现代光纤通信技术光器件学习教案

1、会计学1第一页，共61页。5.1 5.1 光器件光器件(qjin)(qjin)概述概述 5.2 5.2 光连接器与衰减器光连接器与衰减器 5.3 5.3 耦合器与分束器耦合器与分束器 5.4 5.4 复用器复用器 5.5 5.5 光隔离器与环形器光隔离器与环形器 5.6 5.6 光开光与光交叉连接器光开光与光交叉连接器5.7 5.7 光波长转换器光波长转换器5.8 5.8 光器件光器件(qjin)(qjin)测试测试第1页/共60页第二页，共61页。5.1 光器件光器件(qjin)概述概述光器件(qjin)的分类体块型 不能直接与光纤线路连接，而是要通过耦合元件（最重要的耦合元件是自聚焦棒透镜

2、组），因而损耗较大。全光纤型 体积小、重量轻、结构紧凑、抗电磁干扰。特别是能够做成“在线元件”，直接接入光纤线路，因而附加损耗很低。光波导型 体积小、重量轻、热和机械稳定性好、功耗低、抗电磁干扰性强、适合批量生产。第2页/共60页第三页，共61页。光器件光器件(qjin)概述概述发展趋势 尺寸小型化、微型化。 无论是在系统传输设备中，还是在终端用户上，光器件在提供高性能功能(gngnng)的同时，应占据尽可能小的空间。低成本。 降低器件成本的有效途径包括提高成品率，提高器件制作自动化程度，以及规范各种光器件的标准，如达成多边协议以提高光器件间的兼容性等。 多功能(gngnng)的集成。 系统的

3、发展对光器件功能(gngnng)要求也愈来愈多，要求单个器件能提供更多功能(gngnng)，或是将更多功能(gngnng)的光学元件集成在一个器件中。无论是器件尺寸的集成，还是功能(gngnng)上的集成，都可以降低器件成本，提高器件竞争力。 第3页/共60页第四页，共61页。5.2 光连接器与光衰减器光连接器与光衰减器第4页/共60页第五页，共61页。光纤连接器（光纤连接器（optical connectoroptical connector），俗称活接头），俗称活接头， ITU ITU将其定义为将其定义为“用以稳定地但并不是永久地连接用以稳定地但并不是永久地连接两根或多根光纤的无源组件两根

4、或多根光纤的无源组件”。主要用于实现系统中设备间、设备与仪表间、设备与主要用于实现系统中设备间、设备与仪表间、设备与光纤间以及光纤与光纤间的非永久性固定连接，是光光纤间以及光纤与光纤间的非永久性固定连接，是光纤通信纤通信( (unun xin tn xin tn xn) xn)系统中不可缺少的无系统中不可缺少的无源器件。源器件。对光纤连接器要求主要是插入损耗小、回波损耗大、对光纤连接器要求主要是插入损耗小、回波损耗大、重复插拔的寿命长和互换性好。重复插拔的寿命长和互换性好。 光连接器定义光连接器定义(dngy)第5页/共60页第六页，共61页。光连接器光连接器n技术指标：(dB)1001PPl

5、gIL(dB)100PPlgRrLn互换性和重复性n 回波损耗(snho)：反射损耗(snho)，光纤连接处，后向反射光功率Pr相对输入光功率P0的比率的分贝数。n 插入损耗：光信号通过连接器之后，其输出光功率P1相对输入光功率P0的比率(bl)的分贝数。一般一般(ybn)(ybn)要求应不大于要求应不大于0.2 dB0.2 dB典型值应不小于典型值应不小于45 dB45 dB。第6页/共60页第七页，共61页。光纤连接损耗光纤连接损耗(snho)及其及其影响因素影响因素光纤结构参数失配引起的损耗 (f)两光纤相对位置偏离设计要求引起的损耗(b)(c)(e)端面形状(xngzhun)与间隙引起

