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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光无源器件,一、连接器和接头,二、,光衰减器,三、光耦合器,四、光隔离器,五、光环行器,六、光调制器,七、,光开关,八、波长转换器,九、光滤波器,十、光纤光栅,1,3.1,无源光器件,无源光器件是除光源器件、光检波器件之外不需要电源的光通路部件。,无源光器件可分为连接用的部件和功能性部件两大类。,连接用的部件有各种光连接器，用做光纤和光纤、部件（设备）和光纤、或部件（设备）和部件（设备）的连接。,功能性部件有分路器、耦合器、光合波,/,分波器、光衰减器、光开关和光隔离器等，用于光的分路、耦合、复用、衰减等方面。,2,3.1,光纤连接器,光纤连接器，俗称活接头，,ITU-T,建议将其定义为“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”。,光纤连接器主要用于实现系统中设备与设备、设备与仪表、设备与光纤及光纤与光纤的非永久性固定连接等。,（,1,）光纤连接器的基本构成,由三个部分组成的：两个配合插头和一个耦合管。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套管的作用。如图,5-19,所示。,图,5-19,光纤活动连接器基本结构,3,3.1,光纤连接器,（,2,）光纤连接器的分类,光纤连接器按光纤数量、光耦合系统、机械耦合系统、套管结构和紧固方式进行分类，如表,5-1,所示。,表,5-1,光纤连接器的分类,单通道,对接,套筒,/V,型槽,直套管,螺丝,多通道,透镜,锥型,锥型套管,销钉,单,/,多通道,其他,其他,其他,弹簧销,4,3.1,光纤连接器,（,3,）光纤连接器的性能, 插入损耗（介入损耗），该值越小越好。平均损耗值应不大于,0.5dB,。, 回波损耗（或称反射损耗、回损、回程损耗），是衡量从连接器反射回来并沿输入通道返回的输入功率分量的一个度量值，该值越大越好。其典型值应不小于,25dB,。, 互换性，每次互换后，其连接损耗变化量越小越好。, 重复性，即每次插拔时连接损耗变化量要小。, 插拔寿命（最大可插拔次数），光纤连接器的插拔寿命一般由元件的机械磨损情况决定。,5,3.1,光纤连接器,（,4,）部分常见光纤连接器,FC,型。其接头的对接方式为平面对接。,PC,型。是,FC,型的改进型。其对接面由平面变为拱型凸面。是我国最通用的规格。,SC,型。其结构尺寸与,FC,型相同，端面处理采用拱型凸面或,PC,研磨方式。,DIN47256,型。由德国开发。, 双锥型连接器。由美国贝尔实验室开发研制。,（,5,）固定连接,光纤与光纤的连接有两种，活动连接和永久性连接。以上介绍了活动连接。永久性连接有粘接法和熔接法，目前多用熔接法。,6,光纤连接器的一般性能,1）,性能,项 目,型号或材料,性 能,插入损耗/,dB,0.2-0.3,重复性/,dB,0.1,互换性/,dB,0.1,反射损耗/,dB,FC,型,35-40,PC,型,45-50,寿命（插拔次数）,不锈钢,10,3,陶瓷,10,4,工作温度,不锈钢,20- +70,陶瓷,40- +80,7,3.2 光衰减器,光衰减器主要用于光纤通信系统的特性测试和其他测试中，是对光功率有一定衰减量的器件。根据衰减量是否变化，可以分为,固定衰减器,和,可变衰减器,。,8,光衰减器的基本原理,在玻璃基片上蒸镀透射系数（或反射系数变化很小的金属膜，使通过镀膜玻璃片的光功率被膜层材料吸收一部分，光强度受到衰减。金属膜可以是镍铬等化合物材料，光的衰减量有膜的厚度进行控制。,9,固定衰减器,固定衰减器对光功率衰减量固定不变，主要用于调整光纤传输线路的光损耗。