光钎通信技术光器件 ppt课件

1、第三章第三章 光纤光纤/光器件光器件广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信23-1 光纤衔接器件；光纤衔接器件；3-2 光纤耦合器光纤耦合器 ；3-3 光隔离器；光隔离器；3-4 光纤光栅；光纤光栅；3-5 波分复用器波分复用器 ；3-6 光环形器；光环形器；3-7 光开关；光开关； 本章思索题。本章思索题。第二章的主要内容第二章的主要内容广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信3一、一、 光纤的接头及熔接光纤的接头及熔接光纤通讯线路中，光纤接头不可防止。光纤通讯线路中，光纤接头不可防止。1. 光纤的熔接工艺步骤光纤的熔接工艺步骤 (1) 将待熔接的光纤端头切割成

2、平整且垂直于轴将待熔接的光纤端头切割成平整且垂直于轴线的端面；线的端面； (2) 利用微调安装将两根光纤调准直；利用微调安装将两根光纤调准直； (3) 利用电弧放电将两根光纤熔接在一同。利用电弧放电将两根光纤熔接在一同。电弧的强度和熔接时间应调整妥当，既保证熔接点电弧的强度和熔接时间应调整妥当，既保证熔接点有足够的机械强度，又不会呵斥形变而添加损耗。有足够的机械强度，又不会呵斥形变而添加损耗。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信42. 光纤熔接引起损耗的缘由光纤熔接引起损耗的缘由(1) 光纤轴线的横向相对误差错位；光纤轴线的横向相对误差错位；(2) 两根光纤的纤芯直径不同；两

3、根光纤的纤芯直径不同； (3) 两根光纤的性能参数不同；两根光纤的性能参数不同； (5) 角向相对偏离。角向相对偏离。 (4) 光纤端头之间的相对间隔；光纤端头之间的相对间隔； 广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信5广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信6OffsetAngular MisalignmentSeparationCore Eccentricity Core EllipticityReflections &Interference广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信7Medium insertion loss:Worst

4、return loss: 14 dB (Fresnel)Common multimode fiber connector Air Gaptyp. 0.5 dBLowest insertion loss: 40 dBHighest insertion loss:Best return loss:Cable TV, highperformance systemsAngled PhysicalContact (APC) 0.4 to 0.9 dB 60 dB8广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信8光纤剥离钳光纤剥离钳广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信9光纤切割刀

5、光纤切割刀广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信10光纤熔接机光纤熔接机广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信11广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信12光纤自动熔接以后的液晶显示界面光纤自动熔接以后的液晶显示界面Protective sleeveSplice广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信13广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信14二、光纤衔接器二、光纤衔接器 光纤衔接器是光纤技术运用中运用量最大的光光纤衔接器是光纤技术运用中运用量最大的光无源器件，和光纤接头一样，光纤衔接器也是对两无源器件，和光纤接头

6、一样，光纤衔接器也是对两光纤端面进展对接，所不同的是光纤接头是永久性光纤端面进展对接，所不同的是光纤接头是永久性的熔接，而光纤衔接器是暂时性衔接，具有运用的的熔接，而光纤衔接器是暂时性衔接，具有运用的灵敏性。损耗是它们重要的光学参数。灵敏性。损耗是它们重要的光学参数。1. 光纤衔接器损耗的分类光纤衔接器损耗的分类(1) 插入损耗；插入损耗；(2) 回波损耗。回波损耗。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信152. 光纤衔接器的插损机理光纤衔接器的插损机理 光纤公差引起的固有损耗：主要由光纤制造公光纤公差引起的固有损耗：主要由光纤制造公差，即纤芯尺寸、数值孔径及纤芯差，即纤芯尺寸

7、、数值孔径及纤芯/包层同心度等。包层同心度等。 衔接器加工装配引起的固有损耗：主要由光纤衔接器加工装配引起的固有损耗：主要由光纤制造公差，即端面间隙、轴线倾角及横向偏移等。制造公差，即端面间隙、轴线倾角及横向偏移等。3. 光纤衔接器的回损机理光纤衔接器的回损机理 光纤端面菲涅耳反射引起的光能量损耗。这种光纤端面菲涅耳反射引起的光能量损耗。这种损耗发生在纤芯空气交界面，有效的处理方法是设损耗发生在纤芯空气交界面，有效的处理方法是设计两个衔接器的物理接触面。计两个衔接器的物理接触面。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信164. 光纤衔接器的损耗表达式光纤衔接器的损耗表达式212l