6、的损耗(d)(e)(a)2n1n0n（a）（c）q（b）d（d）z（e）1a2aa1x2xx12a22a纤芯直径(zhjng)1D2D1g2g数值孔径折射率分布（ f）光纤参数端面反射横向错位角向倾斜端面间隙端面状态第7页/共60页第八页，共61页。活动活动(hu dng)连接器连接器n插入损耗目前水平0.2dBn减低(jind)反射技术：APC(Angled Physical Contact)n常见类型：FC、 SC、 ST第8页/共60页第九页，共61页。光纤连接器的结构光纤连接器的结构(jigu)FCFC型：外部型：外部(wib)(wib)加强加强方式是采用金属套，紧固方方式是采用金属套

7、，紧固方式为螺丝扣式为螺丝扣SCSC型：外壳采用工程塑料，矩型：外壳采用工程塑料，矩形结构，便于形结构，便于(biny)(biny)密集安密集安装，不用螺纹连接，可以直接装，不用螺纹连接，可以直接插拔。插拔。STST型：采用型：采用带键的卡口式带键的卡口式锁紧机构，确保连接时准锁紧机构，确保连接时准确对中。确对中。第9页/共60页第十页，共61页。光纤连接器的结构光纤连接器的结构(jigu)第10页/共60页第十一页，共61页。光衰减器定义光衰减器定义(dngy)光衰减器（光衰减器（optical attenuatoroptical attenuator）是对光功率进行预）是对光功率进行预定量

8、衰减的器件，它可分为定量衰减的器件，它可分为(fn wi)(fn wi)可变光衰减器和固可变光衰减器和固定光衰减器。前者主要用于调节光功率电平，后者主要定光衰减器。前者主要用于调节光功率电平，后者主要用于电平过高的光纤通信线路。用于电平过高的光纤通信线路。 对光衰减器主要要求是：插入损耗对光衰减器主要要求是：插入损耗(s(snho)nho)低、回波损耗低、回波损耗(s(snho)nho)高、分辨率线性度和重复性好、衰减量可调范围大高、分辨率线性度和重复性好、衰减量可调范围大、衰减精度高、器件体积小，环境性能好。、衰减精度高、器件体积小，环境性能好。 第11页/共60页第十二页，共61页。光衰减

9、器光衰减器n根据工作原理(yunl)分类：第12页/共60页第十三页，共61页。光功率衰减功能光功率衰减功能(gngnng)新技术新技术热光技术(jsh)电光(dingung)技术微机械技术（MEMS）插入损耗大，偏振相关损耗大插损、偏振相关损耗、热漂移较大，动态范围有限体积很小，响应速度较快，功耗小，易于批量生产，但插损较大，成本高昂，是目前发展较快的技术。第13页/共60页第十四页，共61页。衰减片通常是表面蒸镀了金属吸收(xshu)膜的玻璃基片，衰减片与光轴可以倾斜放置衰减(shui jin)片在不同位置的金属膜厚度不同，可用来获得不同的衰减(shui jin)在光纤端面按要求镀上一层有

10、一定厚度的金属膜或在光的通路上设置(shzh)一个几微米的气隙，从而获得固定衰耗。常用光衰减器的工作原理常用光衰减器的工作原理第14页/共60页第十五页，共61页。5.3 耦合器与分束器耦合器与分束器 光耦合器（光耦合器（couplercoupler）/ /分束器（分束器（splittersplitter）的）的功能是实现光信号的合路功能是实现光信号的合路/ /分路，就是把多个输分路，就是把多个输入的光信号组合成一个输出或者把一个输入的光入的光信号组合成一个输出或者把一个输入的光信号分配给多个输出。信号分配给多个输出。一般是对同一波长的光功率进行合路或分路。光一般是对同一波长的光功率进行合路或

11、分路。光耦合器耦合器/ /分束器的使用将会对光路带来一定的附分束器的使用将会对光路带来一定的附加插入损耗以及加插入损耗以及(y(yj)j)一定的串扰和反射。一定的串扰和反射。第15页/共60页第十六页，共61页。插入损耗：是指一个指定输入端口的输入插入损耗：是指一个指定输入端口的输入光功率光功率(gngl(gngl)Pi)Pi和一个指定的输出端口和一个指定的输出端口的输出功率的输出功率(gngl(gngl)Po)Po的比值的比值附加损耗：全部输入端口的输入光功率附加损耗：全部输入端口的输入光功率(gngl(gngl) )总和与全部输出端口的输出光功总和与全部输出端口的输出光功率率(gngl(g

