《光无源器件》PPT课件.ppt

光无源器件 光无源器件 光有源器件 光源光放大器光检测器 光无源器件 光连接器 光耦合器 光开关 光隔离器 光衰减器 光调制器 光器件的分类 作用 参数 原理 类型 光环行器 光波分复用器 第一节 光连接器 一 功能 用于光纤设备和光纤之间 光纤和光纤之间 光纤与其它部件之间 设备和设备之间的连接 又叫活接头 光源 光中继 光检测器 尾纤 光耦合器 光测试仪器 光跳线 二 光纤连接器的典型类型及工作原理 1 平面对接型光纤连接器 FC型 faceconnect FC型光纤连接器 光连接器 使用方法 将带有接收光纤和发射光纤的插针体分别插入套筒中 将螺旋拧紧 就实现了光纤的耦合 材料 合金 螺旋式连接 菲涅耳反射 光在不同折射率的介质平面的交界面上会发生入射光的部分反射 问题所在 FC型光纤连接器的接头时平面型 产生菲涅尔反射 形成损耗和引入噪声 2 直接接触型光纤连接器 PC型 physicalconnect 插针体 包括光纤 的端面研磨成凸面球 使得被连接的光纤的端面可以直接接触 实现物理结构的直接连接 特点 优点 减少了光的菲涅尔反射 避免了回波噪声 材料 陶瓷 端面的制备 光连接器 3 矩形光连接器 SC 预留空间以便耦合部分旋转 不能满足高密度安装要求 卡口式 能自锁和开启 SC型光纤连接器 4 ST型连接器 插销锁定式连接方式 5 FO型光纤连接器 结构图 作用 将带状光纤的光纤一根根分开 与单芯光纤连接 6 MT型光纤连接器 结构图 作用 多模带状光缆的光纤的一次连接 三 光纤连接器的参数 1 插入衰减 意义 表征光连接器插入后引起的光路中的光信号衰减的程度 定义 ac 10Lg Pin Pout dB 影响光纤连接器衰减的因素 参数不匹配 折射率 纤径 耦合缺陷 间隙 横向偏移 倾斜角 端面不平 2 重复性 意义 在使用寿命期间允许实际插入损耗值偏离标称值的最大变化量 ac ac aci max 3 互换性 描述同一种光纤连接器在相互代换时允许插入损耗的最大差值 意义 定义 意义 表征连接时光纤端面对光的反射程度 回波损耗 反射损耗 10Lg P入 P反 4 回波损耗 5 工作寿命 意义 可插拔的最大次数 四 光纤通信对光连接器的要求 连接损耗低 0 5dB连接损耗 5km光纤损耗 0 4dB 重复性好 寿命长 一般 1000次 强度高 环境稳定性好 反射低 体积小 成本低 操作方便 五 陶瓷PC型光纤连接器的主要技术指标 第二节光方向耦合器 一 光方向耦合器 对光信号实现分路 合路 插入 分配的一种无源器件 实现光功率的分配 对光的波长没有影响 功能 插入 合路 分配 二 参数 1 插入损耗 合路器 n 分路器 意义 表征插入光方向耦合器后对链路的光信号的衰减 定义 一般要求ai 0 5dB 2 隔离度 又称光方向性串扰度 用于衡量合路时各个端口的干扰度 定义 Aij 10Lg Pi Pj dB i j 意义 一般要求A 20dB 光连接器 3 分路比 分路时各个输出端口的光功率之比 i j 定义 Tij Pi Pj 光方向耦合器 意义 一般要求T在0 1 1 10 1 三 光纤耦合器的分类 1 T型耦合器 功能 将一个光纤的输入光功率按照一定的比例分配给两根光纤 或者将两根光纤的输入光信号合在一起送入一根光纤 用途 光功率分配器或光功率组合器 2 星型耦合器 功能 将n根光纤的输入光功率合在一起 均匀的分给m根光纤 用途 多端口功率分配器 3 定向耦合器 功能 