[信息与通信]光纤通信技术ppt课件

1、第四章第四章 常用光无源器件常用光无源器件第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光器件的分类光器件的分类区别在于看二者实现本身功能的过程中，其内部是否发生光电能量转换。光器件光器件光有源器件光有源器件光无源器件光无源器件第四章 常用光无源器件 主讲：施艳主要内容：主要内容：光纤连接器光纤连接器光纤耦合器光纤耦合器波分复用波分复用/解复用器解复用器光开关光开关光隔离器与光环行器光隔离器与光环行器第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤连接器光纤连接器光纤连接器的光纤连接器的作用作用：实现光纤之间、：实现光纤之间、光纤与其它光无源器件之间、光纤与光纤与其它光无源器件之间、光纤与光端机之间的活动可拆卸连接

2、。光端机之间的活动可拆卸连接。构造分类：构造分类：l套管构造套管构造l双锥结双锥结lV形槽构造形槽构造l球面定心构造球面定心构造l透镜耦合构造透镜耦合构造 精细套管构造精细套管构造的光纤连接的光纤连接器，是目前采用器，是目前采用最为广最为广泛泛的连接器，的连接器，我国也多我国也多采用采用此种构造的连接器。此种构造的连接器。第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤连接器光纤连接器光纤连接器的种类有很多：光纤连接器的种类有很多：lFC、ST、SC、D4、双锥、双锥、VF0、F-SMA、MT-RJ等。等。我国电信网常用我国电信网常用的光纤连接器的类型：的光纤连接器的类型：l用得最多用得最多的是的是FC

3、系列的连接器，主要用系列的连接器，主要用于于干线系统干线系统中。中。l光纤局域网、光纤局域网、CATV和用户网和用户网中用的最中用的最多的是多的是SC型型的连接器。的连接器。l此外，此外，ST型连接器也有一定数量的使用。型连接器也有一定数量的使用。第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤连接器光纤连接器FC型光纤连接器型光纤连接器第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤连接器光纤连接器SC型光纤连接器型光纤连接器第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤连接器光纤连接器ST型光纤连接器型光纤连接器第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤连接器光纤连接器FC、SC、ST型光纤转换器型光纤转换器第四章 常用

4、光无源器件 主讲：施艳光纤连接器光纤连接器LC型光纤连接器型光纤连接器第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤连接器光纤连接器MT型光纤连接器型光纤连接器第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤连接器光纤连接器MU型光纤连接器型光纤连接器第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤连接器光纤连接器第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤连接器的特性光纤连接器的特性)(lg1001dBPPAc插入损耗：光纤中的光信号通过连接器后，其输插入损耗：光纤中的光信号通过连接器后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。回波损耗：在光纤连接处，后向反射光对输入光回波损耗：在光纤

5、连接处，后向反射光对输入光的比率的分贝数。的比率的分贝数。)(lg100dBPPARr重复性：光纤连接器屡次插拔后插入损耗变化的分重复性：光纤连接器屡次插拔后插入损耗变化的分贝数。贝数。互换性：连接器各部件互换时插入损耗变化的分贝互换性：连接器各部件互换时插入损耗变化的分贝数。数。第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光耦合器光耦合器光耦合器光耦合器：是将光信号进展：是将光信号进展分路或分路或合路、插入、分配合路、插入、分配的一种器件。的一种器件。耦合器大多与波长无关，与波长有耦合器大多与波长无关，与波长有关的耦合器专称为波分复用器关的耦合器专称为波分复用器/解复解复用器。用器。第四章 常用光无源

6、器件 主讲：施艳光耦合器的类型光耦合器的类型T形T形耦合器：功能是把形耦合器：功能是把一根光纤输入的光信号一根光纤输入的光信号按一定比列分配给两根按一定比列分配给两根光纤，或把两根光纤输光纤，或把两根光纤输入的光信号组合在一起，入的光信号组合在一起，输入一根光纤。输入一根光纤。主要用作不同分路比的主要用作不同分路比的功率分配器或功率组合功率分配器或功率组合器。器。第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光耦合器的类型光耦合器的类型定向定向耦合器：功能是定向耦合器：功能是分别取出光纤中向不分别取出光纤中向不同方向传输的光线。同方向传输的光线。可作分路器，不能用可作分路器，不能用作合路器。作合路器。第四

7、章 常用光无源器件 主讲：施艳光耦合器的类型光耦合器的类型星形耦合器：功能是星形耦合器：功能是把把n根光纤输入的光根光纤输入的光信号组合在一起，均信号组合在一起，均匀地分配给匀地分配给m根光纤，根光纤，m和和n不一定相等。不一定相等。主要用作多端功率分主要用作多端功率分配器。配器。星形第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光耦合器的类型光耦合器的类型波分复用器波分复用器/解复用器：解复用器：波分复用器功能是把波分复用器功能是把多个不同波长的发射多个不同波长的发射机输出的光信号组合机输出的光信号组合在一起，输入导一根在一起，输入导一根光纤；解复用器是把光纤；解复用器是把一根光纤输出的多个一根光纤输出

8、的多个不同波长的光信号，不同波长的光信号，分配给不同的接收机。分配给不同的接收机。波分12N1+2+N第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光耦合器的根本构造光耦合器的根本构造比较实用和有开展前途的构造有：比较实用和有开展前途的构造有：光光纤型、微器件型和波导型纤型、微器件型和波导型。光纤熔融拉锥法光纤熔融拉锥法制作光纤耦合器，成制作光纤耦合器，成为当前制作光耦合器的主要方法。为当前制作光耦合器的主要方法。熔融拉锥机熔融拉锥机第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤耦合器光纤耦合器单模标准耦合器单模标准耦合器 SSC 1x8、1x16一次熔拉多模光纤耦合一次熔拉多模光纤耦合器器MMC第四章 常用光无