12、ngl) )总和的比值总和的比值分光比或耦合比：某一个输出端口的输出分光比或耦合比：某一个输出端口的输出光功率光功率(gngl(gngl) )与全部输出端口的输出光与全部输出端口的输出光功率功率(gngl(gngl) )总和的比值总和的比值串扰：一个输入端口的输入光功率串扰：一个输入端口的输入光功率(gngl(gngl)Pi)Pi与由耦合器泄漏到其他输入端与由耦合器泄漏到其他输入端口的光功率口的光功率(gngl(gngl)Pr)Pr的比值的比值dB 10iinePPlgL光耦合器光耦合器技术指标技术指标dB 10ioiPPlgL%PPCRii100P1P3P4dB 10ircPPlgLP2第1

13、6页/共60页第十七页，共61页。光耦合器分类光耦合器分类(fn li)v 从端口形式v X型、Y型、星型以及树型v 从工作带宽的角度v 单工作窗口的窄带v 单工作窗口的宽带v 双工作窗口的宽带v 从传导光模式v 多模与单模v 从器件工艺实现方式v 分立光学元件组合型v 光纤型光耦合器v 集成(j chn)波导型第17页/共60页第十八页，共61页。几种几种(j zhn)常见光耦合器结构常见光耦合器结构示意图示意图第18页/共60页第十九页，共61页。几种常见几种常见(chn jin)光耦合器结光耦合器结构示意图构示意图第19页/共60页第二十页，共61页。5.4 复用器复用器 一种用来合成不

14、同波长的光信号或者分离不同波长的光信号的无一种用来合成不同波长的光信号或者分离不同波长的光信号的无源器件。（复用器源器件。（复用器/ /解复用器）解复用器）用于波长选择用于波长选择(xunz)(xunz)、光放大器的噪声滤除、光复用、光放大器的噪声滤除、光复用/ /解复用解复用对器件的要求主要是插入损耗低、隔离度大、带内平坦、带外插对器件的要求主要是插入损耗低、隔离度大、带内平坦、带外插入损耗变化陡峭、中心波长稳定性高等。入损耗变化陡峭、中心波长稳定性高等。 第20页/共60页第二十一页，共61页。衍射衍射(ynsh)光栅复光栅复用器用器n在Si衬底上沉积环氧树脂后制造成光栅。多波长信号经光纤

15、输入(shr)和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上，反射光栅将各波长分开，然后经透镜将各个波长的光聚焦在各自的光纤。采用采用(ciyng)渐变折射率透镜渐变折射率透镜，简化了装置的，简化了装置的校准。校准。采用普通采用普通透镜的透镜的WDMWDM第21页/共60页第二十二页，共61页。光栅光栅(gungshn)复用复用器的特点器的特点n波长通道数大（132Ch）n通道间隔小（商用0.4nm)n插损不随通道数增加(67dB)n温度敏感(0.01nm/OC)，需温度补偿(温控、材料补偿）n高斯型通带（采用特殊技术(jsh)可实现平顶，但增大插损）第22页/共60页第二十三页，共61页。介质介质(ji

16、zh)膜滤波器膜滤波器DTFnDielectric Thin-Film Filtern在中心波长附近，各层反射光叠加，在滤波器前端面形成很强的反射光。在高反射区之外，反射光突然降低，大部分光成了透射光。n对一定波长范围(fnwi)呈通带，对另外波长范围(fnwi)呈阻带，从而形成所要求的滤波特性第23页/共60页第二十四页，共61页。n通带特性好（平顶、隔离度高通带特性好（平顶、隔离度高25dB）nPDL小小 (0.2dB)n插损低插损低 57dB（16波）波）n温度敏感性小（温度敏感性小（0.0005nm/OC 不需温控）不需温控）n波长波长(bchng)数数16CH；波长；波长(bchng