8、g10NANAdBLossNA引起的损耗引起的损耗端面间隙引起的插损端面间隙引起的插损间隙纤芯直径， :S:2a , arcsintanlg100nNASaadBLoss回波损耗回波损耗21lg10nnnndBLossfiberfiber客观要素损耗：端面划伤、尘粒、定位不准。客观要素损耗：端面划伤、尘粒、定位不准。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信175. 光纤衔接器的组成光纤衔接器的组成光纤衔接器由跳线、尾纤或尾缆、适配器组成。光纤衔接器由跳线、尾纤或尾缆、适配器组成。 跳线跳线: 在一段光纤在一段光纤(或单芯光缆或单芯光缆)的两头都装上插的两头都装上插头，主要作光配线

9、用；头，主要作光配线用； 尾纤尾纤: 在一段光纤在一段光纤(或单芯光缆或单芯光缆)的一头装上插头，的一头装上插头，主要与光器件相连；主要与光器件相连； 尾缆尾缆: 在一段多芯光缆的一头装上插头，主要用在一段多芯光缆的一头装上插头，主要用于衔接干线和光配线；于衔接干线和光配线； 适配器适配器: 将两个插头衔接起来的器件。将两个插头衔接起来的器件。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信186. 光插头的组成光插头的组成(1) 光纤或单芯光缆：多模或单模；光纤或单芯光缆：多模或单模；(2) 插针体：是衔接器的关键部件，制造资料有不绣插针体：是衔接器的关键部件，制造资料有不绣钢、不锈钢

10、镶陶瓷、全陶瓷、玻璃或塑料，目钢、不锈钢镶陶瓷、全陶瓷、玻璃或塑料，目前多采用全陶瓷插针体，插针体直径前多采用全陶瓷插针体，插针体直径2.5mm；(3) 外部零件：光纤衔接器的辅助部件，是插针体的外部零件：光纤衔接器的辅助部件，是插针体的固定部件和光纤对接的定位部件，制造资料根据固定部件和光纤对接的定位部件，制造资料根据型号而定，有金属和塑料。型号而定，有金属和塑料。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信197. 光纤衔接器的技术目的光纤衔接器的技术目的ioiPPLosslg10插入损耗：光经过衔接器后，光功率损耗的大小；插入损耗：光经过衔接器后，光功率损耗的大小；回波损耗：光

11、经过衔接器后，后向反射光与入射光回波损耗：光经过衔接器后，后向反射光与入射光的比值；的比值；irrPPLosslg10反复性：反复插拔后插损的变化值，反复性：反复插拔后插损的变化值，1000次插拔后，次插拔后，小于小于0.1dB；互换性：插头和适配器按一定的规那么互换后，插入互换性：插头和适配器按一定的规那么互换后，插入损耗的变化值，互换性小于损耗的变化值，互换性小于0.2dB。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信208. 光纤衔接器的分类光纤衔接器的分类(1) 按光纤的方式分按光纤的方式分(2) 按插针体的端面分按插针体的端面分单模、多模光纤衔接器单模、多模光纤衔接器;端面

12、普通都是加工成球面、精抛球面和斜球面等。端面普通都是加工成球面、精抛球面和斜球面等。PC、SPC、APC。APC: 将端面抛磨成与插针体中心线成将端面抛磨成与插针体中心线成80角。角。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信21(3) 按衔接器的类型分按衔接器的类型分FC、SC、ST: 目前运用最广泛的三种目前运用最广泛的三种,体积比较大。体积比较大。LC、MU、MT-RJ: 第三代光纤衔接器，具有体积小，第三代光纤衔接器，具有体积小，便于密集安装等优点。便于密集安装等优点。FC: 螺纹锁紧式螺纹锁紧式SC: 插拔式插拔式/咬合式咬合式ST: 卡口旋转锁紧式卡口旋转锁紧式广东海洋

13、大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信229. 光纤衔接器的外形光纤衔接器的外形FCSCST广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信23FCSC广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信24需求光配线衔接的设备需求光配线衔接的设备光缆与收发机光缆与收发机光缆与大楼的接线板光缆与大楼的接线板设备与局域网间的接口处设备与局域网间的接口处衔接楼内较短的数据链路衔接楼内较短的数据链路楼内路由信号的接线板楼内路由信号的接线板电信系统进入大楼的位置电信系统进入大楼的位置网络与终端设备间的衔接网络与终端设备间的衔接远处可挪动视频设备与录音设备或摄影棚远处可挪动视频设备与录音

14、设备或摄影棚的衔接的衔接10. 光纤衔接器的运用场所光纤衔接器的运用场所广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信25三、光纤接续子三、光纤接续子可作永久性接续，也可作暂时接续可作永久性接续，也可作暂时接续无需粘合剂和环氧胶，内有折射率匹配膏无需粘合剂和环氧胶，内有折射率匹配膏(液液) 通用性强，适宜不同涂敷层种类通用性强，适宜不同涂敷层种类(250/250 um、250/900 um或或 900/900 um)的光纤的光纤光纤无需研磨光纤无需研磨光纤中心自对准光纤中心自对准 广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信26光纤耦合器是用来衔接光纤耦合器是用来衔接3个或个

