光纤通信_03_光无源器件

1、光无源器件在光纤通信系统中发挥着重要作用光无源器件在光纤通信系统中发挥着重要作用完成光波的接续、耦合、复用与解复用、衰减、完成光波的接续、耦合、复用与解复用、衰减、隔离等信号与信息处理隔离等信号与信息处理已成为光纤通信系统与光网络不可或缺的重要组已成为光纤通信系统与光网络不可或缺的重要组成部分成部分光无源器件种类繁多、功能各异，从功能上讲，光无源器件种类繁多、功能各异，从功能上讲，主要有光纤连接器、光纤耦合器、光波分复用主要有光纤连接器、光纤耦合器、光波分复用解复用器、光衰减器、光隔离器、光环行器等解复用器、光衰减器、光隔离器、光环行器等 3.1 光纤连接器光纤连接器3.2 光纤耦合器光纤耦合

2、器3.3 光衰减器光衰减器3.4 光隔离器和光环行器光隔离器和光环行器3.5 光纤光栅光纤光栅3.6 波分复用器波分复用器 光纤连接器（光纤连接器（Optical Linker），又称光纤活动），又称光纤活动连接器，俗称活接头连接器，俗称活接头常用于光纤与光端机的连接，光纤线路与光测试常用于光纤与光端机的连接，光纤线路与光测试仪器仪表的连接，光纤与光无源器件的连接仪器仪表的连接，光纤与光无源器件的连接是一种可拆卸重复使用的光无源器件是一种可拆卸重复使用的光无源器件在光纤通信系统、光信息处理系统、光学仪器仪在光纤通信系统、光信息处理系统、光学仪器仪表中，广泛大量使用表中，广泛大量使用 针对不同的

3、用途，现在已经开发出种类繁多的光针对不同的用途，现在已经开发出种类繁多的光纤连接器，一个好的光纤连接器设计的主要要求纤连接器，一个好的光纤连接器设计的主要要求是：是： 插入损耗低插入损耗低 互换性好互换性好 易于装配易于装配 环境敏感性好环境敏感性好 成本低和可靠的结构成本低和可靠的结构 易于连接易于连接不同结构的光纤连接器的性能有很大差异不同结构的光纤连接器的性能有很大差异不同应用场合下，应选用适当的光纤连接器不同应用场合下，应选用适当的光纤连接器衡量光纤连接器的主要性能指标有衡量光纤连接器的主要性能指标有插入损耗插入损耗回波损耗回波损耗互换性和重复性等互换性和重复性等 所谓插入损耗，是指光

4、信号通过光纤连接器时，所谓插入损耗，是指光信号通过光纤连接器时，光纤连接器的输出光功率光纤连接器的输出光功率Po与输入光功率与输入光功率Pi之比之比的分贝数的负数的分贝数的负数插入损耗是光纤连接器的主要性能指标，其值越插入损耗是光纤连接器的主要性能指标，其值越小性能越好小性能越好目前，单模光纤连接器的插入损耗一般低于目前，单模光纤连接器的插入损耗一般低于1 dBiocPPlg10回波损耗又称为后向反射损耗，是指光纤连接处，回波损耗又称为后向反射损耗，是指光纤连接处，输入光功率输入光功率Pi与后向发射光功率与后向发射光功率Pr之比的分贝数之比的分贝数的负数的负数是度量光纤连接器对链路光功率反射的

5、抑制能力是度量光纤连接器对链路光功率反射的抑制能力回波损耗越大，对光源和光放大器等设备的影响回波损耗越大，对光源和光放大器等设备的影响越小，系统性能越好越小，系统性能越好 irrPPlg10不同端面的光纤连接器的回波损耗存在很大差异不同端面的光纤连接器的回波损耗存在很大差异面对面连接面对面连接FC型连接器的回波损耗较小，为型连接器的回波损耗较小，为25 dB左左右右 物理接触连接物理接触连接PC型连接器的回波损耗较大，一般为型连接器的回波损耗较大，一般为35 dB左右左右 改进的物理接触连接改进的物理接触连接APC连接器，两光纤端面的倾斜连接器，两光纤端面的倾斜角设计在角设计在8左右，其回波损

6、耗可达到左右，其回波损耗可达到50 dB左右左右 重复性是指光纤连接器多次插拔后插入损耗的变重复性是指光纤连接器多次插拔后插入损耗的变化量，一般为化量，一般为0.1 dB互换性是指光纤连接器部件更换时，插入损耗的互换性是指光纤连接器部件更换时，插入损耗的变化量，一般也为变化量，一般也为0.1 dB这两项指标用来考核光纤连接器结构设计和加工这两项指标用来考核光纤连接器结构设计和加工工艺的合理性，是表征其实用化的重要指标工艺的合理性，是表征其实用化的重要指标 光纤连接器基本上采用某种机械和光学结构，将光纤连接器基本上采用某种机械和光学结构，将光纤的两个端面精密对接起来光纤的两个端面精密对接起来最重

