光纤通信 第章 常用光无源器件ppt课件

光无源器件 第4章常用光无源器件 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 4 1光纤连接器 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 4 2光纤耦合器 一 光纤耦合器 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 4 3波分复用器Wavelength divisionmultiplexers WDM 波分复用器 的形式 3端口器件 第4端口不用 1310 1550nm 经典 WDM技术 1480 1550nm和980 1550nm用于光放大器 后面章节详述 1550 1625nm用于网络监控插入损耗和隔离度 对传输通道的波长 具有低插入损耗 1dB 传输通道波长对另一波长有高损耗 20to50dB I10 10log10 P1 1 P0 1 I20 10log10 P2 1 P0 1 A 分类熔锥型 粗WDM 多层干涉滤光膜型 细WDM DWDM 棱镜分光型 粗WDM 光栅型 体光栅 光纤光栅 粗WDM 细WDM 阵列波导光栅 细WDM DWDM B 原理 熔锥型波分复用器 P1 Pincos2 K z P2 Pinsin2 K z 其中z是耦合区的长度 K 为耦合系数 当K z 2 P1 0 P2 Pin 棱镜分光型波分复用器 Multiplexers MUX Demultiplexers DEMUX DWDM的关键器件技术分类 串联介质滤光器CascadedFBGsPhasedarrays seelater 低串扰 有利于解复用 干涉滤光片型波分复用器 光栅型波分复用器 体光栅 主最大强度的方向由下式给出 dsin m m dcos 其中d为光栅周期 为衍射角 m 0 1 2 等等 为角分离 为波长间隔 光纤光栅型波分复用器 其反射波长成为布拉格波长 B 由下面的布拉格条件确定 2 neff B 其中 为光栅周期 neff为有效纤芯折射率 ArrayWaveguideGrating AWG NTT 256波 间隔0 2nm 3dB带宽0 12nm 插入损耗4 4 6 4dB 串扰 33dB 偏振相关波长差 0 03nm 需要温控 光开关 4 4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 4 6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 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 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 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