15、或3个以上的光接点。个以上的光接点。 光信号经过光纤耦合器后，在多个输出端口之光信号经过光纤耦合器后，在多个输出端口之间分配，降低了每个信号输出端的信号强度。间分配，降低了每个信号输出端的信号强度。输出端口数输出端口所占比例损耗(dB)输出端口数输出端口所占比例损耗(dB)20.53.01200.0513.0140.256.0225.0413.9850.26.99500.0216.9980.1259.031000.0120100.1102000.00523.01150.06711.764000.002526.02广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信271. 光纤耦合器的性能参

16、数光纤耦合器的性能参数1313lg10PPIL1243(1) 插入损耗插入损耗(2) 耦合比耦合比433lg10PPPCR(3) 附加损耗附加损耗143lg10PPPEL广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信282. 光纤耦合器的特性光纤耦合器的特性输入端口和输出端口的数量输入端口和输出端口的数量NM，数量取决于详，数量取决于详细的运用，普通，输入端口有别于输出端口，但细的运用，普通，输入端口有别于输出端口，但也可对调。也可对调。信号的衰减和分束信号的衰减和分束光传输的方向性光传输的方向性波长选择性波长选择性光纤类型，即多模和单模光纤类型，即多模和单模偏振敏感偏振敏感广东海洋大

17、学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信29(1) 光传输的方向性光传输的方向性(2) 定向耦合器定向耦合器: 对所经过的光的方向敏感，虽然不对所经过的光的方向敏感，虽然不是单行道，但是却趋向于使光沿一样的方向传输。是单行道，但是却趋向于使光沿一样的方向传输。1243(3) 非定向耦合器：对所经过非定向耦合器：对所经过的光的方向敏感度很低或不敏的光的方向敏感度很低或不敏感，这种耦合器将一切的入射感，这种耦合器将一切的入射光混合在一同并传输到一切的光混合在一同并传输到一切的端口包括入射的端口。端口包括入射的端口。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信30(4) 光纤耦合器的波

18、长选择性光纤耦合器的波长选择性 波长选择性是指耦合器分、合光的机制在某种波长选择性是指耦合器分、合光的机制在某种程度上依赖于一切传输光的波长。程度上依赖于一切传输光的波长。(5) 波长不敏感耦合器：这种耦合器在它们的任务范波长不敏感耦合器：这种耦合器在它们的任务范围内耦合器的特性几乎不随波长变化，运用在对不围内耦合器的特性几乎不随波长变化，运用在对不同波长应该同等处置的场所。同波长应该同等处置的场所。(6) 波长选择耦合器：这种耦合器有意地将不同波长波长选择耦合器：这种耦合器有意地将不同波长的光送到不同的方向，根据波长分配信号，可以用的光送到不同的方向，根据波长分配信号，可以用来分别不同波长间

19、隔的多波长光信号。来分别不同波长间隔的多波长光信号。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信313. 光纤耦合器的分类光纤耦合器的分类按构造分：按构造分：Y型光纤耦合器型光纤耦合器树型光纤耦合器树型光纤耦合器熔融型光纤耦合器熔融型光纤耦合器nm按制造方法分：按制造方法分：平面波导光纤耦合器平面波导光纤耦合器星型光纤耦合器星型光纤耦合器微型光器件型光纤耦合微型光器件型光纤耦合器器广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信32光隔离器是只沿一个方向传输的光器件，阻止光隔离器是只沿一个方向传输的光器件，阻止了后向反射和散射的光到达敏感器件，比如激光器了后向反射和散射的光到达

20、敏感器件，比如激光器和光放大器，是一种光学单行道器件。和光放大器，是一种光学单行道器件。光隔离器是内部任务机制依赖于偏振。光隔离器是内部任务机制依赖于偏振。一、一、 光隔离器的根本组成光隔离器的根本组成一对线偏振器一对线偏振器: 偏振面放置成偏振面放置成450角；角；法拉第旋转器法拉第旋转器: 将偏振光的振动方向旋转将偏振光的振动方向旋转450角，法角，法拉第旋转器对光的偏振面旋转具有互拉第旋转器对光的偏振面旋转具有互异性，与磁场方向有关，与光的传播异性，与磁场方向有关，与光的传播方向没有关系。方向没有关系。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信33二、光隔离器的任务原理图二、