7、要的就是要使两根光纤的轴心对准，使发射最重要的就是要使两根光纤的轴心对准，使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合进接收光纤光纤输出的光能量最大限度地耦合进接收光纤并使其介入光路后对系统造成的影响降至最小并使其介入光路后对系统造成的影响降至最小常见的结构有螺丝卡口、卡销固定、推拉式三种常见的结构有螺丝卡口、卡销固定、推拉式三种结构结构对准设计常采用有直套筒和锥形套筒结构对准设计常采用有直套筒和锥形套筒结构 光纤连接器的结构种类很多光纤连接器的结构种类很多FC型连接器是在我国使用最多的光纤连接器，它型连接器是在我国使用最多的光纤连接器，它是干线系统中采用的常见型号是干线系统中采用的常见型号SC型连接

8、器是光纤局域网、型连接器是光纤局域网、CATV和光纤接入网和光纤接入网的主要型号的主要型号此外，此外，ST型连接器和型连接器和LC型连接器也有一定量的应型连接器也有一定量的应用用 FC连接器最早由日本连接器最早由日本NTT公司研制，是一种螺纹公司研制，是一种螺纹连接式光纤连接器连接式光纤连接器 外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣插针体采用外径插针体采用外径2.5 mm的精密陶瓷插针的精密陶瓷插针 根据其插针端面形状的不同，它可分为球面接触根据其插针端面形状的不同，它可分为球面接触的的FC/PC和斜球面接触的和斜球面接触的FC/APC两种结构两种

9、结构FC连接器的制作材料陶瓷具有极大的耐磨性和一连接器的制作材料陶瓷具有极大的耐磨性和一定的韧性及稳定的尺寸，可保证定的韧性及稳定的尺寸，可保证FC连接器的使用连接器的使用寿命在寿命在1000次以上次以上 SC型连接器是日本型连接器是日本NTT公司开发的光纤连接器公司开发的光纤连接器是一种矩型插拔式光纤连接器，其外壳呈矩形是一种矩型插拔式光纤连接器，其外壳呈矩形所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全型完全相同，其插针的端面多采用球面接触的相同，其插针的端面多采用球面接触的PC或斜球或斜球面接触的面接触的APC型研磨方式型研磨方式紧固方式是采用插拔销闩式，

10、不需旋转紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转 此类连接器价格低廉，插拔操作方便，插入损耗此类连接器价格低廉，插拔操作方便，插入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高波动小，抗压强度较高，安装密度高SC型连接器广泛用于光纤用户网中型连接器广泛用于光纤用户网中ST型连接器是由型连接器是由AT&T公司设计开发的圆形卡口公司设计开发的圆形卡口式连接器式连接器采用带键的卡口式锁紧结构采用带键的卡口式锁紧结构插针体为外径插针体为外径2.5 mm的精密陶瓷插针，插针的的精密陶瓷插针，插针的端面形状通常为端面形状通常为PC面面 LC型光纤连接器由型光纤连接器由Bell lab开发，采用操作方便开发，采用操作方便的

11、模块化插孔闩锁机理制的模块化插孔闩锁机理制LC型连接器所采用的插针和套筒的尺寸是普通型连接器所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为等所用尺寸的一半，为1.25 mm，提高了光，提高了光配线架中连接器的密度配线架中连接器的密度目前，在单模光纤方面，目前，在单模光纤方面，LC类型的连接器实际已类型的连接器实际已经占据了主导地位经占据了主导地位 与同轴电缆传输系统一样，光纤通信系统或光纤与同轴电缆传输系统一样，光纤通信系统或光纤测试系统也需将光信号进行分路（分配）与合路，测试系统也需将光信号进行分路（分配）与合路，这需要光耦合器来实现这需要光耦合器来实现 光纤耦合器（光纤耦合器

12、（Optical Coupler）的功能是）的功能是将一个端口输入的光信号分配给多个端口输出（光分路）将一个端口输入的光信号分配给多个端口输出（光分路）或把多个输入的光信号组合成一个输出（光合路）或把多个输入的光信号组合成一个输出（光合路）是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件 是光纤链路中最重要的无源器件之一是光纤链路中最重要的无源器件之一 n光纤耦合器在电信网、有线光纤耦合器在电信网、有线电视网、用户接入网、区域电视网、用户接入网、区域网络中大量应用网络中大量应用n对光纤链路的影响主要是附对光纤链路的影响主要是附加损耗，还有一定的反射和加损耗，