取出光纤中向不同方向传送的光信号 1 2 3 4 1 2 3 4 用途 只能用于功率分路器 四 基本结构 1 光纤型 将几根光纤去涂覆后排列在一起 用熔断拉锥技术制作成光耦合器 工作原理 光功率的比例分配与锥形的长度和包层的厚度有关 2 微光器件型 主要采用自聚焦渐变透镜 半透镜 A B GRIN圆柱透镜 GRIN圆柱透镜 3 波导型 在一个平面板的衬底上制作需要形状的光波导 衬底既可以做支撑体也可以做波导的包层 玻璃衬底 嵌入波导 4 对接型偶合器 五 耦合级联 1 2型 2 2型 级联 1 N型 N N型 从2 2的光方向耦合器来推导N N型星型耦合器的参数特性 结论 N 2N 2个2 2的星型耦合器可以按照这样的思路组成 2N级阵列 形成N N型星型耦合器 其分路损耗为3 2NdB 光衰减器 第三节 光衰减器 一 定义 光衰减器是一种插入光传输链路中控制光能的衰耗的无源器件 固定光衰减器 可变光衰减器 卡口式光衰减器 螺旋式光衰减器 光衰减器 二 光纤通信对光衰减器的要求 1 模式无关 2 低的反射率 3 宽的光谱范围 4 环境的稳定性 传导模 偏振模 光衰减器 三 光衰减器的类型 光衰减器的衰减机理 吸收 反射 遮去 衍射 光衰减器 1 固定衰减器 1 位移式固定衰减器 遮光 光衰减器 2 衰减片型固定衰减器 无准直透镜型 FIBER FIBER 衰减片 利用吸收光的衰减片 不能用于大功率的光路中 光衰减器 渐变折射率透镜衰减器 FIBER 衰减片 渐变折射率透镜 光衰减器 2 可变衰减器 步进式 渐变式 1 双轮式可变衰器 光衰减器 2 平移式衰减器 自聚焦透镜 自聚焦透镜 连续可变衰减片 表面膜对光的吸收系数呈线形变化 思考 为什么可变衰减片以倾斜放置 光的透射率 Tp d0 k s 光衰减器 四 光衰减器的参数 1 衰减值 光路中插入光衰减器后为光链路提供的标称衰减值 A 10Lg Pin Pout dB 2 插入衰减 衰减器的标称值为0时对光路的衰减值 ai dB 光衰减器 3 衰减精度 衰减的实际值对应于标称值的相对变化量 A An 100 4 使用波长 衰减器正常工作时的波长区域 光开关 第四节 光开关 一 功能 光开关是一种光路控制器 起转换光路的作用 如 保护倒换 光开关 全光交换 1 2空间光交换 1 2时隙光交换 光纤延时线 T T3 T2 T1 T4 T1 T2 T3 T4 复合光交换 2t 4t 6t 光开关或耦合器 T2 T3 T4 T1 光开关 光开关 二 光开关的类型 1 机械式光开关 移动光纤式 移动棱镜式 原理 光开关 光纤1 玻璃套筒 方空玻璃套筒 套管 光纤2 光纤3 光纤1 光纤2 光纤3 移动光纤式 光开关 移动棱镜式 棱镜 自聚焦透镜 光开关 新型的微光机电系统光开关 微光机电系统 MOEMS 光开关微机电系统 MEMS 技术与传统的光技术的结合 光开关 光开关 2 电光式光开关 3 热光开关 4 SOA光开关 半导体光放大器 控制电压 光开关 二 参数 1 插入损耗 ai 10Lg Pin Pout dB 2 通断消光比 开关处于接通状态的输出光功率和处于断开状态的输出光功率之比 a 10Lg P通 P断 光开关 3 寿命 允许转换光路的次数 4 转换速度 光通道的设置开关 1 10ms 保护倒换 1 10us 分组交换 1ns 外调制 10ps 光隔离器 第五节光隔离器 一 定义 光隔离器是一种防止光沿传输光程返回的无源器件 光隔离器 光隔离器 光隔离器 二 工作原理 