21、光隔离器的任务原理图偏振器1偏振器2法拉第旋转器光光光被透射 光被正交偏振器挡住YVO4或或LiNO3晶体。晶体。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信34三、光隔离器的性能参数要求三、光隔离器的性能参数要求(1) 隔离度大，单芯隔离器的典型值是隔离度大，单芯隔离器的典型值是40dB;(2) 插入损耗小，单芯隔离器的典型值是插入损耗小，单芯隔离器的典型值是0.2dB。这种简单的设计带来了偏振器的这种简单的设计带来了偏振器的3dB损耗，阻损耗，阻挠了入射光信号中非垂直偏振部分。设计器件时可挠了入射光信号中非垂直偏振部分。设计器件时可以将入射光信号分成两束，一束垂直偏振，另一束以将

22、入射光信号分成两束，一束垂直偏振，另一束程度偏振，垂直偏正光按照原理图所示任务，程度程度偏振，垂直偏正光按照原理图所示任务，程度偏振光可以先被旋转偏振光可以先被旋转900，然后经过一样的隔离器。，然后经过一样的隔离器。四、光隔离器的优化设计四、光隔离器的优化设计广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信35消除偏振损耗的隔离器构造图：消除偏振损耗的隔离器构造图：SWPSWP法拉第旋转片光纤输入光纤输出波片SWPSWP法拉第旋转片光纤输入光纤输出波片广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信36器件阐明：器件阐明：SWP (Spatial Walk-off Polariz

23、er): 空间分别偏振空间分别偏振器器 (或偏振敏感的光束位移器或偏振敏感的光束位移器)，由强双折射晶体制，由强双折射晶体制成，将不同偏振的光沿有微小差别的方向偏折，即成，将不同偏振的光沿有微小差别的方向偏折，即非偏振光入射到该晶体后分成两束，一束垂直偏振，非偏振光入射到该晶体后分成两束，一束垂直偏振，另一束程度偏振，两束偏振光在另一束程度偏振，两束偏振光在SWP的不同位置出的不同位置出射。射。法拉第旋转片法拉第旋转片: 一束光在其中经过一个来回，其偏一束光在其中经过一个来回，其偏振方向将旋转振方向将旋转900，这是使光隔离器任务的一个本，这是使光隔离器任务的一个本质特征。质特征。广东海洋大学

24、理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信37波片波片: 波片的任务方式与法拉第旋转片不同，没有波片的任务方式与法拉第旋转片不同，没有互异性，当光从一个方向入射时，将偏振方向旋转互异性，当光从一个方向入射时，将偏振方向旋转450，而光从另一个方向进入时，将偏振方向旋转，而光从另一个方向进入时，将偏振方向旋转 - 450 ，或者说方向，或者说方向+ 450 。即，光在波片中往返一。即，光在波片中往返一次，偏振方向的总旋转为次，偏振方向的总旋转为00，因此在波片中往返一，因此在波片中往返一次后的光束具有与初始形状一样的偏振方向。次后的光束具有与初始形状一样的偏振方向。五、光隔离器的运用场所五、光隔

25、离器的运用场所光隔离器主要运用在激光器或者是光放大器的输出光隔离器主要运用在激光器或者是光放大器的输出端，以防止光纤线路中的后向反射光呵斥激光器或端，以防止光纤线路中的后向反射光呵斥激光器或光放大器的任务不稳定性。光放大器的任务不稳定性。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信38六、实物构造图六、实物构造图法拉第旋转片磁环YVO4或LiNO3楔角片自聚焦透镜(径向：同渐变折射率)光纤头光纤准直器光纤准直器广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信39楔角型商用化光隔离器楔角型商用化光隔离器广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信40双级光隔离器双级光隔

26、离器 正向光在第一级和第二级中分别为正向光在第一级和第二级中分别为o光和光和e光，光，两级产生的两级产生的PMD相互补偿，缺陷是对装配精度要求相互补偿，缺陷是对装配精度要求非常高，否那么隔离度目的比单级光隔离器还差。非常高，否那么隔离度目的比单级光隔离器还差。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信41封装的光隔离器封装的光隔离器广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信42光隔离器中的光路传输光隔离器中的光路传输广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信43一、光纤的光敏性一、光纤的光敏性-FBG 广义上，光敏性是指物质的物理或化学性质在外部光作用下发生

27、暂时或永久性改动的资料属性。 就光纤资料而言，光敏性是指光纤资料的折射率就光纤资料而言，光敏性是指光纤资料的折射率在外部光的作用下发生永久性的改动。在外部光的作用下发生永久性的改动。 光纤光敏性的微观机理是一个非常活泼的研讨领光纤光敏性的微观机理是一个非常活泼的研讨领域。从科研人员的实验结果看，光纤资料的光敏效应域。从科研人员的实验结果看，光纤资料的光敏效应在微观上能够与众多的物理要素有关，是一个非常复在微观上能够与众多的物理要素有关，是一个非常复杂的过程，目前还不能给出完全定量化的描画。杂的过程，目前还不能给出完全定量化的描画。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信44二、什