13、还有一定的反射和串扰噪声串扰噪声n光耦合器大多与波长无关，光耦合器大多与波长无关，与波长有关的耦合器，专称与波长有关的耦合器，专称为波分复用解复用器为波分复用解复用器光耦合器按结构可以是棱镜型、平面波导型和光光耦合器按结构可以是棱镜型、平面波导型和光纤型耦合器等纤型耦合器等其中光纤耦合器由于制作时只需要光纤，不需要其中光纤耦合器由于制作时只需要光纤，不需要其它光学元件，与传输光纤容易连接且损耗较低、其它光学元件，与传输光纤容易连接且损耗较低、耦合过程无需离开光纤，体积小，是目前常用的耦合过程无需离开光纤，体积小，是目前常用的一种光耦合器一种光耦合器 22光纤耦合器是简单的基本器件，通用结构是光

14、纤耦合器是简单的基本器件，通用结构是熔融拉锥型光纤耦合器熔融拉锥型光纤耦合器除了除了22型耦合器外，还会用到多端口定向耦合型耦合器外，还会用到多端口定向耦合器，这时可以采用星型耦合器器，这时可以采用星型耦合器22光纤耦合器制作过程是光纤耦合器制作过程是将两根去除涂覆层的光纤以一定的方式靠拢将两根去除涂覆层的光纤以一定的方式靠拢在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度，可得到不同分通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度，可得到不同分光比的光纤耦合器光比的光纤耦合器

15、 分光原理就是通过改变光纤间的消逝场相互耦合分光原理就是通过改变光纤间的消逝场相互耦合的耦合度和耦合长度，以及改变光纤纤径来实现的耦合度和耦合长度，以及改变光纤纤径来实现不同大小的分支量不同大小的分支量反之也可以将多路光信号合为一路信号反之也可以将多路光信号合为一路信号 假设耦合器没有损耗时，可以得到沿假设耦合器没有损耗时，可以得到沿z轴方向从一轴方向从一根光纤到另一根光纤耦合的功率是根光纤到另一根光纤耦合的功率是 根据功率守恒，在构成光纤耦合器的两根光纤性根据功率守恒，在构成光纤耦合器的两根光纤性能参数完全相同时，有能参数完全相同时，有 可以看出，被驱动光纤的相位总比驱动光纤的相可以看出，被

16、驱动光纤的相位总比驱动光纤的相位滞后位滞后90 )(sin23KzPPi)(cos232KzPPPPii这个相位关系可以随着这个相位关系可以随着z的增加而保持的增加而保持而当满足而当满足Kz=/2时，所有的功率从光纤时，所有的功率从光纤a转移转移到光纤到光纤b中，此后光纤中，此后光纤b称为驱动光纤称为驱动光纤由这种相位关系，这种由这种相位关系，这种22耦合器是定向耦合器，耦合器是定向耦合器，也就是在被驱动波导中没有能量能耦合进沿负也就是在被驱动波导中没有能量能耦合进沿负z方方向反向传播的波导中，即理想情况下，端口向反向传播的波导中，即理想情况下，端口4无输无输出出实际应用中，只要相互作用长度和

17、耦合系数设计实际应用中，只要相互作用长度和耦合系数设计适当，可以按任意比例在直通臂和耦合臂中分配适当，可以按任意比例在直通臂和耦合臂中分配光功率光功率如果如果KW=/4 ，则从输入臂输入的光功率平均，则从输入臂输入的光功率平均分配给直通臂和耦合臂，得到所谓的分配给直通臂和耦合臂，得到所谓的3 dB耦合器耦合器如果由端口如果由端口1和端口和端口4输入光信号，可合并为一路输入光信号，可合并为一路光信号，从端口光信号，从端口2或或3输出，或反之输出，或反之 星型耦合器的主要作用是将星型耦合器的主要作用是将M个输入功率复合后再个输入功率复合后再平均分配到平均分配到N个输出端口个输出端口制作星型耦合器也

18、可以采用熔融光纤法，或者光制作星型耦合器也可以采用熔融光纤法，或者光栅、微光技术等其它光学方案栅、微光技术等其它光学方案 光纤熔融技术是制作光纤熔融技术是制作NN耦合器的最常用的方法耦合器的最常用的方法例如将例如将8根光纤按照上述的熔融拉锥过程可以得到根光纤按照上述的熔融拉锥过程可以得到一个一个88的光纤耦合器的光纤耦合器但是，由于加热和拉伸过程中众多光纤间耦合响但是，由于加热和拉伸过程中众多光纤间耦合响应控制的难度，限制了应控制的难度，限制了N 2耦合器的大规模制作耦合器的大规模制作 星型耦合器也可以采用星型耦合器也可以采用22耦合器级联的方式构耦合器级联的方式构造造12个个22耦合器级联成

