《光纤通信技术》PPT课件.ppt

第四章常用光无源器件 主讲 施艳 光器件的分类 区别在于看二者实现本身功能的过程中 其内部是否发生光电能量转换 主要内容 光纤连接器光纤耦合器波分复用 解复用器光开关光隔离器与光环行器 光纤连接器 光纤连接器的作用 实现光纤之间 光纤与其它光无源器件之间 光纤与光端机之间的活动 可拆卸 连接 结构分类 套管结构双锥结V形槽结构球面定心结构透镜耦合结构 精密套管结构的光纤连接器 是目前采用最为广泛的连接器 我国也多采用此种结构的连接器 光纤连接器 光纤连接器的种类有很多 FC ST SC D4 双锥 VF0 F SMA MT RJ等 我国电信网常用的光纤连接器的类型 用得最多的是FC系列的连接器 主要用于干线系统中 光纤局域网 CATV和用户网中用的最多的是SC型的连接器 此外 ST型连接器也有一定数量的使用 光纤连接器 FC型光纤连接器 光纤连接器 SC型光纤连接器 光纤连接器 ST型光纤连接器 光纤连接器 FC SC ST型光纤转换器 光纤连接器 LC型光纤连接器 光纤连接器 MT型光纤连接器 光纤连接器 MU型光纤连接器 光纤连接器 光纤连接器的特性 插入损耗 光纤中的光信号通过连接器后 其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数 回波损耗 在光纤连接处 后向反射光对输入光的比率的分贝数 重复性 光纤连接器多次插拔后插入损耗变化的分贝数 互换性 连接器各部件互换时插入损耗变化的分贝数 光耦合器 光耦合器 是将光信号进行分路或合路 插入 分配的一种器件 耦合器大多与波长无关 与波长有关的耦合器专称为波分复用器 解复用器 光耦合器的类型 T形耦合器 功能是把一根光纤输入的光信号按一定比列分配给两根光纤 或把两根光纤输入的光信号组合在一起 输入一根光纤 主要用作不同分路比的功率分配器或功率组合器 光耦合器的类型 定向耦合器 功能是分别取出光纤中向不同方向传输的光线 可作分路器 不能用作合路器 光耦合器的类型 星形耦合器 功能是把n根光纤输入的光信号组合在一起 均匀地分配给m根光纤 m和n不一定相等 主要用作多端功率分配器 光耦合器的类型 波分复用器 解复用器 波分复用器功能是把多个不同波长的发射机输出的光信号组合在一起 输入导一根光纤 解复用器是把一根光纤输出的多个不同波长的光信号 分配给不同的接收机 光耦合器的基本结构 比较实用和有发展前途的结构有 光纤型 微器件型和波导型 光纤熔融拉锥法制作光纤耦合器 成为当前制作光耦合器的主要方法 熔融拉锥机 光纤耦合器 单模标准耦合器 SSC 1x8 1x16一次熔拉多模光纤耦合器 MMC 光耦合器 50GHZ光分插复用器1X2 单模树型or星型耦合器 光耦合器 光分路器 双向一体化分支分配器 光纤耦合器的特性 插入损耗 指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值 附加损耗 所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值 附加损耗是体现光纤耦合器制造工艺质量的指标 反映器件制作过程带来的固有损耗 光纤耦合器的特性 分光比 耦合器各输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比 方向性 在耦合器正常工作时 输入端非注入光端口的输出光功率与总注入光功率的比值 光纤耦合器的特性 均匀性 在器件的工作带宽范围内 各输出端口输出功率的最大变化量 偏振相关损耗 当传输光信号的偏振态发生360 变化时 器件各输出端口输出光功率的最大变化量 隔离度 某一光路对其他光路中的信号的隔离能力 波分复用 解复用器 又称为光合波器 光分波器或光去复用器 作用 波分复用器 是把多个不同波长的发射机输出的光信号组合在一起 