17、)间隔间隔0.8nmn价格较高价格较高n是是16波长波长(bchng)WDM系统中主要选用系统中主要选用的器件的器件多层介质多层介质(jizh)膜复用膜复用器特点器特点第24页/共60页第二十五页，共61页。可通过改变熔融拉锥条件，增强耦合系数可通过改变熔融拉锥条件，增强耦合系数(xsh)(xsh)对波长的敏感性，从而制成熔融拉锥对波长的敏感性，从而制成熔融拉锥型型WDMWDM器件器件特点：插损低、结构简单、温度稳定性高、无特点：插损低、结构简单、温度稳定性高、无需波长选择器件；复用波长数少、隔离度差需波长选择器件；复用波长数少、隔离度差应用：常用于应用：常用于1300nm/1550nm130

18、0nm/1550nm、980nm/1550nm980nm/1550nm、1480nm/1550nm1480nm/1550nm波长的分离波长的分离熔锥光纤滤波熔锥光纤滤波器器第25页/共60页第二十六页，共61页。阵列阵列(zhn li)波导光栅波导光栅AWGArray-Waveguide-Grating规则排列的波导，相邻波导的长度相差固定值L，因而产生(chnshng)的相位差随波长而变。第26页/共60页第二十七页，共61页。AWG的工作的工作(gngzu)原理原理 设设AWGAWG的输入端口数和输出端口数均为的输入端口数和输出端口数均为n n，输入耦合器为，输入耦合器为n nm m形式，

19、输出耦合器为形式，输出耦合器为m mn n形式，输入和输出耦合器之间由形式，输入和输出耦合器之间由m m个波导连接，每相邻波导的长度差均为个波导连接，每相邻波导的长度差均为LL。输入耦合器将某个输入端口的输入信号。输入耦合器将某个输入端口的输入信号(xnho)(xnho)分成分成m m部分，它们之间的相位差部分，它们之间的相位差由从输入波导到阵列波导在输入耦合器中传输的距离来决定。在输入波导由从输入波导到阵列波导在输入耦合器中传输的距离来决定。在输入波导i i的光信号的光信号(xnho)(xnho)的波长中，满足的波长中，满足2k2k的整数倍的波长将在输出波导输出。的整数倍的波长将在输出波导输

20、出。 通过适当设计，可以做成通过适当设计，可以做成1 1n n波分解复用器和波分解复用器和n n1 1波分复用器。波分复用器。第27页/共60页第二十八页，共61页。 AWG AWG特点：特点：信道间隔（信道间隔（1.6 0.8 0.4nm1.6 0.8 0.4nm）端口（端口（1 18 18 116 116 132 132 164)64)需要温控（需要温控（0.01nm/C0)0.01nm/C0)插损不随通道数增加插损不随通道数增加(67dB)(67dB)高斯型通带（采用高斯型通带（采用(c(ciyng)iyng)特殊技术可实现平顶，但增大插损）特殊技术可实现平顶，但增大插损）隔离度隔离度2

21、2dB22dBPDL1dBPDL1dB 应用：应用：复用复用/ /解复用（解复用（1616通道以上通道以上WDMWDM系统中最具竞争力的器件）系统中最具竞争力的器件）AWG的特点的特点(tdin)及及应用应用第28页/共60页第二十九页，共61页。5.5 光隔离器与环形光隔离器与环形(hun xn)器器 第29页/共60页第三十页，共61页。用途用途只允许光波往一个方向传播，阻止光波往其他只允许光波往一个方向传播，阻止光波往其他方向特别是反方向传输的。方向特别是反方向传输的。主要用在激光器或光放大器的后面主要用在激光器或光放大器的后面(hu mian)(hu mian)，以消除反射光的影响，使