19、一个耦合器级联成一个88耦合器的例子耦合器的例子 1234567891011121234567812345678衡量光纤耦合器的性能指标很多，包括插入损耗、衡量光纤耦合器的性能指标很多，包括插入损耗、附加损耗、分光比、隔离度等附加损耗、分光比、隔离度等附加损耗附加损耗Le是指所有输出端口的光功率总和相对是指所有输出端口的光功率总和相对于输入总光功率损失的分贝数的负值于输入总光功率损失的分贝数的负值22型光纤耦合器光功率从端口型光纤耦合器光功率从端口1输入输入P1，端口，端口2、3输出，则附加损耗等于：输出，则附加损耗等于： ijjePPLlg10132lg10PPPLe在理想状态下，输出功率之

20、和应该等于输入功率在理想状态下，输出功率之和应该等于输入功率附加损耗定量给出了实际情况和理想状态的差别附加损耗定量给出了实际情况和理想状态的差别附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程的固有损耗的是器件制作过程的固有损耗光耦合器附加损耗越小越好，是制作质量优劣的光耦合器附加损耗越小越好，是制作质量优劣的考核指标考核指标 插入损耗是指光信号经过光纤耦合器后，每一路插入损耗是指光信号经过光纤耦合器后，每一路光信号输出相对于输入光信号光功率损失的分贝光信号输出相对于输入光信号光功率损失的分贝数的负值数的负值如从端口如从端口1输入，端口输入，

21、端口3输出，则它们之间的插入输出，则它们之间的插入损耗为损耗为ioiPPLlg1013lg10PPLi插入损耗所表示的是各个输出端口的输出功率状插入损耗所表示的是各个输出端口的输出功率状况况不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光比的影响不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光比的影响因此不同的光纤耦合器，插入损耗的差异并不能因此不同的光纤耦合器，插入损耗的差异并不能反映器件制作质量的优劣反映器件制作质量的优劣 分光比是指光纤耦合器各输出端口的输出功率的分光比是指光纤耦合器各输出端口的输出功率的比值比值在应用中，分光比是根据实际系统光节点所需的在应用中，分光比是根据实际系统光节点所需的光功率的多少而确定合

22、适的分光比（平均分配的光功率的多少而确定合适的分光比（平均分配的除外）除外）光分路器的分光比与传输光的波长有关光分路器的分光比与传输光的波长有关 隔离度是指光分路器的一个输入端的光功率和由隔离度是指光分路器的一个输入端的光功率和由分路器反射到其它端的光功率的比值的分贝数，分路器反射到其它端的光功率的比值的分贝数，有时也称为方向性有时也称为方向性riPPIlg10以上各个指标中，隔离度对于光分路器的意义更为重大以上各个指标中，隔离度对于光分路器的意义更为重大在实际应用中，往往要求光耦合器的隔离度达到在实际应用中，往往要求光耦合器的隔离度达到40 dB以以上，否则将影响整个系统的性能上，否则将影响

23、整个系统的性能另外，光耦合器的稳定性也是一个重要的指标另外，光耦合器的稳定性也是一个重要的指标所谓稳定性是指在外界温度变化或其它器件的工作状态发所谓稳定性是指在外界温度变化或其它器件的工作状态发生变化时，光耦合器的性能指标都应基本保持不变生变化时，光耦合器的性能指标都应基本保持不变实际上光耦合器的稳定性完全取决于厂家的工艺水平，不实际上光耦合器的稳定性完全取决于厂家的工艺水平，不同厂家的产品质量差别相当大同厂家的产品质量差别相当大 光衰减器（光衰减器（Optical Attenuator）是插入光链）是插入光链路中控制光能衰耗的一种无源器件路中控制光能衰耗的一种无源器件它是光纤通信系统和光纤测

24、试链路中不可或缺的它是光纤通信系统和光纤测试链路中不可或缺的一类光器件，常用来评价一类光器件，常用来评价光路系统的灵敏度光路系统的灵敏度校正光功率计校正光功率计等效代替相应衰减量长度光纤等场合等效代替相应衰减量长度光纤等场合主要是在光链路中对光信号功率进行定量或不定主要是在光链路中对光信号功率进行定量或不定量的衰减，以满足用户的各种要求量的衰减，以满足用户的各种要求 光衰减器的种类很多光衰减器的种类很多按工作原理，光衰减器可分为按工作原理，光衰减器可分为位移型位移型衰减片型衰减片型智能型等智能型等按其衰减量的变化方式不同，可分为按其衰减量的变化方式不同，可分为固定式光衰减器固定式光衰减器可变式

