光纤通信常用光无源器件PPT课件

1、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光器件的分类作用 参数 原理 类型光环行器光波分复用器第1页/共78页4.1 光纤连接器光纤连接器一、功能：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第2页/共78页二、光纤连接器的典型类型及工作原理二、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、平面对接型光纤连接器 （FC型型face connect）结构：套筒插针体插针体粘合剂光纤固定盘光纤 第3页/共78页FC

2、 型光纤连接器型光纤连接器光连接器 第4页/共78页使用方法： 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。套筒插针体插针体粘合剂光纤固定盘光纤 材料：合金螺旋式连接第5页/共78页菲涅耳反射：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 。第6页/共78页2、直接接触型光纤连接器（PC型physical connect）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

3、光的菲涅尔反射，避免了回波噪声。材料：陶瓷第7页/共78页端面的制备：第8页/共78页光连接器 3、矩形光连接器（、矩形光连接器（SC）FC型PC型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，能自锁和开启卡口式，能自锁和开启第9页/共78页SC 型光纤连接器型光纤连接器第10页/共78页4、ST型连接器型连接器插销锁定式连接方式第11页/共78页5、FO 型光纤连接器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。第12页/共78页6、MT型光纤连接器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。第13页/共78页三、三、 光纤连接器的参数光纤连接

4、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=10 Lg(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第14页/共78页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第15页/共78页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。a =ac1-ac2max意义：定义：第16页/共78页意义：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

5、：可插拔的最大次数第17页/共78页四、四、 光纤通信对光连接器的要求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，操作方便第18页/共78页五、陶瓷五、陶瓷PC型光纤连接器的主要技术指标型光纤连接器的主要技术指标插入损耗0.3dB重复性0.1dB互换性0.1dB反射损耗38dB寿命10000次温度范围4080第19页/共78页4.2 光纤耦合器光纤耦合器一 、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：分路插入合路分配第20页/共78

6、页二、二、 参数参数（1）插入损耗）插入损耗合路器：nai=10Lg( ) i=1Pi /Po(dB)分路器：ai=10Lg(Pi / Po )i=1n(dB)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ai20dB第22页/共78页光连接器 （3）、分路比）、分路比分路时各个输出端口的光功率之比。ij定义：Tij=Pi/Pj光方向耦合器 意义：一般要求T在0.1：110：1第23页/共78页三、光纤耦合器的分类三、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

7、器或光功率组合器第24页/共78页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：多端口功率分配器第25页/共78页3、 定向耦合器功能： 取出光纤中向不同方向传送的光信号12341234用途：只能用于功率分路器。第26页/共78页四、基本结构四、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。第27页/共78页工作原理：光功率的比例分配与锥形的长度和包层的厚度有关第28页/共78页2、 微光器件型 主要采用自聚焦渐变透镜半透镜半透镜ABGRIN圆柱透镜圆柱透镜GRIN圆柱透镜圆柱透镜第29页/共78页3、波导型 在一个平面板的

8、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。玻璃玻璃 衬底衬底嵌嵌 入波导入波导第30页/共78页第31页/共78页4、对接型偶合器包层研磨包层研磨 匹配液匹配液 拼合第32页/共78页五、 耦合级联12型22型级联1N型NN型第33页/共78页从22的光方向耦合器来推导NN型星型耦合器的参数特性：结论结论：（N 2N）/ 2个22的星型耦合器可以按照这样的思路组成2 N级阵列，形成NN型星型耦合器，其分路损耗为32 NdB.第34页/共78页4.34.3波分复用器波分复用器Wavelength-division multiplexers (WDM)Wavelength

9、-division multiplexers (WDM) -波分复用器-的形式: 3 端口器件 (第4端口不用) 1310 / 1550 nm (“经典” WDM技术) 1480 / 1550 nm 和 980 / 1550 nm 用于光放大器(后面章节详述) 1550 / 1625 nm 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 ( 1 dB) 传输通道波长对另一波长有高损耗 (20 to 50 dB) :I10=-10log10P1(1)/P0 (1), I20=-10log10P2(1)/P0 (1)Commonl l1l l2第35页/共78页A、分类、分类熔

10、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、原理第36页/共78页直通臂(P1)耦合臂(P2)P0 熔锥型熔锥型波分复用器波分复用器P1=Pincos2K()zP2=Pinsin2K()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第37页/共78页棱镜分光型棱镜分光型波分复用器波分复用器第38页/共78页Multiplexers (MUX) / Demultiplexers (DEMUX) DWDM的关键器件 技术分类： 串联介