22、系统工作稳定。，以消除反射光的影响，使系统工作稳定。 主要参数要求主要参数要求插入损耗小（典型值约为插入损耗小（典型值约为0.5 dB0.5 dB）隔离度大（典型值约在隔离度大（典型值约在4050dB4050dB之间）之间）PDLPDL小（小（0.2 dB0.2 dB）组成原理组成原理一般由起偏器、检偏器和旋光器组成。一般由起偏器、检偏器和旋光器组成。光隔离器概述光隔离器概述(i sh)第30页/共60页第三十一页，共61页。起偏器使入射光德垂直偏振分量通过起偏器使入射光德垂直偏振分量通过(tnggu)，调整法拉第旋转器（，调整法拉第旋转器（YIG）的磁场强度，使偏振面旋转的磁场强度，使偏振面

23、旋转45，然后通过，然后通过(tnggu)检偏器。反射光返回时检偏器。反射光返回时，通过，通过(tnggu)法拉第旋转器又一次旋转法拉第旋转器又一次旋转45，正好与入射光偏振面正交，正好与入射光偏振面正交，因此受到隔离。因此受到隔离。光隔离器工作光隔离器工作(gngzu)原理原理第31页/共60页第三十二页，共61页。光环形光环形(hun xn)器器基本原理：与光隔离器相似基本原理：与光隔离器相似光传送顺序：光传送顺序：1 12 2 3 3 4 4 主要主要(zhyo)(zhyo)指标：插入损耗、隔离度、指标：插入损耗、隔离度、PDLPDL、回波损耗、方向性等（与光隔离器基本相同）、回波损耗、

24、方向性等（与光隔离器基本相同）第32页/共60页第三十三页，共61页。光环形器工作光环形器工作(gngzu)原理原理起偏器、检偏器、旋光器第33页/共60页第三十四页，共61页。光环形光环形(hun xn)器器应用应用光环形光环形(hun xn)(hun xn)器的两种基本应用：器的两种基本应用：OADMOADM制作；单纤双向传输制作；单纤双向传输基于基于FBGFBG和多口和多口(du ku)(du ku)光环形器的光环形器的BOADMBOADM结构结构第34页/共60页第三十五页，共61页。n光开光定义：通过光通道的通断和转换，实现光层面上的路由选择光开光定义：通过光通道的通断和转换，实现光

25、层面上的路由选择、波长选择、光分插复用、光交叉连接和自愈保护等功能。、波长选择、光分插复用、光交叉连接和自愈保护等功能。n开关时间：开关端口从某一初始状态转为通或断所需的时间。不同开关时间：开关端口从某一初始状态转为通或断所需的时间。不同的应用的应用(yngyng)(yngyng)场合场合, ,对光开关的开关时间要求不同。对光开关的开关时间要求不同。n光开关其他重要参数：消光比、插损、串话、偏振相关性光开关其他重要参数：消光比、插损、串话、偏振相关性(PDL)(PDL)。5.6 光开光光开光(ki un)与光交与光交叉连接器叉连接器应用开关时间需求光路的交换及管理(OADM、OXC)110ms

26、保护开关光包交换1ns外调制10ps110ms第35页/共60页第三十六页，共61页。传统机械光开关传统机械光开关(kigun)的结构示意图的结构示意图机械式光开关机械式光开关(kigun)工作原理：通过移动光纤将光直接耦合到输出端或采用棱镜工作原理：通过移动光纤将光直接耦合到输出端或采用棱镜(lngjng)(lngjng)、反射镜切换光路、反射镜切换光路特点：偏振无关，插入损耗低、串扰小、光学性能好，体积较大、开关速度慢特点：偏振无关，插入损耗低、串扰小、光学性能好，体积较大、开关速度慢第36页/共60页第三十七页，共61页。MEMS开关开关(kigun)阵列图阵列图 工作原理：通过磁、静电

27、效应移动或旋转微反射镜，利用这些微镜片的二维或三维空间运动，将光直接反射到不同的输出工作原理：通过磁、静电效应移动或旋转微反射镜，利用这些微镜片的二维或三维空间运动，将光直接反射到不同的输出(shch)(shch)端端特点：低损耗、低串扰、低偏振敏感性、高消光比、体积小、集成度高、开关速度快特点：低损耗、低串扰、低偏振敏感性、高消光比、体积小、集成度高、开关速度快MEMS光开关光开关(kigun)第37页/共60页第三十八页，共61页。喷墨气泡热光开关喷墨气泡热光开关(kigun)模块模块 n工作原理：利用了气泡（镜面工作原理：利用了气泡（镜面(jn(jn min) min)）对光反射的原理，