28、么是光纤光栅二、什么是光纤光栅 光纤光栅就是利用光纤的光敏性，用特定波长光纤光栅就是利用光纤的光敏性，用特定波长的激光以特定方式照射光纤，导致光纤内部的折射的激光以特定方式照射光纤，导致光纤内部的折射率沿轴向构成周期性或非周期性的空间分布，从而率沿轴向构成周期性或非周期性的空间分布，从而把光纤做成具有准确控制谐振波长的光栅。把光纤做成具有准确控制谐振波长的光栅。 入射光 反 射光 透射光 包层 纤芯 广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信45三、光纤光栅的任务原理三、光纤光栅的任务原理光纤光栅的最根本原理是相位匹配条件：光纤光栅的最根本原理是相位匹配条件：1、2是正、反向传输常

29、数，是正、反向传输常数，是光纤光栅的是光纤光栅的周期，在写入光栅的过程中确定下来。周期，在写入光栅的过程中确定下来。 122广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信461. 光纤布拉格光栅光纤布拉格光栅(FBG)的任务原理的任务原理 当一束宽谱带光波在光栅中传输时，入射光在相当一束宽谱带光波在光栅中传输时，入射光在相应的频率上被反射回来，其他的不受影响从光栅的另应的频率上被反射回来，其他的不受影响从光栅的另外一端透射出来。外一端透射出来。 光纤光栅起到了光波选频的作用，反射的条件称光纤光栅起到了光波选频的作用，反射的条件称为布拉格条件。由光纤光栅相位匹配条件得到反射中为布拉格条件

30、。由光纤光栅相位匹配条件得到反射中心波长布拉格波长表达式：心波长布拉格波长表达式： nB2广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信47 I T R B B 入射光谱 透射光谱 反射光谱 ：零点几到几十微米：零点几到几十微米;反射率：可以到达反射率：可以到达100，也可以小到，也可以小到0；反射谱的反射谱的FWHM: 可以到达零点零几纳米。可以到达零点零几纳米。特点特点FBG的光谱的光谱广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信482. 长周期光纤光栅长周期光纤光栅(LPG)的任务原理的任务原理 当一束光在长周期光纤光栅中传输时，满足相位当一束光在长周期光纤光栅中传输时

31、，满足相位匹配条件的特定波长的光由纤芯耦合进包层向前传播，匹配条件的特定波长的光由纤芯耦合进包层向前传播，很快被衰减掉。这样在透射光谱图上就有一个损耗峰，很快被衰减掉。这样在透射光谱图上就有一个损耗峰，并且没有反射波。其他不满足相位匹配条件的波长，并且没有反射波。其他不满足相位匹配条件的波长，根本上无损耗的在光纤纤芯中传播，从而实现波长选根本上无损耗的在光纤纤芯中传播，从而实现波长选择损耗特性。择损耗特性。 01mmclnn 为光栅周期，为光栅周期，n01为纤芯方为纤芯方式折射率，式折射率，n(m)为为m阶包层方阶包层方式的折射率。式的折射率。 广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光

32、纤通信49长周期光纤光栅的光谱特点长周期光纤光栅的光谱特点 纤芯 包层 广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信50波分复用技术要求光器件在光发射机端合并多个信波分复用技术要求光器件在光发射机端合并多个信号进入单根光纤同时向前传输，并在光接纳机端分号进入单根光纤同时向前传输，并在光接纳机端分别这些信号，以便分立的光接纳机进展处置，实现别这些信号，以便分立的光接纳机进展处置，实现这种功能的光器件就是波分复用器。这种功能的光器件就是波分复用器。波分复用器从功能上分为两部分波分复用器从功能上分为两部分: 发射机端的为复发射机端的为复用器，其作用是合并光信道；接纳机端的为解复用用器，其作

33、用是合并光信道；接纳机端的为解复用器，其作用正好相反，分别复用在一同的光信道，器，其作用正好相反，分别复用在一同的光信道，而且必需完全分别光信道，且串扰要低。而且必需完全分别光信道，且串扰要低。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信51一、一、WDM系统系统复用系统复用系统: WDM、CWDM、DWDM 12n 12n复用器复用器光放大器光放大器解复用器解复用器 广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信52二、信道间隔二、信道间隔(信道密度信道密度)信道间隔在信道间隔在200GHz或更小时的技术称为密集波分或更小时的技术称为密集波分复用技术复用技术(DWDM)。I

34、TU规范，确定波分复用系统的绝对参考频率规范规范，确定波分复用系统的绝对参考频率规范为为193.1THz，对应的波长为，对应的波长为1552.52nm。波分复用系统中的信道间隔与对应的波长间隔之间波分复用系统中的信道间隔与对应的波长间隔之间的转换为的转换为:频率中心频率，即绝对参考: 2fffc200GHz(100或或50GHz) 1.6nm(0.8或或0.4nm)广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信53三、三、 波长路由波长路由波长路由是其中的一种解复用方法，要分别的光信波长路由是其中的一种解复用方法，要分别的光信号在不同的透射带内。也就是说，波长路由的方法号在不同的透射带

