移 动 或 旋 转 微 反 射 镜 ， 利 用 这些 微 镜 片 的 二 维 或 三 维 空 间 运 动 ， 将 光 直 接 反 射 到 不 同 的 输 出 端 特 点 ： 低 损 耗 、 低 串 扰 、 低 偏 振 敏 感 性 、 高 消 光 比 、 体 积 小 、集 成 度 高 、 开 关 速 度 快 MEMS光开关 39喷 墨 气 泡 热 光 开 关 模 块 n 工 作 原 理 ： 利 用 了 气 泡 （ 镜 面 ） 对 光 反 射 的 原 理 ， 当 入 射 光 照入 并 要 求 交 换 时 ， 一 个 热 敏 硅 片 会 在 液 体 中 产 生 一 个 气 泡 ， 气 泡将 光 从 入 射 波 导 全 反 射 到 输 出 波 导n 特 点 ： 开 关 速 度 为 ms量 级 ， 插 损 低 、 串 扰 小 ， 具 有 较 好 的 可 扩展 性喷墨气泡热光开关 40 (a)定 向 耦 合 器 型 光 开 关 (b) M-Z干 涉 仪 型 光 开 关电 光 开 关 原 理 示 意 图 波导光开关n 工 作 原 理 ： 利 用 电 光 效 应 或 电 吸 收 效 应 以 及 硅 材 料 的 等 离 子 体 色散 效 应 ， 在 电 场 的 作 用 下 改 变 材 料 的 折 射 率 和 光 的 相 位 ， 再 利 用 光的 干 涉 或 者 偏 振 等 方 法 使 光 强 突 变 或 光 路 转 变 41热 光 开 关 原 理 示 意 图 n 工 作 原 理 ： 通 过 电 流 加 热 的 方 法 ， 使 介 质 的 温 度 变 化 ， 导 致 光在 介 质 中 传 播 的 折 射 率 和 相 位 发 生 改 变 ， 进 而 实 现 光 信 号 的 通 断n 典 型 材 料 ： SiO2、 Si、 LiNbO3和 有 机 聚 合 物 等n 特 点 ： 可 以 集 成 、 开 关 速 度 优 于 机 械 式 （ ms）热光开关 42声 光 开 关 原 理 示 意 图 工 作 原 理 ： 利 用 声 光 效 应 ， 即 声 波 在 某 些 介 质 中 传 播 时 ， 该介 质 会 产 生 与 声 波 信 号 相 应 的 、 随 时 间 和 空 间 周 期 变 化 的 弹 性 形变 ， 从 而 导 致 介 质 折 射 率 的 周 期 性 变 化 ， 形 成 等 效 的 位 相 光 栅 ，其 光 栅 常 数 等 于 声 波 波 长 ， 因 而 能 提 供 一 种 方 便 地 控 制 光 的 强 度 、频 率 和 传 播 方 向 的 手 段声光开关 431 342 SOA SOA 光 纤 环控 制 脉 冲 耦 合 器（ a） 全 光 M-Z型 开 关 （ b） NOLM全 光 开 关光 调 制 光 开 关 原 理 示 意 图 工 作 原 理 ：利 用 输 入 的 控 制 光 信 号 与 信 号 光 进 行 光 交 叉 相 位 调 制 ， 来调 节 输 出 信 号 光 的 相 对 相 位 关 系 以 实 现 开 关 通 断 。通 过 外 部 输 入 控 制 光 调 制 半 导 体 光 放 大 器 (SOA)的 折 射 率来 调 节 输 出 信 号 光 的 相 对 相 位 关 系 以 实 现 开 关 通 断 。光调制光开关 44 功 能 定 义 ： 用 于 光 纤 网 络 节 点 的 装 置 ， 通 过 对 光 信 号 进 行 交 叉连 接 ， 能 灵 活 有 效 地 管 理 光 纤 传 输 网 络 ， 是 实 现 可 靠 的 网 络 保 护 /恢复 以 及 自 动 配 线 和 监 控 的 重 要 技 术结 构 核 心 ： 光 交 叉 连 接 矩 阵 （ 一 般 是 通 过 光 开 关 矩 阵 来 实 现 ）技 术 要 求 ： 无 阻 塞 、 低 串 扰 、 低 延 迟 、 无 偏 振 依 赖 性 、 宽 带 和 高的 可 靠 性 ， 并 具 有 单 向 、 双 向 和 广 播 形 式 的 功 能光交叉连接器 管 理 、 控 制 操 作 系 统输 入端 输出端1 1M NM N光 交 换 矩 阵OXC功 能 结 构 示 意 图 45 波 分 复 用 /解 复 用 器光 交 叉 连 接 矩 阵波 长 转 换 模 块OXC基本结构 46 5.7 光波长转换器n 光 波 长 转 换 器 （ Wavelength Converter） 是一 种 实 现 将 光 信 号 从 某 一 波 长 的 光 载 波 转 换 至 另一 波 长 光 载 波 的 器 件 ， 是 波 分 复 用 光 通 信 系 统 向光 网 络 演 变 的 一 个 关 键 性 器 件 。 