基于法拉第效应 光隔离器 B B 光的不可逆性 光隔离器 光隔离器的工作原理 偏振器 法拉第旋转器 B 偏振器 NOPASS 45 光隔离器 三 参数 1 正向插入衰减沿光传播方向的衰减 afi 10Lg Pin Pout dB 2 隔离度 反向衰减 反向光被阻止的程度 A 10Lg Pin Pout dB 以反向方向为参考方向 光环行器 第六节 光环形器 基本功能 1 2 3 用途 用于光放大器和光时域反射仪 光调制器 第七节 光调制器 一 光调制技术 内调制技术 也称直接调制技术 直接将电信号驱动光源产生调制信号 光源 电信号 光信号 光调制器 优点 设备简单 缺点 有啁啾 电流进去后 出来有一定的时延差 使光谱变宽产生色散 光调制器 外调制技术 间接调制 恒流驱动电路 光源 恒定光 恒定电流 外调制器 信号源 克服了啁啾现象 在高速通信中得到广泛的应用 外调制需要用到光调制器 光调制器 光调制器主要基于电光效应 磁光效应 声光效应等 二 外调制器的原理及分类 1 磁光调制器 原理基于法拉第效应 光通过介质传播时 若在垂直于光的传播方向上加一个磁场 则光的偏振方向发生一定的顺时针偏转 其角度与介质的长度 外加磁场成正比 光调制器 接电流 马吕斯定律 I I0 cos2a 光调制器 2 电光调制器 电光晶体 电光调制的原理基于偏振光的双折射效应 通过电光晶体的两个垂直分量的相角与调制电压有关 要点总结 1 光器件与电器件的比较 电源 电探头 电阻 电混频器 电插头 二极管 激光器 光检测器 光衰减器 波分复用器 光纤连接器 隔离器 分支器 三通 光方向耦合器 MODEL 光调制器 要点总结 2 FC型光纤连接器的结构 缺点 光纤 插针体 套筒 平面对接型光纤连接器产生菲涅尔反射 要点总结 3 PC型光纤连接器 SC型光纤连接器 FO型光纤连接器各自的特点 PC型光纤连接器 物理接触型 实现物理上的直接接触 克服了菲涅尔反射 SC型光纤连接器 矩形 方便安装 降低精度要求 FO型光纤连接器 用于将带状光纤的每一根光纤单独分离出来 要点总结 3 光耦合器与光波分复用器的区别 光耦合器 光功率的合与分 光波分复用器 光波长的分与合 要点总结 4 2 2型光纤耦合器的级联 要点总结 5 双轮可变衰减器的原理 自聚焦透镜 自聚焦透镜 衰减盘 衰减盘 要点总结 6 光开关在光纤通信中的用途 倒换备用 光交换 空分光交换 时分光交换 复合光交换 要点总结 7 光隔离器的作用及工作原理 光隔离器是一种防止光沿传输光程返回的无源器件 基于法拉第效应 在偏振光的传播方向外加电磁场时 其偏振方向会旋转一定的角度 V B L无论光的传播方向如何 顺着外加磁场的传播方向观察 偏振光按顺时针的方向旋转 工作原理 光隔离器的工作原理图 偏振器 法拉第旋转器 B 偏振器 45 45 45 90 NOPASS 要点总结 8 光环行器的作用 进来的光从一个端口走 回来的光从另一个端口走 1 2 3 要点总结 9 内调制和外调制技术 为什么要采用外调制技术 磁光调制与电光调制的原理 内调制技术 直接用电信号驱动光信号 外调制技术 信号源加在外调制器上 调制直流光信号 克服了内调制产生的啁啾现象 磁光调制的原理基于法拉第效应 电光调制的原理基于双折射效应 要点总结 1 计算要级联16 16级星型耦合器阵列 需要几个2 2星耦合器 分路损耗是多少 2 利用光开关设计一个简单的光交换阵列 完成下列交换 我 和 你 我 和 你 3 简述光隔离器的原理 作业