35、内。也就是说，波长路由的方法适宜于解复用那些波长间隔比较大的光信号。比如适宜于解复用那些波长间隔比较大的光信号。比如分别分别EDFA的泵浦光和信号光。的泵浦光和信号光。EDFA是由半导体激光器的是由半导体激光器的980nm或或1480nm泵浦的，泵浦的，它们经过同一根它们经过同一根EDF，但在某处泵浦光必需与放大，但在某处泵浦光必需与放大信号分别，这种合波和分别普通由波长敏感光纤耦信号分别，这种合波和分别普通由波长敏感光纤耦合器实现。合器实现。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信54波长敏感光纤耦合器分别两个波长：波长敏感光纤耦合器分别两个波长：100上面光纤所占的百分比98

36、0nm输出1550nm输出一切980nm的光均在上面的光纤中耦合区长度耦合区起点耦合区终点一切1550nm的光均在下面的光纤中980nm1550nm0广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信55波长敏感光纤耦合器，不同波长在光纤之间转换的波长敏感光纤耦合器，不同波长在光纤之间转换的光能量取决于耦合区的长度，经过一定的特征长度光能量取决于耦合区的长度，经过一定的特征长度后，光从一根光纤完全转移到另一根光纤。后，光从一根光纤完全转移到另一根光纤。开场进入耦合器时，光进入两根熔融光纤上面的一开场进入耦合器时，光进入两根熔融光纤上面的一根，然后逐渐转移到下面的光纤，假设耦合区足够根，然后

37、逐渐转移到下面的光纤，假设耦合区足够长，一切的光都会转移到下面的光纤，并且反复此长，一切的光都会转移到下面的光纤，并且反复此过程；短波长的光先于长波长的光转移。过程；短波长的光先于长波长的光转移。980nm的的光从上面的光纤转移到下面的光纤，在耦合器终了光从上面的光纤转移到下面的光纤，在耦合器终了时又转移到上面的光纤，而时又转移到上面的光纤，而1550nm的光只从上面的光只从上面的光纤在耦合器终了时转移到下面的光纤。的光纤在耦合器终了时转移到下面的光纤。波长敏感光纤耦合器不用来分别波长敏感光纤耦合器不用来分别DWDM系统的光信系统的光信道，而对于间隔很大的波长分别效果很好。道，而对于间隔很大的

38、波长分别效果很好。波长敏感光纤耦合器：波长敏感光纤耦合器：广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信56四、四、WDM的种类的种类色散元件色散元件棱镜棱镜光栅光栅传统光栅传统光栅光纤光栅光纤光栅波导阵列光栅波导阵列光栅平面光栅平面光栅凹面光栅凹面光栅干涉元件干涉元件带通滤波器带通滤波器截止型滤波器截止型滤波器限波滤波器限波滤波器吸收型滤波器吸收型滤波器普通带宽普通带宽超窄宽超窄宽耦合元件耦合元件全光纤型全光纤型混合型混合型偏振无关偏振无关偏振相关偏振相关1. 无源无源WDM器件器件广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信572. 有源有源WDM器件器件阵列发射或接纳器

39、件阵列发射或接纳器件可调波长激光器可调波长激光器可调波长选择光开关可调波长选择光开关可调波长滤波器可调波长滤波器广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信583. 干涉滤波器干涉滤波器干涉滤波器的介质层选择性地透过一个窄范围的波干涉滤波器的介质层选择性地透过一个窄范围的波长，并反射其他的光。长，并反射其他的光。 透射和反射波长选择的准确性，以及反射和透透射和反射波长选择的准确性，以及反射和透射的曲线外形依赖于详细的滤波器设计射的曲线外形依赖于详细的滤波器设计: 包括层的包括层的厚度和成份，以及镀膜的层数。厚度和成份，以及镀膜的层数。 经过调整干涉滤波器的厚度、成份和层数，干经过调整

40、干涉滤波器的厚度、成份和层数，干涉滤波器可以被制成不同类型的透射。涉滤波器可以被制成不同类型的透射。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信59线通滤波器、带通滤波器、截止滤波器：线通滤波器、带通滤波器、截止滤波器：截止滤波器截止滤波器(较短波长透射较短波长透射)线通滤波器线通滤波器带通滤波器带通滤波器透射透射波长波长也可以反过来设计。也可以反过来设计。截止滤波器设计成在特定波优点的透射和反射有一截止滤波器设计成在特定波优点的透射和反射有一个突变，比如分别个突变，比如分别EDFA的的C带和带和L带在带在1567nm处处有一个突变，使短波长信号反射回有一个突变，使短波长信号反射回C