它 可 以 在 光 通 信网 络 中 广 泛 地 用 于 光 交 换 、 波 长 路 由 以 及 光 信 号的 全 光 再 生 等 。 n 光 电 光 式 光 波 长 转 换 器n 全 光 波 长 转 换 器 47驱 动 输 入s 光 探 测 器 缓 存 器 可 调 激 光 器地 址 译 码 器 c光 /电 /光 波 长 转 换 器 结 构 原 理 图 功 能 定 义 ：首 先 利 用 光 探 测 器 将 光 信 号 转 化 为 电 信 号 ， 再 将 此 信 号 存 储 于 电存 储 器 中 ， 然 后 用 此 电 信 号 驱 动 可 调 谐 激 光 器 ， 变 成 另 一 波 长 的 光信 号 。 特 点 信 噪 比 高 、 偏 振 无 关 、 转 换 速 率 可 达 10Gbit/s、 可 实 现 消 光 比增 强 及 信 号 再 生 、 技 术 成 熟 透 明 性 受 影 响 、 光 电 转 换 线 路 复 杂 ， 终 究 要 受 电 子 瓶 颈 的 限 制光-电-光式光波长转换器 48 全光波长转换器（WC） Wavelength Conerter 全 光 波 长 转 换 器 是 将 信 号 从 一 个 波 长 变 为 另一 个 波 长 而 不 需 要 变 换 到 电 域 ， 因 此 具 有 高速 、 宽 带 、 透 明 (与 信 号 格 式 无 关 )的 特 点 。n 利 用 SOA中 的 交 叉 增 益 调 制 (SOA-XGM) n 利 用 SOA中 的 交 叉 相 位 调 制 (SOA-XPM)n 利 用 SOA中 的 四 波 混 频 效 应 (SOA-FWM) 49SOA-XGM型 全 光 波 长 转 换 器 结 构 原 理 图 基于SOA-XGM的WC工 作 原 理 ： 随 着 输 入 光 功 率 的 增 加 ， 由 于 受 激 辐 射 ， SOA中 载 流 子 的 消耗 相 应 增 加 ， 载 流 子 浓 度 下 降 ， 导 致 SOA增 益 减 少 ， 即 发 生 增 益 饱 和 现象 。 此 时 ， 如 果 把 一 束 波 长 为 S（ 与 目 标 波 长 相 同 ） 的 连 续 探 测 光 注 入SOA， 当 信 号 光 处 于 高 功 率 （ 逻 辑 1） 时 ， 由 于 SOA的 增 益 饱 和 效 应 ， 探测 光 不 能 得 到 放 大 （ 逻 辑 0） ； 相 反 ， 当 信 号 光 处 于 逻 辑 0时 ， 探 测 光 被放 大 （ 逻 辑 1） 。 此 即 为 交 叉 增 益 调 制 效 应 （ XGM） 。 于 是 ， 强 度 调 制 信息 就 从 信 号 光 C加 载 到 了 探 测 光 S上 ， 实 现 了 波 长 变 换 ， 只 是 输 出 信号 在 逻 辑 上 与 原 信 号 相 反 。 CS Filter SSOACW 50 SOA-XGM的特点 优 点 ： 可 以 达 到 较 高 的 转 换 速 率 ， 可 到 10Gb/s； 输 出 光 与 原 信 号 光 反 相 ； 转 换 效 率 高 ； 偏 振 无 关 （ 要 求 使 用 的 SOA偏 振 无 关 ） ； 结 构 简 单 。 缺 点 ：比 特 流 倒 置信 号 的 消 光 比 恶 化 51MZI结 构 的 SOA-XPM波 长 转 换 器 的 结 构 原 理 图 n工 作 原 理 ： 在 半 导 体 光 放 大 器 中 由 于 载 流 子 耗 尽 达 到 增 益 饱 和 ， 同 时使 SOA的 有 源 区 的 折 射 率 发 生 变 化 ， 导 致 通 过 其 中 的 探 测 光 产 生 相 位调 制 ， 对 调 相 的 输 出 光 进 行 鉴 相 ， 变 为 调 幅 信 号 ， 即 可 实 现 光 波 长 的转 换 。基于SOA-XPM的WC 52 基于SOA-FWM的WC 特 点 ： 与 信 号 格 式 无 关 、 信 号 比 特 率 可 达 40Gbit/s. 缺 点 ： 转 换 效 率 低 、 偏 振 相 关 、 输 入 信 号 动 态 范 围 小 、转 换 效 率 与 波 长 有 关 （ 即 当 输 入 信 号 波 长 与 转 换 波 长 间隔 增 大 时 ， 转 换 效 率 随 之 降 低 ） 。