光纤通信实验一 光器件的认识.doc

实验一 光器件的认识一、 实验目的1. 了解光纤的分类与各种光纤的特点2. 了解介绍光纤活动连接器在光纤通信系统中的作用3. 了解光耦合器件各种类型4. 了解光隔离器5. 了解光衰减器的原理与应用6. 了解光开关应用7. 了解激光器与光检测器的原理二、 实验内容1. 介绍光纤的构成与分类2. 介绍光纤活动连接器的特点与作用3. 介绍光耦合器的特点与作用4. 介绍光隔离器和光环行器的原理与应用5. 介绍光衰减器的原理与应用6. 介绍光开关的原理与应用7. 介绍激光器与光检测器三、 实验仪器1. 光纤实验系统 1 台2. 光纤跳线 1 根3. 光衰减器4. 光功率计 1 台5. 光纤活动连接器1个6. 波分复用器2个7. 光隔离器和光环行器8. 光开关四、 实验原理1、 光纤的构成与分类光纤是光学纤维的简称，它是一种由玻璃或透明聚合物构成的绝缘波导。光被耦合进光纤后只能在其波导内部传播。一般的光纤都是由纤芯、包层和外套涂层三部分组成。其外套涂层作为光纤的保护层，用于加强光纤的机械强度。其光纤结构如图 1-1 所示：光纤有很多种分类方法。按其传输光波的模式来分，有单模光纤与多模光纤两大类。它们的结构不同，因而各具不同的特性与用途。1)单模光纤用来传输单一基模光波的光纤称为单模光纤，它要求入射光的波长大于光纤的截止波长，单模光纤的纤芯直径很小，一般为 5-10m。单模光纤对于光的传输损耗将是最小的，因为光场只在光纤的中心传导。但是由于纤芯直径很小，对于光纤与光源的耦合及光纤之间的接续将带来明显困难。2)多模光纤用来传输多种模式光波的光纤称为多模光纤，模式的数目取决于芯径、数值孔径（接收角）、折射率分布特性和波长。将单模光纤的纤芯增大，光纤将成为多模光纤。多模光纤的纤芯直径远远大于单模光纤，一般为 50-200m。在临界角内，各个模式的入射光波分别以不同角度，在光纤内的纤芯与包层的的界面处发生全反射而沿光纤全长传输。2、 光纤活动连接器的特点与作用光连接器是光纤传输系统中光通路的基础部件，是光纤系统中必不可少的光无源器件。它能实现系统中设备之间、设备与仪表之间，设备与光纤之间以及光纤与光纤之间的活动连接，以便于系统接续、测试、维护。3、 光耦合器的作用介绍光耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。这种器件对光纤线路的影响主要是附加插入损耗，还有一定的反射和串扰噪声。耦合器大多与波长无关，与波长相关的耦合器专称为波分复用/解复用器。耦合器的结构有许多种类型，其中比较实用和有发展前途的有光纤型、微器件型和波导型。4、 光隔离器和光环行器光隔离器与环行器都是光非互易传输耦合器。光环行器一般用于将一根光纤中传输的正向(输入)和反向(输出)光信号分开，衡量光隔离器与环行器性能的主要参数有：(1)正向插入损耗，定义为正向传输时输出光功率与输入光功率之比；(2)反向(逆向)隔离比，定义为反向(逆向)传输时输出光功率与输入光功率之比；(3)回波损耗，定义为输入端口自身返回功率与输入功率之比。光隔离器与光环行器所依据的原理是法拉弟磁光效应，即当光波通过置于磁场中的法拉弟旋光片时，光波的偏振方向总是沿着与磁场(H)方向构成右手螺旋的方向旋转，而与光波的传播方向无关。这样，当光波沿正向和沿反向两次通过法拉第旋光片时，其偏振方向旋转角将迭加而不是抵消(如在互易性旋光片中的情形)，这种现象称之为 非互易旋光性 。5、 光衰减器的原理与应用.衰减器的衰减原理光衰减器的类型很多，不同类型的衰减器分别采用不同的工作原理。、位移型光衰减器让光纤在对接时，发生一定的错位。使光能量损失一些，从而达到控制衰减量的目的，位移型光衰减器又分为两种：横向位移型光衰减器、轴向位移型光衰减器。横向位移型光衰减器是一种比较传统的方法，由于横向位移参数的数量级均在微米级，所以一般不用来制作可变衰减器，仅用于固定衰减器的制作中，并采用熔接或粘接法，到目前仍有较大的市场，其优点在于回波损耗高，一般都大于 60dB。、薄膜型光衰减器这种衰减器利用光在金属薄膜表面的反射光强与薄膜厚度有关的原理制成。如果玻璃衬底上蒸镀的金属薄膜的厚度固定，就制成固定光衰减器。如果在光纤中斜向插入蒸镀有不同厚度的一系列圆盘型金属薄腊的玻璃衬底，使光路中插入不同厚度的金属薄膜，就能改变反射光的强度，即可得到不同的衰减量，制成可变衰减器、衰减片型光衰减器衰减片型光衰减器直接将具有吸收特性的衰减片固定在光纤的端面上或光路中，达到衰减光信号的目的，这种方法不仅可以用来制作固定光衰减器，也可用来制作可变光衰减器。6、 光开关技术分类与性能比较按照光束在开关中传输的媒质来分类，可分为自由空间型和波导型光开关。按照开关机理来分类，主要有机械光开关、热光开关和电光开关。光开关的性能主要表现在开关的插损、隔离度、消光比、偏振敏感性、开关时间、开关规模和开关尺寸等。光交叉连接和光交换对开关的要求主要有低插损（10dB以下）、低串扰（-50dB 以下）、低开关时间（几个 ms 以下）以及无阻塞运作。光开关在光交换网络中的应用主要表现在以下几个方面：）、用于 OXC 光交叉连接节点中的光交换，）、用于 OADM 光交叉连接节点中的光交换）、用于 OXC 和中的光路指配功能）、用于光网络的自动保护倒换和恢复7、 激光器与光检测器光发射二极管 LED：自然发光，导电中电子自发的放出一个光子，然后进入价带。激光二极管 LD：受激发光，外部光子激励导带中过剩电荷载流子，使其产生光辐射，然后进入价带，受激发光是相干光。光检测器（Photo Detector）又称光探测器或光检波器。按其工作原理可分为热器件和光子器件两大类。前者是吸收光子使器件升温，从而探知入射光能的大小；后者则是将入射光转化为电流或电压，通过光子电子的量子转换形式来完成光的检测。热器件对入射波长无选择性，能在很宽的波长范围内对光波产生均匀的相应。五、 注意事项1.在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。2.在插拔光纤跳线时一定要水平的轻轻的插拔，切勿弯折！在插之前要将光纤跳线的凸部和光纤活动连接器的凹部对准后再插入！3.由于光纤的损耗很小，一