41、带带EDFA,长波长波长信号透射到长信号透射到L带带EDFA。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信604. 基于各种技术的波分复用器基于各种技术的波分复用器(1) 干涉滤波器型干涉滤波器型WDM输入输入 16135642级联滤波器每次解复用选出一个波长级联滤波器每次解复用选出一个波长:广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信61 低通、高通滤波器组合运用，将光信道分成组，低通、高通滤波器组合运用，将光信道分成组，然后再将每组分成单独的信道。然后再将每组分成单独的信道。解复用解复用2532140解复用解复用18116解复用解复用916916解复用解复用172417

42、40解复用解复用32402540广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信62 为什么要进展光信道分组，然后再将每组分成为什么要进展光信道分组，然后再将每组分成单独的信道呢？单独的信道呢？ (1) 干涉滤波器不是非常完美的，本质上并不能干涉滤波器不是非常完美的，本质上并不能反射其他一切波长的信号光能量，有一部分会被漏反射其他一切波长的信号光能量，有一部分会被漏掉，而这些走漏经过一系列的滤波器后会叠加。采掉，而这些走漏经过一系列的滤波器后会叠加。采用先进展光信道分组的方法可大大减少这种走漏。用先进展光信道分组的方法可大大减少这种走漏。 (2) 干涉滤波器型干涉滤波器型WDM是一个模块

43、，很容易进是一个模块，很容易进展系统晋级扩容，因此在短期内可以节省开支，长展系统晋级扩容，因此在短期内可以节省开支，长期上又可降低系统设备本钱。期上又可降低系统设备本钱。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信63(2) 光纤光栅型光纤光栅型WDM 1 3 2 光纤光栅 1 1 1 1 4 光环行器1 2 3 1 2 2 2 光环行器2 光纤光栅 2 2 3 1 3 3 3 光环行器3 光纤光栅 3 1,2, 3,4 1 2 3 1,2,i-1,i, i+1, ,n 1,2,i-1,i, i+1, ,n i i 1,2,i-1, i+1, ,n 光纤光栅 光环行器 广东海洋大学理

44、学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信64(3) 基于熔融光纤耦合器的基于熔融光纤耦合器的WDM耦合区长度耦合区起点耦合区终点短短+长长短短长长利用耦合区长度可以将不同透射带的光能量定利用耦合区长度可以将不同透射带的光能量定向到不同端口来分别波长。向到不同端口来分别波长。不同透射带内的波长光能量转移的程度依赖于不同透射带内的波长光能量转移的程度依赖于耦合区长度，短波首先来回转移，然后才是长波。耦合区长度，短波首先来回转移，然后才是长波。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信65(4) 基于马赫基于马赫-曾德尔曾德尔(M-Z)干涉仪的干涉仪的WDM是熔融型光纤耦合器的一种，这种

45、器件称为熔是熔融型光纤耦合器的一种，这种器件称为熔融型光纤马赫融型光纤马赫-曾德尔干涉仪，或者简单地称为曾德尔干涉仪，或者简单地称为interleaver(交错复用器交错复用器)。特点特点: 利用光纤中的干涉将间隔均匀的一组光利用光纤中的干涉将间隔均匀的一组光信道分别成一组奇数信道和一组偶数信道，即信道分别成一组奇数信道和一组偶数信道，即: 马马赫赫-曾德尔干涉仪交错的复用波长，分别奇信道和偶曾德尔干涉仪交错的复用波长，分别奇信道和偶信道。信道。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信66干涉仪两臂的出射光的相对相位决议了输出耦合器端口干涉仪两臂的出射光的相对相位决议了输出耦合器

46、端口的分束比。的分束比。干涉臂干涉臂输入光信号输入光信号输入耦合器输入耦合器输出耦合器输出耦合器分束分束合束合束干涉后干涉后 交替输出交替输出上端口出射的光上端口出射的光1357下端口出射的光下端口出射的光2468广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信67因此，熔融型光纤马赫因此，熔融型光纤马赫-曾德尔干涉仪可以解复曾德尔干涉仪可以解复用一系列均匀间隔信道的光信号。用一系列均匀间隔信道的光信号。100GHz interleaver1,3 ,5,7200GHz interleaver200GHz interleaver2,4 ,6,8400GHz interleaver1,515

47、400GHz interleaver3 ,737400GHz interleaver2,6264 , 8400GHz interleaver48输入光信号输入光信号18广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信68Interleaver采用多级构造来分别或合并光信道。采用多级构造来分别或合并光信道。Interleaver除了采用熔融型光纤耦合技术以外，除了采用熔融型光纤耦合技术以外，也可采用平面波导技术制造。也可采用平面波导技术制造。Interleaver型型WDM和干涉滤波器型和干涉滤波器型WDM的区的区别别:对对8个复用波长的个复用波长的WDM系统，所需求的器件数系统，所需求的