SOASignal SPump P Filter c S P cc=2p- s 53 5.8 光器件测试 54 插入损耗的测量光 纤 宽 带 光 源 BLS(Broadband laser source) 可 调 激 光 器 TLS(Tunable laser source) 偏 振 控 制 器 PC(Polarization controller) 光 功 率 计 PM(Power meter)光 谱 分 析 仪 OSA(Optical spectrum analyzer) 55 PMTLS CA CB临 时 接 点TJ PMTLS CA CB临 时 接 点TJ L 1P截 断 点 J插入损耗的测量-截断法 截 断 法 测 量 步 骤 ：(1) 测 量 并 记 录 P 1；(2) 截 断 临 时 节 点 处 光 纤 ， L30 cm测 量 并 记 录 P0 ；(3) 计 算 插 入 损 耗 I.L.= 10lg(P1/P0)PMTLS CA临 时 接 点TJ 0P 56PMTLS CA临 时 接 点TJ 0P插入损耗的测量-替代法 替 代 法 是 一 种 非 破 坏 性 的 方 法 ， 与 截 断 法 相 比 ， 精 度 稍 微 低 了 些 ， 测 量步 骤 如 下 ：(1)按 图 (1)测 试 并 记 录 P1 ；(2)在 P1稳 定 后 ， 按 图 (2) （ 即 直 接 将 插 头 CA插 入 光 功 率 计 ） 测 量 并 记 录P 0 ；(3)按 公 式 I.L.= 10lg(P1/P0)计 算 插 入 损 耗 。 (1)(2) PMTLS CA CB临 时 接 点TJ 1P 570P TLS PMCA光 耦 合 器 CA1P TLSPM 待 测ISO光 耦 合 器回波损耗的测量 图 (2)测 量 P1图 (1) 测 量 P0光 隔 离 器 回 波 损 耗 测 试 步 骤 （ 1） 选 择 一 个 2 2插 入 损 耗 小 ， 分 光 比 为 1： 1带 连 接 器 端 口 的 光 耦 合 器 ，按 图 (1)的 光 路 测 量 P 0 ；（ 2） 按 图 (2)的 光 路 接 上 待 测 光 隔 离 器 ISO（ isolater） ， 并 测 量 回 返 光 功率 P1 ；（ 3） 根 据 公 式 R.L.= 10lg(P1/P0)即 可 计 算 出 被 测 隔 离 器 的 回 损 。 58OSABBS CA OSABBS 0()P1()P CA待 测 ISO光隔离器反向隔离度的测量 图 (2)测 量 P1() 图 (1) 测 量 P0() （ 1） 按 图 (1)光 路 记 录 下 输 入 端 的 频 谱 P 0() （ 2） 按 图 (2)光 路 反 向 接 入 光 隔 离 器 ， 并 测 出 输 出 端 的 频 谱 P1() （ 3） 根 据 公 式 I.L. () = 10lgP1 () /P0 ()即 可 算 出 光 隔 离 器 的反 向 隔 离 度 。 59 PM1TLS CAPMTLS 0,1310P 1,1310PCA PM21,1550PCA0,1550P WDM1310/1550 nm图 (1) 测 量 P0,1310和 P0,1550WDM隔离度的测量 图 (2)测 量 P1,1310和 P1,1550（ 1） 按 图 (1)光 路 分 别 记 录 下 TLS在 1310nm和 1550nm的 输 入 光 功 率 P0，1310和 P0， 1550 ；（ 2） 按 图 (2)光 路 接 上 WDM， 分 别 测 出 1310nm和 1550nm输 出 臂 的 功率 P 1， 1310和 P1， 1550 ；（ 3） 按 照 公 式 I.L.i = 10lgP1i /P0i （ 式 中 i=1310,1550） 分 别 计 算 出1310nm和 1550nm的 插 入 损 耗 。 60 TLSPMTLS 0P PMCA 光 耦 合 器1PCA图 (1) 测 量 P0方向性的测量 图 (2)测 量 P1（ 1） 按 图 (1)光 路 测 出 输 入 端 注 入 功 率 P0；（ 2） 按 图 (2)光 路 接 上 光 耦 合 器 ， 并 测 出 非 注 入 光 端 的 输 出 光 功 率 P1；（ 3） 根 据 公 式 D.L.= 10lg(P 1/P0)即 可 算 出 上 述 端 口 的 方 向 性 。