光纤通信技术资源-李方健 第3章（光无源器件）.ppt

第3章 光无源器件 3 1光纤连接及光纤连接器 3 2光耦合器 3 3光隔离器与光环行器 3 4光衰减器 3 5光开关 3 6光波分复用器 光无源器件包括光纤活动连接器 光耦合器 光隔离器与光环行器 光衰减器 光开关等 它们起着光学连接 光信号的衰减 隔离和波分复用 光路切换等作用 这些器件对光纤通信系统的构成 功能的扩展或性能的提高 都是不可或缺的 虽然对各种光无源器件的特性有不同的要求 但普遍的要求是插入损耗小 反射损耗大 工作温度范围宽 性能稳定 寿命长 体积小 隔离度高 价格便宜 许多光无源器件还要求便于集成 3 1光纤连接及光纤连接器 光纤与光纤的连接有两种形式 一种是永久性连接 另一种是活动性连接 永久性连接有胶接法 熔接法 目前普遍采用熔接法 熔接在专用的熔接机上进行 光纤端面切割好后 光纤间的对准 调整 熔接及损耗测量等步骤都在微处理机的控制下自动完成 熔接质量很好 同种光纤间的接头附加损耗可达0 1dB以下 如果光纤间的接续不好 附加的接头损耗可能会很大 活动性连接主要借助光纤连接器实现 光纤连接器的作用是实现光纤 缆 与光纤 缆 之间 光纤 缆 与有源器件 光纤 缆 与无源器件 光纤 缆 与仪表之间的活动连接 以便于系统的接续 测试和维护 对光纤连接器的主要要求是插入损耗小 体积小 装拆重复性好 可靠性好及价格便宜 活动性连接主要借助光纤连接器实现 光纤连接器的作用是实现光纤 缆 与光纤 缆 之间 光纤 缆 与有源器件 光纤 缆 与无源器件 光纤 缆 与仪表之间的活动连接 以便于系统的接续 测试和维护 光纤连接器的结构有以下几种 套管结构 双锥结构等类型 目前大多采用精密套管结构 精密套管结构的连接器由用于对中的套管 带有微孔的插针两部分组成 光纤固定在插针的微孔内 两支带光纤的插针用套管对中实现连接 套管式光纤连接器的结构如下图所示 对光纤连接器的主要要求是插入损耗小 体积小 装拆重复性好 可靠性好及价格便宜 被连接的两根光纤 因为光纤自身的特性如芯径 数值孔径和折射率指数等的的失配都要引起一定的损耗 这种损耗称为活动连接器的内损 其值约为0 5dB 另外 由于两根光纤对接时的横向偏移和纵向分离也要引起额外的损耗 这种损耗称为活动连接器的外损 通常其值约为0 5dB 光纤连接器又可分多模连接器和单模连接器 多模连接器用于多模光纤系统 有U型环路连接器 插座式连接器 现场装配连接器 FA 以及C型连接器等 它们的损耗在0 4 0 5dB以下 单模光纤连接器的插针端面常见的类型有FC型 平面型 PC型 球面型 APC型 倾斜球面型 等类型 FC型端面制造工艺简单 价格较低 但端面接触不太紧密 PC型端面工艺较复杂 价格较高 但端面接触紧密 且对光信号的反射光线具有较好的衰减作用 APC型端面工艺更复杂 价格高 但端面接触紧密 且对光信号的反射光线的衰减作用更好 单模光纤连接器尾纤头的外形有FC 圆形 SC型 矩形 ST型 卡接式圆形 LC 微型 等类型 光纤活动连接器的型号根据插针端面的类型和尾纤头的外形可分为FC型 PC型 APC型等 其标识形式为 尾纤头类型 插针端面的类型 如下图所示 3 2光耦合器 光耦合器就是一类能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区发生耦合 并进行再分配的器件 1 耦合器类型 定向耦合器 这是一种2 2的3端或4端耦合器 其功能是分别取出光纤中向不同方向传输的光信号 光信号从端1传输到端3 一部分从端4输出 端2无输出 光信号从端3传输到端1 一部分从端2输出 端4无输出 定向耦合器可用作分路器 