,输入光纤,输出光纤,光纤连接器,光纤连接器,透镜,透镜,衰减部分,10,可变衰减器,可变衰减器的衰减量可在一定范围内变化，用于测量光接收机灵敏度和动态范围。,(,a),光路和结构,(,b),步进衰减片,(,c),连续衰减片,厚,薄,11,三、光耦合器,光耦合器的功能是把一个输入光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。,P,1,P,2,P,3,T,型光纤耦合器,12,光耦合器类型,T,型光耦合器,是一种22的3端耦合器，可把一根光纤输入的光信号按一定比例分配给两根光纤，或把两根光纤的输入光信号组合在一起，输入一根光纤。主要用做不同分路比的功率分配器或组合器。,星型光耦合器,是一种,nm,的耦合器，可把,n,根光纤输入的光功率组合在一起，均匀地分配给,m,根光纤。,定向光耦合器,是一种22的3端或4端耦合器，用于分别驱除光纤中向不同方向传输的光信号。只用于作分路器，不能作合路器。,波分复用/解复用器,波分复用器,是,与波长有关的耦合器，用于把多个不同波长的发射机输出的光信号组合在一起，输入到一根光纤；解复用器用于把一根光纤输出的多个不同波长的光信号分配给不同的光接收机。,13,常用光耦合器类型示意图,1,（,b）,星型,（,c）,定向型,（,d）,波分复用型,（,a）T,型,4,2,3,1,2,N,1,+ ,2,+,N,14,2,主要性能指标,表示光纤耦合器性能指标的参数有：隔离度、插入损耗和分光比等。下面以,22,定向耦合器为例来说明。,（,1,）隔离度,A,如图,5-20,（,c,）所示，由端,1,输入的光功率,P,1,应从端,2,和端,3,输出，端,4,理论上应无光功率输出。但实际上端,4,还是有少量光功率输出（,P,4,），其大小就表示了,1,、,4,两个端口的隔离程度。隔离度,A,表示为,一般情况下，要求 。,光分路耦合器,15,光耦合器主要特性,1）,耦合比,CR,是一个指定输出端的光功率,P,oc,和全部输出端的光功率总和,P,ot,的比值。,2）,附加损耗,Le,是全部输入端光功率总和,P,it,和全部输出端光功率总和,P,ot,的比值。,16,（,3,）分光比,T,分光比等于两个输出端口的光功率之比，如从端,1,输入光功率，则端,2,和端,3,分光比,一般情况下，定向耦合器的分光比为,11,110,。,17,3.4,光隔离器,光隔离器是一种非互易性器件，只允许光波往一个方向传输，阻止光波往其他方向尤其是反方向传输。一般用在激光器或光放大器后。插入损耗值为1,dB,隔离度的典型值为40-50,dB。,18,光隔离器工作原理,假设入射光是垂直偏振光，起偏振器的透振方向是在垂直方向，故入射光顺利通过它射向法拉第旋转器，法拉第旋转器由旋光材料制成，能使光的偏振态旋转一定角度，如45，并且其旋转方向与光传播方向无关。法拉第旋转器后的检偏振器透振方向若在45方向上，则经过法拉第旋转器旋转45后的光能通过检偏振器，即光沿正方向（从左到右）通过这些器件是没有损耗的。但沿反方向（从右到左）传送的反射光，其偏振态也在45，当反射光经过法拉第旋转器再旋转45后，偏振态达到90，变为水平偏振光，则无法通过起偏振器。,19,光隔离器工作原理示意图,起,偏,振,器,法拉第旋转器,检,偏,振,器,阻塞,反射光,经,SWP,的,入射光,SWPSpatial Walk-off Polarizer,空间分离偏振器 ，其作用是将入射光分解为垂直与水平两个正交偏振分量，让垂直分量通过，而水平分量偏折通过。,20,3,光隔离器的性能指标,插入损耗和隔离度是光隔离器的两个主要性能参数，另还有回波损耗，偏振相关损耗和偏振模色散。,（,1,）插入损耗,插入损耗是指在光隔离器通光方向上传输的光信号由于引入光隔离器而产生的附加损耗。如果输入的光信号功率为,P,i,，经过光隔离器后的功率为,P,o,，则插入损耗,IL,为,显然，其值越小越好。