11、质滤光器 Cascaded FBGs Phased arrays (see later) 低串扰，有利于解复用第39页/共78页干涉滤光片型干涉滤光片型波分复用器波分复用器l l1l l16l l1l l15l l16l l1l l14l l15输入光纤l1l4l3l2l0 (监管信道)干涉滤光膜第40页/共78页光栅型光栅型波分复用器波分复用器-体光栅体光栅主最大强度的方向由下式给出：d sin=m / = m/ d cos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。输入光输入光l l1l l4l l3l l21. 体光栅型体光栅型第41页/共78页

12、布拉格光栅布拉格光栅l l1l l16l l1l l15l l16l l16l l16l l1l l15、l l16l l1l l15、l l16FBG环形器环形器第42页/共78页光纤光栅型光纤光栅型波分复用器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：2neff=B其中为光栅周期，neff为有效纤芯折射率。第43页/共78页Array Waveguide Grating (AWG)l l1al l3al l2al l4al l1bl l3bl l2bl l4bl l1cl l3cl l2cl l4cl l1dl l3dl l2dl l4dl l1al l3cl l2

13、dl l4bl l1bl l3dl l2al l4cl l1cl l3al l2bl l4dl l1dl l3bl l2cl l4a行行. 转化为转化为 . 列列自由空间扇型波导扇型波导波导光栅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。第44页/共78页光开关 4.4 光开关光开关一一 、功能、功能光开关是一种光路控制器，起转换光路的作用。如：保护倒换光端机光端机光端机光端机12光开关光开关12光开关光开关第45页/共78页光开关 全光交换：12空间光交换空间光交换12时隙光交换时隙光交换光纤延时

14、线光纤延时线T.第46页/共78页T3 T2 T1T4T1T2T3T4复合光交换2t4t6t光开关或耦合器光开关或耦合器T2 T3 T4T1光开关 第47页/共78页第48页/共78页第49页/共78页光开关 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第50页/共78页光开关 光纤光纤1玻璃套筒玻璃套筒方空玻璃套筒方空玻璃套筒套管套管光光 纤纤2光纤光纤3光纤光纤1光纤光纤2光纤光纤3移动光纤式：第51页/共78页光开关 移动棱镜式：棱棱 镜镜自聚焦透镜自聚焦透镜第52页/共78页光开关 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

15、光技术的结合第53页/共78页光开关 第54页/共78页第55页/共78页光开关 （2）电光式光开关场效应晶体高折射率玻璃棱镜vVVt第56页/共78页（3）热光开关第57页/共78页（4）SOA光开关半导体光放大器控制电压第58页/共78页光开关 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)第59页/共78页光开关 (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：110ms 保护倒换：110us分组交换：1ns外调制：10ps第60页/共78页光隔离器

16、 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。第61页/共78页光隔离器 光隔离器光隔离器第62页/共78页光隔离器 二、工作原理基于法拉第效应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。 =VBL (V费尔德常数、L材料厚度、B磁场 强度)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.第63页/共78页光隔离器 BB光的不可逆光的不可逆 性性第64页/共78页光隔离器 光隔离器的工作原理：偏振器偏振器法拉第旋转器法拉第旋转器B偏振器偏振器45454590NO PASS45第65页/共78页光隔离器 三、参数（

17、1）正向插入衰减 沿光传播方向的衰减。a fi=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第66页/共78页光环行器 光环形器光环形器基本功能：123用途：用于光放大器和光时域反射仪。第67页/共78页要点总结1、光器件与电器件的比较、光器件与电器件的比较电源电源电探头电探头电阻电阻电混频器电混频器电插头电插头二极管二极管激光器激光器光检测器光检测器光衰减器光衰减器波分复用器波分复用器光纤连接器光纤连接器隔离器隔离器分支器（三通）分支器（三通）光方向耦合器光方向耦合器MODEL光调制器光调制器第

18、68页/共78页要点总结2、 FC 型光纤连接器的结构、缺点型光纤连接器的结构、缺点光纤光纤插针体插针体套筒套筒平面对接型光纤连接器产生菲涅尔反射平面对接型光纤连接器产生菲涅尔反射第69页/共78页要点总结3、PC 型光纤连接器、型光纤连接器、SC 型型 光纤连接器、光纤连接器、FO型光纤连接器各自的特点。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。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第70页/共78页要点总结3、 光耦合器与光波分复用器的区别：光耦合器与光波分复用器的区别：光耦合器光耦合器光功率的合与分光功率的合与分光波分复用器光波分复用器光波长的分与合光波长的分与合第71页/共78页要点总结4、 22型光纤耦合器的级联型光纤耦合器的级联利用（利用（N 2N）/ 2个个22的星型耦合器可以的星型耦合器可以组成组成2 N级阵列，级阵列， 形成形成NN型星型耦合器，其型星型耦合器，其 分路损耗为分路损耗为32 N dB.第72页/共78页要点总结6