不能用作合路器 Y型耦合器 这是一种2 2的3端耦合器 其功能是把一根光纤输入的光信号按一定比例分配给两根光纤 或把两根光纤输入的光信号组合在一起输入一根光纤 这种耦合器主要用作不同分路比的功率分配器或功率组合器 星型耦合器 这是一种耦合器 其功能是把根光纤输入的光功率组合在一起 均匀地分配给根光纤 和不一定相等 这种耦合器通常用作多端功率分配器 2 特性参数 光耦合器的主要参数有插入损耗 分光比及隔离度等 以2 2定向耦合器为例 设光信号从1端输入 3 4端输出 插入损耗为 L1 10lg P1 P3 P4 dB 式中 P1为输入端的光功率 P3 P4为输出端3 4的输出光功率 插入损耗为0 2dB 1dB 分光比为输出端的功率分配比 即 P3 P4 隔离度反映定向耦合器反向散射信号的大小 即2端对1端的隔离度为 I 10lg P3 P4 P2 dB 光定向耦合器的分光比为1 99 根据需要 隔离度可大于65dB 3 用定向耦合器组成星型耦合器 用多个2 2定向耦合器可构成n m的星型或树型耦合器 例 4 4星型 2 4树型 3 3光隔离器与光环行器 1 光隔离器 光隔离器是在光通路中防止光反射回光源 即只允许光单向传输的无源器件 常用的光隔离器主要由起偏器 检偏器和旋光器三部分组成 其工作原理是基于法拉第旋转的非互易性 如下图所示 光隔离器的主要技术指标为 插入损耗和隔离度 对正向入射光的插入损耗 其值越小越好 对反向反射光的隔离度其值越大越好 2 光环行器 光环行器除了有多个端口外 其工作原理与隔离器类似 如下图所示 a 三端口光环行器 b 四端口光环行器 典型的环行器一般有三个或四个端口 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输入的光信号在端口1输出 光环行器主要用于光分插复用器中 3 4光衰减器 光衰减器是一种能对光信号的能量进行预期衰减的光无源器件 光衰减器可以用不同的方式进行分类 按照光信号的传输方式 可将光衰减器分为单模光衰减器和多模光衰减器 按照光信号的接口方式可分为尾纤式光衰减器和连接器端口式光衰减器 按照光信号的衰减方式可分为固定光衰减器和可变光衰减器 固定光衰减器的衰减量常有3 5 10 15 20 25dB六种 可变光衰减器有步进式可变光衰减器和连续可变光衰减器两种 步进式可变光衰减器由准直器和两个衰减圆盘组成 准直器用来产生平行的出射光 衰减圆盘用来产生衰减 两个衰减圆盘插在从准直器出射的平行光路之中 每个衰减圆盘分别装有6个衰减片 衰减片的衰减是0 5 10 15 20 25dB 将两个衰减圆盘的衰减片进行组合 可以产生5 10 15 20 25 30 35 40 45 50dB等十档衰减量 如下图所示 连续可变光衰减器由透镜 步进衰减圆盘 连续可调衰减片组成 对应于衰减元件A的旋转角 通过连续改变真镀薄膜的厚度 实现衰减量的连续调整 步进衰减圆盘B产生分档的衰减量 如下图所示 3 5光开关 光开关的功能是转换光路 实现光交换 它是光网络的重要器件 光开关大致可分为两大类 一类是机械式光开关 利用电磁铁或步进电机驱动光纤 棱镜或微反射镜等光学元件实现光路转换 另一类是非机械式光开关 利用电光效应 磁光效应和声光效应实现光路转换 机械式光开关的优点是插入损耗小 串扰小 适合各种光纤 技术成熟 缺点是开关速度慢 非机械式光开关的优点是开关速度快 缺点是插入损耗大 串扰大 只适合单模光纤 3 6光波分复用器 光波分复用器是对光波波长进行分离与合成的光无源器件 光波分复用器的传输原理如下图所示 光波分复用器其中的某一个端口 作为器件的输出 输入端 N个端口作为器件的输