28、当入射光照入并要求交换时，一个热敏硅片会在液体中产生一个气泡，气泡将光从入射波导全反射到输出波导）对光反射的原理，当入射光照入并要求交换时，一个热敏硅片会在液体中产生一个气泡，气泡将光从入射波导全反射到输出波导n特点：开关速度为特点：开关速度为msms量级，插损低、串扰小，具有较好的可扩展性量级，插损低、串扰小，具有较好的可扩展性喷墨气泡喷墨气泡(qpo)热光开热光开关关第38页/共60页第三十九页，共61页。 (a)定向(dn xin)耦合器型光开关 (b) M-Z干涉仪型光开关电光电光(dingung)开关原理示意图开关原理示意图波导波导(b do)光开关光开关n工作原理：工作原理：利用电

29、光效应或电吸收效应以及硅材料的等离子体色散效应，在电场的作用下改利用电光效应或电吸收效应以及硅材料的等离子体色散效应，在电场的作用下改变材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或者偏振等方法使光强突变或光路转变材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或者偏振等方法使光强突变或光路转变变第39页/共60页第四十页，共61页。热光开关热光开关(kigun)原理示意图原理示意图 n工作原理：通过电流加热的方法，使介质的温度变化，导致光在介质中传播工作原理：通过电流加热的方法，使介质的温度变化，导致光在介质中传播(chunb)(chunb)的折射率和相位发生改变，进而实现光信号的通断的折射率和相位发生改变

30、，进而实现光信号的通断n典型材料：典型材料：SiO2SiO2、SiSi、LiNbO3LiNbO3和有机聚合物等和有机聚合物等n特点：可以集成、开关速度优于机械式（特点：可以集成、开关速度优于机械式（msms）热光开关热光开关(kigun)第40页/共60页第四十一页，共61页。声光开关声光开关(kigun)原理示意图原理示意图 工作原理：利用声光效应，即声波在某些介质中传播时，该介质会产生与声波信号相应的、随时间和空间周期变化的弹性形变，从而导致介质折射率的周期性变化，形成等效的位相光栅，其光栅常数等于声波波长，因而能提供工作原理：利用声光效应，即声波在某些介质中传播时，该介质会产生与声波信号

31、相应的、随时间和空间周期变化的弹性形变，从而导致介质折射率的周期性变化，形成等效的位相光栅，其光栅常数等于声波波长，因而能提供(tgng)(tgng)一种方便地控制光的强度、频率和传播方向的手段一种方便地控制光的强度、频率和传播方向的手段声光声光(shn un)开关开关第41页/共60页第四十二页，共61页。1342SOASOA光纤环控制脉冲耦合器（a）全光M-Z型开关（b）NOLM全光开关光调制光开关光调制光开关(kigun)原理示意图原理示意图工作工作(gngzu)(gngzu)原理：原理：利用输入的控制光信号与信号光进行光交叉相位调制，来调节输出信号光的相对相位关系以实现开关通断。利用输

32、入的控制光信号与信号光进行光交叉相位调制，来调节输出信号光的相对相位关系以实现开关通断。通过外部输入控制光调制半导体光放大器通过外部输入控制光调制半导体光放大器(SOA)(SOA)的折射率来调节输出信号光的相对相位关系以实现开关通断。的折射率来调节输出信号光的相对相位关系以实现开关通断。光调制光调制(tiozh)光开关光开关第42页/共60页第四十三页，共61页。功能定义：用于光纤网络节点的装置，通过对光信号进行交叉连接，能灵活有效地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护功能定义：用于光纤网络节点的装置，通过对光信号进行交叉连接，能灵活有效地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护/ /恢复以及