25、光衰减器可变式光衰减器 在第在第2章已知，当两段光纤进行连接时，必须达到章已知，当两段光纤进行连接时，必须达到相当高的对准精度，才能使光信号以较小的损耗相当高的对准精度，才能使光信号以较小的损耗传输传输反过来，若将光纤的对准精度做适当调整，就可反过来，若将光纤的对准精度做适当调整，就可控制其衰减量控制其衰减量有意使光纤在对接时产生一定错位，使光能量损有意使光纤在对接时产生一定错位，使光能量损失一些，从而达到控制衰减量的目的失一些，从而达到控制衰减量的目的衰减片型光衰减器是直接将具有吸收特性的衰减衰减片型光衰减器是直接将具有吸收特性的衰减片固定在光路中来达到衰减光信号目的片固定在光路中来达到衰减

26、光信号目的衰减片采用吸收型玻璃片或在玻璃基片上镀吸收衰减片采用吸收型玻璃片或在玻璃基片上镀吸收膜的方法来制作膜的方法来制作 通过电路控制微型电机，带动齿条，使滤光片平通过电路控制微型电机，带动齿条，使滤光片平移，再将数据编码盘检测到的实际衰减量信号反移，再将数据编码盘检测到的实际衰减量信号反馈到电路中进行修正，从而达到自动驱动、自动馈到电路中进行修正，从而达到自动驱动、自动检测和显示光衰减量的目的检测和显示光衰减量的目的光隔离器（光隔离器（Optical Isolator）是一种只允许光）是一种只允许光信号沿光路正向传输的非互易性无源器件信号沿光路正向传输的非互易性无源器件它对正向传输光有较低

27、的插入损耗，而对反向传它对正向传输光有较低的插入损耗，而对反向传输光有很大损耗，用以抑制光传输系统中回波对输光有很大损耗，用以抑制光传输系统中回波对光源等器件的不利影响光源等器件的不利影响 光隔离器的物理基础是晶体材料的法拉第效应光隔离器的物理基础是晶体材料的法拉第效应在外加磁场作用下，入射的线偏振光经过一定厚在外加磁场作用下，入射的线偏振光经过一定厚度的磁光材料，出射的线偏振光偏振面相对入射度的磁光材料，出射的线偏振光偏振面相对入射光偏振面转过一定角度，称为介质的磁致旋光效光偏振面转过一定角度，称为介质的磁致旋光效应应介质的磁致旋光效应对光的偏振方向的改变只与介质的磁致旋光效应对光的偏振方向

28、的改变只与磁场方向有关，与光的传播方向无关磁场方向有关，与光的传播方向无关光隔离器就是利用了晶体的这种非互易旋光性使光隔离器就是利用了晶体的这种非互易旋光性使光正向传输，反向隔离光正向传输，反向隔离典型的偏振相关型隔离器由光纤准直器、两个偏典型的偏振相关型隔离器由光纤准直器、两个偏振片和振片和个法拉第旋转器个法拉第旋转器FR组成，两偏振片的通组成，两偏振片的通光方向成光方向成45光隔离器的主要性能指标有光隔离器的主要性能指标有插入损耗插入损耗反向隔离度反向隔离度回波损耗等回波损耗等 光隔离器的插入损耗光隔离器的插入损耗L，是指在光路中插入光隔离，是指在光路中插入光隔离器时，引起正向光信号功率的

29、降低值，以分贝器时，引起正向光信号功率的降低值，以分贝（dB）表示）表示光隔离器的插入损耗来源于偏振器、法拉第旋转光隔离器的插入损耗来源于偏振器、法拉第旋转器和光纤准直器，与各分立元件的透射比及装配器和光纤准直器，与各分立元件的透射比及装配精度有密切关系精度有密切关系插入损耗一般为插入损耗一般为0.4dB，插入损耗最大为，插入损耗最大为0.6dBioPPLlg10反向隔离度表征隔离器对反向传输光的衰减能力，反向隔离度表征隔离器对反向传输光的衰减能力，由光信号反向通过光隔离器时引起的功率损耗值，由光信号反向通过光隔离器时引起的功率损耗值，以分贝表示以分贝表示oiPPIlg10回波损耗是指正向入射

30、到隔离器中的光功率和沿回波损耗是指正向入射到隔离器中的光功率和沿输入路径返回隔离器输入端口的光功率之比输入路径返回隔离器输入端口的光功率之比其典型值为其典型值为60 dB由各元件和空气折射率失配并形成反射引起，其由各元件和空气折射率失配并形成反射引起，其主要来源是入射光的准直光路部分主要来源是入射光的准直光路部分采用斜面耦合工艺和端面镀制增透膜可有效提高采用斜面耦合工艺和端面镀制增透膜可有效提高整个器件的回波损耗整个器件的回波损耗 光环形器（光环形器（Optical Circulator）的作用是把光）的作用是把光信号流按一个方向从一个端口送到另一个端口信号流按一个方向从一个端口送到另一个端口