48、器件数一样，都是一样，都是7个，但对于个，但对于interleaver一切的信号都是一切的信号都是经过经过3个器件，而干涉滤波器中最后两个信道必需经个器件，而干涉滤波器中最后两个信道必需经过一切过一切7个滤波器，因此要比其他信道经受更多的损个滤波器，因此要比其他信道经受更多的损耗。耗。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信69(5) 体衍射光栅型体衍射光栅型WDM丈量仪器经常采用衍射光栅来展开所需求丈量丈量仪器经常采用衍射光栅来展开所需求丈量的光谱，而且可以提供很好的分辨率，在的光谱，而且可以提供很好的分辨率，在WDM系统系统中，利用衍射光栅展开光谱分别光信道。中，利用衍射光栅

49、展开光谱分别光信道。采用适宜的光器件聚焦输入光、搜集反射光并采用适宜的光器件聚焦输入光、搜集反射光并聚焦到输出光纤中，从而到达合波的目的；同样，聚焦到输出光纤中，从而到达合波的目的；同样，根据光的可逆性，利用这种器件也可以到达分别光根据光的可逆性，利用这种器件也可以到达分别光信道的目的。信道的目的。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信70从底部的光纤中输入三个波长的光信号从底部的光纤中输入三个波长的光信号1、2、3，自聚焦透镜在后端面将输入光聚焦到衍射光栅，自聚焦透镜在后端面将输入光聚焦到衍射光栅上光栅呈一定角度以便以适当的角度反射光信号。上光栅呈一定角度以便以适当的角度反射

50、光信号。光栅以不同的角度反射不同的波长，然后自聚焦透光栅以不同的角度反射不同的波长，然后自聚焦透镜将每个波长聚焦到对应的光纤输出。镜将每个波长聚焦到对应的光纤输出。输出光纤输出光纤光栅光栅自聚焦透镜自聚焦透镜输入光纤输入光纤1 , 2 , 3以不同角度衍射以不同角度衍射321广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信71这种简单的体衍射光栅解复用器对分别几个间这种简单的体衍射光栅解复用器对分别几个间隔比较大的波长时任务效果很好，但是他们不能为隔比较大的波长时任务效果很好，但是他们不能为严密间隔的波长提供较高的信道隔离度。严密间隔的波长提供较高的信道隔离度。(6) 波导阵列型波导阵列

51、型WDM18波导阵列波导阵列输出耦合器输出耦合器输入耦合器输入耦合器18广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信72多波长光信号从右下方的输入耦合器输入，然多波长光信号从右下方的输入耦合器输入，然后由该耦合器将信号分别到输入耦合器与输出耦合后由该耦合器将信号分别到输入耦合器与输出耦合器之间的弯曲波导阵列。和器之间的弯曲波导阵列。和M-Z干涉仪的干涉臂一干涉仪的干涉臂一样，这些波导长度不同，它们在输出耦合器混合产样，这些波导长度不同，它们在输出耦合器混合产生干涉效应。生干涉效应。弯曲的平面波导阵列可以同时分别多个光信道。弯曲的平面波导阵列可以同时分别多个光信道。输出耦合器和输出波导

52、的设计将光聚焦到左下输出耦合器和输出波导的设计将光聚焦到左下方分立的输出波导中，每个信道有一个输出波导；方分立的输出波导中，每个信道有一个输出波导；波长间隔取决于弯曲波导之间的光程差。波长间隔取决于弯曲波导之间的光程差。波导阵列波导阵列WDM可以运用于密集波分复用技术，可以运用于密集波分复用技术，而且输入耦合损耗很小，但价钱高、技术较复杂。而且输入耦合损耗很小，但价钱高、技术较复杂。广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院 光纤通信光纤通信73五、构建复用器和解复用器五、构建复用器和解复用器以上所讲的复用技术是用来构建模块的。从本以上所讲的复用技术是用来构建模块的。从本钱、技术的复杂性角度出发，实践的系统能够集成钱、技术的复杂性角度出发，实践的系统能够集成两种或多种复用技术，从而到达性价比的最优化。两种或多种复用技术，从而到达性价比的最优化。在讨论各种复用技术的原理时，最简单的是假在讨论各种复用技术的原理时，最简单的是假设信道间隔是均匀的，并且每个信道都被占用。实设信道间隔是均匀的，并且每个信道都被占用。实践并非如此，信道间隔是均匀的，但是信道能够被践并非如此，信道间隔是均匀的，但是信道能够被组成块，而且并不是一切