33、自动配线和监控的重要技术恢复以及自动配线和监控的重要技术结构核心：光交叉连接矩阵（一般结构核心：光交叉连接矩阵（一般(ybn)(ybn)是通过光开关矩阵来实现）是通过光开关矩阵来实现）技术要求：无阻塞、低串扰、低延迟、无偏振依赖性、宽带和高的可靠性，并具有单向、双向和广播形式的功能技术要求：无阻塞、低串扰、低延迟、无偏振依赖性、宽带和高的可靠性，并具有单向、双向和广播形式的功能光交叉光交叉(jioch)连接器连接器管理、控制操作系统输入端输出端11MNMN光交换矩阵OXC功能功能(gngnng)结构结构示意图示意图第43页/共60页第四十四页，共61页。波分复用波分复用/ /解复用器解复用器光

34、交叉光交叉(jioch)(jioch)连接矩阵连接矩阵波长转换模块波长转换模块OXC基本基本(jbn)结构结构第44页/共60页第四十五页，共61页。5.7 光波长转换器光波长转换器n光波长转换器（光波长转换器（Wavelength ConverterWavelength Converter）是一种实现将光信号从某一波长的光载波转换是一种实现将光信号从某一波长的光载波转换至另一波长光载波的器件，是波分复用光通信至另一波长光载波的器件，是波分复用光通信系统系统(xt(xtng)ng)向光网络演变的一个关键性器件向光网络演变的一个关键性器件。它可以在光通信网络中广泛地用于光交换、。它可以在光通信网

35、络中广泛地用于光交换、波长路由以及光信号的全光再生等。波长路由以及光信号的全光再生等。n光电光式光波长转换器光电光式光波长转换器n全光波长转换器全光波长转换器第45页/共60页第四十六页，共61页。驱动输入s光探测器缓存器可调激光器地址译码器c光光/ /电电/ /光波长转换器结构光波长转换器结构(jigu)(jigu)原理图原理图 功能定义：功能定义：首先利用光探测器将光信号转化为电信号，再将此信号存储于电存储器中，然后用此电信号驱动可调谐激光器，变成另一波长的光信号。首先利用光探测器将光信号转化为电信号，再将此信号存储于电存储器中，然后用此电信号驱动可调谐激光器，变成另一波长的光信号。 特点

36、特点(tdi(tdin)n) 信噪比高、偏振无关、转换速率可达信噪比高、偏振无关、转换速率可达10Gbit/s10Gbit/s、可实现消光比增强及信号再生、技术成熟、可实现消光比增强及信号再生、技术成熟 透明性受影响、光电转换线路复杂，终究要受电子瓶颈的限制透明性受影响、光电转换线路复杂，终究要受电子瓶颈的限制光光-电电-光式光波长转换器光式光波长转换器第46页/共60页第四十七页，共61页。全光波长转换器（全光波长转换器（WC）Wavelength ConerterWavelength Conerter全光波长转换器是将信号从一个波长变为另全光波长转换器是将信号从一个波长变为另一个波长而不需

37、要变换到电域，因此具有高一个波长而不需要变换到电域，因此具有高速、宽带、透明速、宽带、透明( (与信号格式无关与信号格式无关) )的特点。的特点。利用利用SOASOA中的交叉增益调制中的交叉增益调制(SOA-XGM)(SOA-XGM)利用利用SOASOA中的交叉相位调制中的交叉相位调制(SOA-XPM)(SOA-XPM)利用利用SOASOA中的四波混频中的四波混频(hn pn)(hn pn)效应效应(SOA-(SOA-FWM)FWM)第47页/共60页第四十八页，共61页。SOA-XGMSOA-XGM型全光波长转换器结构型全光波长转换器结构(jigu)(jigu)原理图原理图 基于基于(jy)

38、SOA-XGM的的WC工作原理：随着输入光功率的增加，由于受激辐射，工作原理：随着输入光功率的增加，由于受激辐射，SOASOA中载流子的消耗相应增中载流子的消耗相应增加，载流子浓度下降，导致加，载流子浓度下降，导致SOASOA增益减少，即发生增益饱和现象。此时，如果把增益减少，即发生增益饱和现象。此时，如果把一束波长为一束波长为SS（与目标波长相同）的连续探测光注入（与目标波长相同）的连续探测光注入SOASOA，当信号光处于高功率，当信号光处于高功率（逻辑（逻辑1 1）时，由于）时，由于SOASOA的增益饱和效应，探测光不能得到的增益饱和效应，探测光不能得到(d do)(d do)放大（逻辑放