31、防止光信号沿错误的方向传播而引起不必要的串防止光信号沿错误的方向传播而引起不必要的串扰扰整个环形器的原理类似于一个公路上的环岛，光整个环形器的原理类似于一个公路上的环岛，光信号就像经过环岛的汽车，只能沿一个固定的方信号就像经过环岛的汽车，只能沿一个固定的方向行驶向行驶 典型的环行器一般有三个或四个端口典型的环行器一般有三个或四个端口三端口环形器中，端口三端口环形器中，端口1输入的信号由端口输入的信号由端口2输出，输出，端口端口2输入的信号由端口输入的信号由端口3输出输出 光环形器的基本原理和结构比较简单，与光隔离光环形器的基本原理和结构比较简单，与光隔离器的工作原理相似器的工作原理相似基本结构

32、由偏振分束器（基本结构由偏振分束器（PBS）、法拉第旋转器、）、法拉第旋转器、半波片、棱镜和准直器组成半波片、棱镜和准直器组成偏振分束器把两个正交偏振态的光分开或者融合偏振分束器把两个正交偏振态的光分开或者融合到一起到一起法拉第旋转器和半波片是用来改变任意偏振态输法拉第旋转器和半波片是用来改变任意偏振态输入光的偏振态的入光的偏振态的沿光束传播方向的前一个法拉第旋转器对输入光沿光束传播方向的前一个法拉第旋转器对输入光的传播方向没有要求，而后一个法拉第旋转器对的传播方向没有要求，而后一个法拉第旋转器对光的传播方向是有要求的光的传播方向是有要求的这样输入的光信号经过偏振分束器分成两个正交这样输入的光

33、信号经过偏振分束器分成两个正交的偏振分量，又经过法拉第旋转器改变其偏振态，的偏振分量，又经过法拉第旋转器改变其偏振态，并在其后的端口输出并在其后的端口输出反向则因为偏振态是正交的所以不能被传输，这反向则因为偏振态是正交的所以不能被传输，这样回波信号就被隔离样回波信号就被隔离 1978年，年，Hill等人首次发现光纤光敏性，采用驻等人首次发现光纤光敏性，采用驻波写入法获得自感应光栅波写入法获得自感应光栅1989年，年，Mehz等人发展了紫外光侧面写入光敏等人发展了紫外光侧面写入光敏光栅技术，光纤光栅技术逐渐趋于成熟和商业化光栅技术，光纤光栅技术逐渐趋于成熟和商业化到到1993年，光纤敏化技术的进

34、步和相位掩模板的年，光纤敏化技术的进步和相位掩模板的使用，使光纤光栅实现批量生产使用，使光纤光栅实现批量生产 光纤光栅（光纤光栅（FG，Fiber Grating）是光纤纤芯折）是光纤纤芯折射率受到永久的周期性微扰而形成的一种光纤无射率受到永久的周期性微扰而形成的一种光纤无源器件，它能将入射光中某一特定波长的光部分源器件，它能将入射光中某一特定波长的光部分或全部反射或全部反射光纤光栅按工作原理，可分为光纤光纤光栅按工作原理，可分为光纤Bragg光栅和光栅和长周期光纤光栅（长周期光纤光栅（LPG）光纤光纤Bragg光栅就是利用紫外光（峰值波长为光栅就是利用紫外光（峰值波长为240 nm的光波）通

35、过相位掩模板（或适当光路）的光波）通过相位掩模板（或适当光路）对光敏光纤曝光，在光纤中产生折射率的周期分对光敏光纤曝光，在光纤中产生折射率的周期分布，形成光栅布，形成光栅它的周期一般在它的周期一般在1m以下，也称为短周期光纤光以下，也称为短周期光纤光栅栅光纤光纤Bragg光栅能够把某个方向传输的芯模能量光栅能够把某个方向传输的芯模能量耦合给反方向传输的芯模，形成在谐振波长附近耦合给反方向传输的芯模，形成在谐振波长附近一定带宽的能量反射一定带宽的能量反射光纤光栅的谐振波长光纤光栅的谐振波长B 与光栅周期与光栅周期的关系为的关系为Bragg光栅基本特性表现为一个反射式的光学滤光栅基本特性表现为一个

36、反射式的光学滤波器，反射峰值波长即为波器，反射峰值波长即为Bragg波长波长B effBn2若若Bragg光栅的节距或栅距是线性改变的，称为光栅的节距或栅距是线性改变的，称为啁啾啁啾Bragg光栅光栅在这种光栅中，由于节距线性改变，入射光的各在这种光栅中，由于节距线性改变，入射光的各个波长在光栅的不同深度被反射回来，因而补偿个波长在光栅的不同深度被反射回来，因而补偿了各个波长在传输时间上的变化，可应用于色散了各个波长在传输时间上的变化，可应用于色散补偿补偿由啁啾光栅和环形器组成的色散补偿光路由啁啾光栅和环形器组成的色散补偿光路长波长信号在光栅周期大的地方先反射长波长信号在光栅周期大的地方先反射