输入导一根光纤 波分解复用器 是把一根光纤输出的多个不同波长的光信号 分配给不同的接收机 波分复用 解复用器 对波分复用 解复用器共同的要求是 复用信道数量要足够多插入损耗小串音衰减大通带范围宽不同点 波分复用器的插入损耗较大 而波分解复用器的插入损耗较小 为什么 波分复用 解复用器分类 光栅 Grating 型波导阵列光栅 阵列波导光栅 AWG ArrayedWaveguideGrating 型光纤光栅 FiberGrating 50GHZ光分插复用器1X2 100GHZ光分插复用器3X3 波分复用 解复用器的特性 中心波长 1 2 n 1中心波长范围 1 2中心波长对应的最小插入损耗L1 越小越好 相邻信道之间串音耦合最大值L12 越大越好 偏振相关损耗 光开关 作用 切换光路 对光开关的要求 串音小 消光比大 插入损耗低 转换重复性好 开关速度快 驱动电流消 耦合性好 结构紧凑 使用寿命长等 IOION公司的光开关板 光开关的种类 机械式光开关液晶光开关热光效应光开关 1X1机械光开关 微光机电系统光开关 技术成熟 但开关时间较长 液晶光开关 工艺要求太高 热光效应光开关 体积小 成本低 开关速度快 但串音大 功耗大 散热性能差 气泡开关 安捷伦公司喷墨气泡光开关示意 光开关的特性参数 插入损耗 越小越好回波损耗 越大越好隔离度 越大越好远端串扰 越小越好近端串扰 越小越好消光比 越大越好开关时间 越短越好 光隔离器与光环行器 光隔离器作用 只允许光波往一个方向上传输 阻止光波往其他方向特别是反方向传播 用途 主要在激光器或放大器的后面 以避免反射光返回到该器件致使该器件性能变坏 光环行器工作原理与隔离器类似 主要用于光分插复用器中 光环行器的原理 光隔离器与光环行器 C波段单级隔离器 三端口光环行器 光环行器的应用 光分插复用器原理图 光纤光栅型波分解复用器原理图 关于光栅 Grating 光栅广泛的用来将光分离为不同波长的单色光 在WDM系统中 主要用在解复用器中 光栅具有选频性能 当多个波长的光射入光栅上时要发生衍射 衍射光彼此之间相互干涉 结果会产生衍射图样 既得到不同方向的各级两条纹 实际上只需要调整光栅面的倾斜度即可将最大光强调整到所需的方向 从而把各种波长的光波分开 布拉格光栅BraggGrating 一般情况下 传输媒质的周期性微扰可以看作是布拉格光栅 这种微扰通常引起媒质折射率周期性的变化 用途 本导体激光器使用布拉格光波导作分布反馈可以获得单频输出 如DFB激光器 在光纤中 写入布拉格光栅后可以用于光滤波器 光分插复用器和色散补偿器 布拉格光栅BraggGrating 布拉格光栅BraggGrating 光纤光栅FiberGrating 光纤光栅是一种非常有吸引力的全光纤器件 其用途非常广泛 可以用作光滤波器 光分插复用器和色散补偿器 对于全光纤器件 其主要优点有 插入损耗低 易于与光纤耦合 对偏振不敏感 温度系数低 封装简单 成本也较低 可以分为短周期光纤光栅和常周期光纤光栅 短周期光纤光栅也称为光纤布拉格光栅 其周期可以和光波长相比较 关于光纤光栅FiberGrating 光纤布拉格光栅 FBG FiberBraggGrating 是一种反射型光纤光栅 光栅使正向传输模 单模光纤中即为基模 同反向传输模之间发生耦合 光栅的波矢应等于传输模波矢的2倍 这中光纤光栅只对在布拉格波长及其附近很窄的波长范围内的光发生反射 而不影响其他波长的光通过 光纤布拉格光栅的特点是损耗低 0 1dB左右 波长准确度高 可达 0 05nm 邻近信道串扰抑制较高 可达40dB 以及通带顶部平坦 关于光纤光栅FiberGrating 在WDM系统中 光纤布拉格光栅可用作滤波器 光分插复用器和色散补偿器 长周期光纤光栅的工作原理与光纤布拉格光栅稍微有些不同 在光纤布拉格光栅中 纤芯中正向传输模的能量耦合到反向传输模上 而在场周期光纤光