03 光纤通信器件.ppt

第三章光纤通信器件 3 1连接器3 2接头3 3耦合器3 4可调谐光滤波器3 5调制器3 6光开关3 7波长转换器 光纤通信主要器件 连接器耦合器可调谐光滤波器波分 复用 解复用器调制器光开关光环形器光隔离器波长转换器光分插复用器光叉连接器 3 1连接器 连接器 光纤通信中应用最广泛最基本的无源器件 是把两个光纤端面结合在一起 以实现光纤与光纤之间可拆卸连接的器件 连接器分类 尾纤 用于和光源或检测器耦合 构成发射机或接收机的输出或输入接口 或者构成光缆或各种光无源器件两端的接口 跳线 用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连 以构成光纤传输系统 连接器主要技术要求 低的插入损耗好的重复性好的互换性低的反射损耗长的使用寿命环境温度变化性能稳定 连接型号 FC型表示用螺纹连接SC型表示轴向插拔矩形外壳结构ST型表示弹簧带键卡口结构光纤插针的端面类型 PC 平面 球面APC 斜面连接型号组合 光纤活动连接器有 PC FC SC PC SC APC ST PC等类型 设计重点 端面 连接面 设计目的 缩短光纤端面的间隙 减少费涅尔反射 降低插入损耗 并使部分反射光旁路 以增大回波损耗 3 2接头 接头 永久性连接 在现代通信设施光纤光缆线路建造中的重要技术热溶连接机械连接毛细管黏结连接 3 3耦合器 耦合器 类似于微波中的耦合器 将光信号进行分路或合路 插入 分配的一种器件 结构四大类 微光元件型光纤成型型光纤对接耦合型平面波导型 T型耦合器 3端耦合器 2 2耦合器等功能 把一根光纤输入的光功率分配给两根光纤星型耦合器 N N耦合器 N M耦合器功能 把N根光纤输入的光功率组合在一起 均分配给N根输出光纤 3 4可调谐光滤波器 分类 电子滤波器 低通 带通 带阻 高通 从包含多个频率分量的电信号中提取所需要的频率信号 光滤波器 光通信系统的关键器件 原理分类 干涉型 衍射型和吸收型 可调谐光滤波器 一种波长选择器件 功能是从许多不同频率的输入光信号中 选择出一个特定频率的光信号 可调谐滤波器的要求 调谐范围宽 滤波器带宽必须足够大 以传输所选择信道的全部频谱成分调谐速度快插入损耗小对偏振不敏感稳定性好环境 温度和震动影响小 成本低 四种光滤波器 法布里 珀罗滤波器 F P 滤波器马赫 曾德尔干涉滤波器 M Z 干涉滤波器光栅滤波器光纤环路谐振带通滤波器上述可调谐滤波器各有优 缺点 声光滤波器 ATOF Acousto opticTunableOpticalFilters 特点 光栅由声波动态产生 声波又由施加在压电晶体 LiNbO3 上的射频信号产生 物理原理 基于光弹性效应 即声光材料传输的声波或超声波信号产生随声波幅度周期性变化的应力 使该材料的分子结构产生局部的密集和疏松 相当于使折射率产生周期性的变化 其结果是声波产生了可以对光束衍射的光栅 因此对波长具有选择性 组成 一个表面声波器件 SAW SurfaceAccousticWave 两个正交偏振器 两个光波导 紧密结合 滤波器通带 典型的ATOF的特性调谐范围宽 1 2um 1 6um 带宽 1nm 调谐块 10us 插入损耗 5dB串话小 20dB波长稳定性好极化无关 3 5调制器 调制器 把电信号调制成光信号直接调制 激光器的注入电流直接随承载信息的信号而变化 容易引入线性调频 啁啾 外调制 让激光器连续工作 把外调制器放于激光器输出端之后 用承载信息的信号通过调制器的连续输出进行调制 1 电光调制器基本原理 基于晶体和各向异性聚合物中的线性电光效应 即电光材料的折射率n随施加的外电场E而变化 从而实现对激光的调制 几种调制器 相位调解器马赫 曾德尔幅度调制器耦合波导调制器 电光效应 光传输方向为z轴 假设入射光与y轴成45度的线偏振光E 入射光用沿x和y方向的偏振光Ex和Ey表示 对应折射率 于是沿Z轴传输距离L后 引起的相位变化为 于是施加的外电压 在两个电场分量之间产生一个可调整的相位差 因此出射光波的偏振态可被施加的外电压控制 2 相位调制器 用LiNbO3 铌酸锂 晶体制成 引入系数3 声光调制器基于光弹性效应 通过电极施加在压电晶体上的射频调制信号 在晶体表面产生压力 从而产生表面声波 SAW 表面声波信号通过声光材料传输时 产生随声波幅度周期性变化的应力 使材料的分子结构产生局部的密集和疏松 相当于使折射率产生周期性的变化 形成光栅 3 6光开关转换光路 实现信号的交换 1 基本要求 插入损耗小重复性高开关速度快回波损耗小消光比大寿命长结构小型化操作方便 2 机械光开关微机电系统 MEMS 构成的光开关已用于DWDM网中的大容量光交换技术 它是一种在半导体衬底上用传统的半导体工艺制造的可以前倾后仰 上下移动或旋转的微反射阵列 在驱动力的作用下 对输入光信号可切换到不同的输出光纤的微机电系统 3 波导光开关电光效应和声光效应器件可构成波导开关 电光开关热光开关声光开关磁光开关 3 7波长转换器1 在WDM网络中 波长数目确定了信道数量 在光纤的1 55um窗口这个数目很大 但可用波长数自然有限 不足以支持大量节点的应用 相同波长的两个信道选通同一输出端时 出现阻塞 解决办法就是把信号从一个波长转到另一个波长 这就是波长转换 2 性能要求 对比特率和信号形成形式具有透明性变速速率快即能向短波长变换 又能向长波长变换适当的输入功率较宽的输入功率偏振不敏感低啁啾输出 高信噪比 高消光比实现简单 光 电 光型波长转换器目前主要研究 用半导体光放大器的交叉增益调制 SOA XGM 或相位调制 SOA XPM 特性来实现波长转换利用半导体光放大器的增益饱和特性 将泵浦光和探测光都注入到SOA中 强泵浦光使SOA增益发生饱和 从而使连续的探测光得到调制 这样 就把泵浦光的信号变换到了探测光上 非线性光学环境 NLOM 型波长变换器基于四波混频