37、短波长的信号在光栅周期小的地方后反射短波长的信号在光栅周期小的地方后反射长周期光纤光栅（长周期光纤光栅（LPG）是利用紫外光通过振幅）是利用紫外光通过振幅模板直接照在光敏光纤上，在光纤中产生折射率模板直接照在光敏光纤上，在光纤中产生折射率的周期性分布的周期性分布它的周期较长，在几十至几百微米它的周期较长，在几十至几百微米能够实现芯模与同一方向传播的包层模的耦合，能够实现芯模与同一方向传播的包层模的耦合，被光纤涂覆层吸收而迅速消耗掉，从而形成一定被光纤涂覆层吸收而迅速消耗掉，从而形成一定带宽的能量损耗，且不存在反射带宽的能量损耗，且不存在反射长周期光纤光栅的透射谐振波长长周期光纤光栅的透射谐振波

38、长满足满足其基本特性表现为一个带阻滤波器，带阻宽度一其基本特性表现为一个带阻滤波器，带阻宽度一般为十几到几十纳米般为十几到几十纳米 )(cladcorenn长周期光栅透射谱的带宽较宽，几乎没有反射光，长周期光栅透射谱的带宽较宽，几乎没有反射光，尤其是它与光纤系统的天然兼容性，使得插入损尤其是它与光纤系统的天然兼容性，使得插入损耗很低，特别适合于用作掺铒光纤放大器的增益耗很低，特别适合于用作掺铒光纤放大器的增益均衡器均衡器可以用几个不同谐振波长和带宽的长周期光栅串可以用几个不同谐振波长和带宽的长周期光栅串接，使得串接后总的透射谱与接，使得串接后总的透射谱与EDFA放大器的增益放大器的增益谱均衡，

39、达到输出增益谱的平坦化谱均衡，达到输出增益谱的平坦化现在已经能够仅用一根非均匀的长周期光栅，就现在已经能够仅用一根非均匀的长周期光栅，就可实现可实现EDFA的平坦的平坦 波分复用器解复用器是一种波长选择型耦合器波分复用器解复用器是一种波长选择型耦合器其功能就是把多个不同波长的光波复合后，注入其功能就是把多个不同波长的光波复合后，注入到同一根光纤中传输到同一根光纤中传输或把输入光口的多个不同波长的光波分开，输出或把输入光口的多个不同波长的光波分开，输出到不同的光端口输出到不同的光端口输出 波分复用器解复用器又称为合波器或分波器波分复用器解复用器又称为合波器或分波器 光波分复用器解复用器性能的优劣

40、对于光波分复用器解复用器性能的优劣对于WDM系系统的传输质量有决定性的影响统的传输质量有决定性的影响WDM系统对光波分复用器解复用器的特性要求系统对光波分复用器解复用器的特性要求是插入损耗小，信道间的串扰小，通带损耗平坦是插入损耗小，信道间的串扰小，通带损耗平坦等等插入损耗是指对于某一特定通道，输出端标称波插入损耗是指对于某一特定通道，输出端标称波长信号功率与输入端该标称波长信号功率比值的长信号功率与输入端该标称波长信号功率比值的对数，是对同一波长而言的对数，是对同一波长而言的)()(lg10)(iiiiIPPL信道隔离度与串扰是度量信道隔离度与串扰是度量WDM信道之间相互干扰信道之间相互干扰

41、程度的参数程度的参数从信道从信道i输出端口测得的该信道标称波长信号功率输出端口测得的该信道标称波长信号功率Pi(i) 与从信道与从信道j输出端口测得的该波长信号功率输出端口测得的该波长信号功率Pj(i) 之间的比值，定义为信道之间的比值，定义为信道j对信道对信道i的隔离的隔离度度其倒数称为信道其倒数称为信道i对信道对信道j的串扰的串扰 )()(lg10iiijePPL通带特性是指波分复用器解复用器分配给某输通带特性是指波分复用器解复用器分配给某输出端口的光波波长范围出端口的光波波长范围从复用信道数考虑，通道带宽越窄越好从复用信道数考虑，通道带宽越窄越好从光源谱宽、传输信号速率和降低串扰等因素考

42、从光源谱宽、传输信号速率和降低串扰等因素考虑，通道带宽越宽越好虑，通道带宽越宽越好按通道带宽不同，可将波分复用器解复用器分按通道带宽不同，可将波分复用器解复用器分为三类：为三类：稀疏波分复用器解复用器，其通道间隔为稀疏波分复用器解复用器，其通道间隔为10100 nm密集波分复用器解复用器，其信道间隔为密集波分复用器解复用器，其信道间隔为110 nm超密集波分复用器解复用器，其通道间隔为超密集波分复用器解复用器，其通道间隔为0.11 nm 根据制造的特点，根据制造的特点，WDM器件大致有器件大致有熔融光纤型熔融光纤型干涉滤波器型干涉滤波器型光栅型等几种类型光栅型等几种类型熔融光纤型波分复用器实质