39、大（逻辑0 0）；相反，当信号光处于逻辑）；相反，当信号光处于逻辑0 0时，探测光被放大（逻辑时，探测光被放大（逻辑1 1）。此即为交叉增益调）。此即为交叉增益调制效应（制效应（XGMXGM）。于是，强度调制信息就从信号光）。于是，强度调制信息就从信号光CC加载到了探测光加载到了探测光SS上，实上，实现了波长变换，只是输出信号在逻辑上与原信号相反。现了波长变换，只是输出信号在逻辑上与原信号相反。 C SFilter SSOACW第48页/共60页第四十九页，共61页。SOA-XGM的特点的特点(tdin) 优点：优点： 可以达到较高的转换速率，可到可以达到较高的转换速率，可到10Gb/s10G

40、b/s； 输出光与原信号输出光与原信号(xnho)(xnho)光反相；光反相； 转换效率高；转换效率高； 偏振无关（要求使用的偏振无关（要求使用的SOASOA偏振无关）；偏振无关）； 结构简单。结构简单。 缺点：缺点：比特流倒置比特流倒置信号信号(xnho)(xnho)的消光比恶化的消光比恶化第49页/共60页第五十页，共61页。MZIMZI结构结构(jigu)(jigu)的的SOA-XPMSOA-XPM波长转换器的结构波长转换器的结构(jigu)(jigu)原理图原理图n工作原理：在半导体光放大器中由于载流子耗尽达到增益饱和，同时使工作原理：在半导体光放大器中由于载流子耗尽达到增益饱和，同时

41、使SOASOA的有源区的的有源区的折射率发生变化，导致通过其中折射率发生变化，导致通过其中(qzhng)(qzhng)的探测光产生相位调制，对调相的输出光进的探测光产生相位调制，对调相的输出光进行鉴相，变为调幅信号，即可实现光波长的转换。行鉴相，变为调幅信号，即可实现光波长的转换。基于基于(jy)SOA-XPM的的WC第50页/共60页第五十一页，共61页。基于基于(jy)SOA-FWM的的WC特点：与信号格式无关、信号比特率可达特点：与信号格式无关、信号比特率可达40Gbit/s.40Gbit/s.缺点：转换缺点：转换(zhu(zhunhun)nhun)效率低、偏振相关、输入信号动态效率低、

42、偏振相关、输入信号动态范围小、转换范围小、转换(zhu(zhunhun)nhun)效率与波长有关（即当输入信号效率与波长有关（即当输入信号波长与转换波长与转换(zhu(zhunhun)nhun)波长间隔增大时，转换波长间隔增大时，转换(zhu(zhunhun)nhun)效率随之降低）。效率随之降低）。SOASignal SPump PFilter c S P c c=2 p- s第51页/共60页第五十二页，共61页。5.8 光器件光器件(qjin)测试测试第52页/共60页第五十三页，共61页。插入损耗的测量插入损耗的测量(cling)光纤宽带(kun di)光源BLS(Broadband

43、laser source) 可调激光器TLS(Tunable laser source)偏振(pin zhn)控制器PC(Polarization controller)光功率计PM(Power meter)光谱分析仪OSA(Optical spectrum analyzer)第53页/共60页第五十四页，共61页。PMTLSCACB临时(ln sh)接点TJPMTLSCACB临时(ln sh)接点TJL1P截断(ji dun)点J插入损耗的测量插入损耗的测量-截断法截断法 截断法测量步骤：(1) 测量并记录P1；(2) 截断临时节点处光纤，L30 cm测量并记录P0 ；(3) 计算插入损耗I.L.=10lg(P1/P0)PMTLSCA临时接点TJ0P第54页/共60页第五十五页，共61页。PMTLSCA临时(ln sh)接点T