,21,3.4,光隔离器,（,2,）回波损耗,回波损耗是指由于构成光隔离器的各元件、光纤以及空气折射率失配引起的反射造成的对入射光信号的衰减。回波损耗,RL,为,其中，,P,i,为正向输入光隔离器的光信号功率，,P,r,为返回输入端口的光功率。,RL,值越大越好。,（,3,）隔离度,隔离度是指在逆光隔离器通光方向上传输的光信号由于引入光隔离器而产生的损耗。有,其中， 为反向输入光隔离器的光信号功率， 为反向通过光隔离器的光功率。隔离度越大越好。,22,3.4,光隔离器与光环形器,（,4,）偏振相关损耗（,PDL,）,是指输入光偏振态发生变化而其他参数不变时，器件插入损耗的最大变化量。它是衡量器件插入损耗受偏振态影响程度的指标。,（,5,）偏振模色散（,PMD,）,是指通过器件的信号光不同偏振态之间的相位延迟。,注：一般情况下，光通信系统对光隔离器的主要技术指标要求为：插入损耗,1.0dB,；隔离度,35dB,；回波损耗,50dB,；,PDL0.2dB,；,PMD0.2ps,。,23,3.5,光环行器,光环行器是多端口的隔离器。主要用于光分插复用器,。,典型的环行器一般有三或四个端口，在三端口环行器中，端口1输入的光信号在端口2输出，端口2输入的光信号在端口3输出，端口3输入光信号在端口1输出。,24,常用光环行器示意图,1,2,3,1,2,3,4,(,a),三端口,(,b),四端口,25,光环形器用于单纤双向通信示意图,26,3.6,光调制器,光调制器外调制方式中采用，把激光的产生和调制分开，,可避免对光源直接调制产生线性调频的限制。调制器一般用电光效应或声光效应使折射率改变，或用磁光效应使光的透过率变化实现光调制。,27,3.7,光开关,光开关：能够控制传输通路中光信号通或断或进行光路切换作用的器件。,光开关一般包括两种：机械式光开关和电子式光开关。, 机械式光开关的开关功能是通过机械方法实现的。利用电磁铁或步进电机驱动光纤、棱镜或反射镜等光学元件实现光路切换。,优点是插入损耗小，隔离度高，串扰小，适合各种光纤，技术成熟；缺点是开关速度较慢，体积较大。, 电子式光开关利用磁光效应、电光效应或声光效应实现光路切换的器件。,优点是开关速度快，易于集成化；缺点是插入损耗大，串扰大，只适合单模光纤。,28,3.8,波长转换器,波长转换器：使信号从一个波长转换到另一个波长的器件。,波长转换器根据波长转换机理可分为光电型波长转换器和全光型波长转换器。,（,1,）光电型波长转换器,如图所示。由于速度受电子器件限制，不适应高速大容量光纤通信系统。,光电型波长转换器,29,3.8,波长转换器,（,2,）全光型波长转换器,其波长转换技术主要由半导体光放大器（,SOA,）构成，如图所示。,波长为,1,的光信号与需要转换为波长为,2,的连续光信号同时送入半导体光放大器，,SOA,对入射光功率存在增益饱和特性，结果使得输入光信号所携带的信息转换到,2,上，通过滤波器取出,2,光信号，即可实现从,1,到,2,的全光波长转换。,全光型波长转换器,30,3.9,光滤波器,光滤波器：在光纤通信系统中，只允许一定波长的光信号通过的器件。,如果所通过的光波长可以改变，则称为波长可调谐光滤波器。,目前，结构最简单、应用最广的光滤波器是,F-P,腔光滤波器。,光滤波器的结构常用的有两类，干涉滤波器和吸收滤波器。,31,3.10,光纤光栅,光纤光栅是利用光纤中的光敏性而制成的。,光敏性是指当外界入射的紫外光照射到纤芯中掺锗的光纤时，光纤的折射率将随光强而发生永久性改变。人们利用这种效应可在几厘米之内写入折射率分布光栅，称为光纤光栅。,光纤光栅最显著的优点是插入损耗低，结构简单，便于与光纤耦合，而且它具有高波长选择性。,32,
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