43、为耦合功率对波长具熔融光纤型波分复用器实质为耦合功率对波长具有选择性的光纤耦合器有选择性的光纤耦合器通过改变熔融拉锥工艺，使耦合器输出端口的分通过改变熔融拉锥工艺，使耦合器输出端口的分光比随波长具有显著变化的特征而制作的光比随波长具有显著变化的特征而制作的器件结构类似于器件结构类似于22单模光纤耦合器单模光纤耦合器)(cos232KzPPPPii)(sin23KzPPi当两光纤传播常数相同时，这时耦合系数当两光纤传播常数相同时，这时耦合系数K与波长与波长相关，对于波长相关，对于波长1与与2，当耦合长度，当耦合长度W满足满足 2/) 12()(2mWKmWK)(1o得到耦合比得到耦合比 0)(1

44、)(2212iiPPPP1)(0)(2313iiPPPP因此，通过设计合理的耦合长度和熔融区的锥度，因此，通过设计合理的耦合长度和熔融区的锥度，控制好拉锥速度，将会使波长控制好拉锥速度，将会使波长1、2从输入端口从输入端口输入，波长输入，波长1从直通臂输出，波长从直通臂输出，波长2从耦合臂输从耦合臂输出出介质薄膜滤波器由多层不同材料、不同折射率和介质薄膜滤波器由多层不同材料、不同折射率和不同厚度的介质膜按设计要求组合而成不同厚度的介质膜按设计要求组合而成每层厚度为每层厚度为/4，一层为高折射率，一层为低折，一层为高折射率，一层为低折射率，交替叠合而成射率，交替叠合而成当光入射到高折射率介质薄膜

45、层时，光反射不产当光入射到高折射率介质薄膜层时，光反射不产生相移；当光入射到低折射率介质薄膜层时，反生相移；当光入射到低折射率介质薄膜层时，反射光产生射光产生180相移相移由于介质薄膜层厚度为四分之一波长，因而经低由于介质薄膜层厚度为四分之一波长，因而经低折射率层反射的光当到达经高折射率层反射的光折射率层反射的光当到达经高折射率层反射的光的位置经历了的位置经历了360相移，它们同向叠加产生强相移，它们同向叠加产生强烈的反射光烈的反射光相反，其它波长的光波将会成为透射光相反，其它波长的光波将会成为透射光这样，通过使用多层介质薄膜可以实现对某一波这样，通过使用多层介质薄膜可以实现对某一波长范围的光

46、呈现带通，而对其它波长呈带阻，从长范围的光呈现带通，而对其它波长呈带阻，从而形成所要求的滤波特性而形成所要求的滤波特性利用这种对某指定波长的选择特性的干涉滤波器利用这种对某指定波长的选择特性的干涉滤波器就可将不同波长的光波分离或合并起来就可将不同波长的光波分离或合并起来利用光纤利用光纤Bragg光栅的波长选择性，再结合环形光栅的波长选择性，再结合环形器，可以实现器，可以实现WDM合波分波器合波分波器多个波长信号从端口多个波长信号从端口1输入，端口输入，端口2输出进入光栅。假输出进入光栅。假设设2满足光栅的满足光栅的Bragg条件而被反射回来，其余波长条件而被反射回来，其余波长通过光栅，通过光栅

47、，2反射回来进入端口反射回来进入端口2，从端口，从端口3输出，实输出，实现分波即解复用现分波即解复用利用光纤利用光纤Bragg光栅的波长选择性，再结合环形光栅的波长选择性，再结合环形器，可以实现器，可以实现WDM合波分波器合波分波器在合波（复用）端，插入波长在合波（复用）端，插入波长2从端口从端口3进入，端口进入，端口1输出，进入光栅，但反射后从端口输出，进入光栅，但反射后从端口1输入，与其它波长输入，与其它波长一起从端口一起从端口2输出，实现合波即复用输出，实现合波即复用阵列波导光栅（阵列波导光栅（AWG，Arrayed Waveguide Grating）型波分复用器是以光集成技术为基础）型波分复用器是以光集成技术为基础的平面波导型器件的平面波导型器件它由输入波导、输出波导、波导阵列光栅及两个它由输入波导、输出波导、波导阵列光栅及两个平面耦合波导组成平面耦合波导组成典型的制造过程是在硅晶片上沉积一层薄薄的二典型的制造过程是在硅晶片上沉积一层薄薄的二氧化硅，并利用光刻技术形成所需的图案，腐蚀氧化硅，并利用光刻技术形成所需的图案，腐蚀