9、源器件 主讲：施艳光耦合器光耦合器50GHZ光分插光分插复用器复用器1X2单模树型单模树型or星型耦合器星型耦合器第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光耦合器光耦合器光分路器光分路器双向一体化分支分配器双向一体化分支分配器第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤耦合器的特性光纤耦合器的特性插入损耗：指定输出端口的光功率相对全部输插入损耗：指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值。入光功率的减少值。)(lg10dBPinPILoutii附加损耗附加损耗：所有输出端口的光功率总和相对于全部：所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值。输入光功率的减小值。)(lg10dBPPELinio

10、uti附加损耗是表达光纤耦合器制造工艺质量的指附加损耗是表达光纤耦合器制造工艺质量的指标，反映器件制作过程带来的固有损耗。标，反映器件制作过程带来的固有损耗。第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤耦合器的特性光纤耦合器的特性分光比：耦合器各输出端口的输出功率相对输出分光比：耦合器各输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比。总功率的百分比。%100ioutioutiPPCR方向性：在耦合器正常工作时，输入端非注入光方向性：在耦合器正常工作时，输入端非注入光端口的输出光功率与总注入光功率的比值。端口的输出光功率与总注入光功率的比值。)(lg1012dBPPDLinin第四章 常用光无源器件 主讲：

11、施艳光纤耦合器的特性光纤耦合器的特性均匀性：在器件的工作带宽范围内，各输出端口均匀性：在器件的工作带宽范围内，各输出端口输出功率的最大变化量。输出功率的最大变化量。)(lg10dBPMAXPMINFLoutout偏振相关损耗：当传输光信号的偏振态发生偏振相关损耗：当传输光信号的偏振态发生360变化时，器件各输出端口输出光功率的最大变化量。变化时，器件各输出端口输出光功率的最大变化量。)(lg10dBPMAXPMINPDLoutjoutyi隔离度：某一光路对其他光路中的信号的隔离能力。隔离度：某一光路对其他光路中的信号的隔离能力。)(lg10dBPPIint第四章 常用光无源器件 主讲：施艳波分

12、复用波分复用/解复用器解复用器又称为又称为光合波器光合波器/光分波器光分波器或或光去复光去复用器用器。作用作用：波分复用器波分复用器：是把多个不同波长的是把多个不同波长的发射机输出的光信号组合在一起，发射机输出的光信号组合在一起，输入导一根光纤。输入导一根光纤。1.波分解复用器波分解复用器：是把一根光纤输出是把一根光纤输出的多个不同波长的光信号，分配给的多个不同波长的光信号，分配给不同的接收机。不同的接收机。第四章 常用光无源器件 主讲：施艳波分复用波分复用/解复用器解复用器对波分复用对波分复用/解复用器解复用器共同的要求共同的要求是：是：l复用信道数量要足够多复用信道数量要足够多l插入损耗小

13、插入损耗小l串音衰减大串音衰减大l通带范围宽通带范围宽1.不同点不同点：波分复用器的插入损耗较：波分复用器的插入损耗较大，而波分解复用器的插入损耗较大，而波分解复用器的插入损耗较小。小。为什么？为什么？第四章 常用光无源器件 主讲：施艳波分复用波分复用/解复用器分类解复用器分类光栅光栅Grating型型波导阵列光栅波导阵列光栅阵列波导光栅，阵列波导光栅，AWG，Arrayed Waveguide Grating型型光纤光栅光纤光栅Fiber Grating50GHZ光分插复用器光分插复用器1X2100GHZ光分插复用器光分插复用器3X3第四章 常用光无源器件 主讲：施艳波分复用波分复用/解复用

14、器的特性解复用器的特性中心波长中心波长1、2、 n+1中心波长范围中心波长范围 1、 2中心波长对应的最小插入损耗中心波长对应的最小插入损耗L1越小越好越小越好相邻信道之间串音耦合最大值相邻信道之间串音耦合最大值L12越大越好越大越好偏振相关损耗偏振相关损耗第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光开关光开关作用：切换光路。对光开关的要求：串音小、消光比大、插入损耗低、转换重复性好、开关速度快、驱动电流消、耦合性好、构造紧凑、使用寿命长等。IOION公司的光开关板公司的光开关板 第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光开关的种类：光开关的种类：机械式光开关液晶光开关热光效应光开关1X1机械光开关机械光开

15、关第四章 常用光无源器件 主讲：施艳微光机电系统光开关微光机电系统光开关技术成熟，但开关时间较长技术成熟，但开关时间较长第四章 常用光无源器件 主讲：施艳液晶光开关液晶光开关工艺要求太高工艺要求太高第四章 常用光无源器件 主讲：施艳热光效应光开关热光效应光开关体积小、本钱低、开关速度快，体积小、本钱低、开关速度快，但串音大、功耗大、散热性能差。但串音大、功耗大、散热性能差。第四章 常用光无源器件 主讲：施艳气泡开关气泡开关 安捷伦公司喷墨气泡光开关示意安捷伦公司喷墨气泡光开关示意 第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光开关的特性参数光开关的特性参数插入损耗：越小越好插入损耗：越小越好回波损耗：越

16、大越好回波损耗：越大越好隔离度：越大越好隔离度：越大越好远端串扰：越小越好远端串扰：越小越好近端串扰：越小越好近端串扰：越小越好消光比：越大越好消光比：越大越好开关时间：越短越好开关时间：越短越好第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光隔离器与光环行器光隔离器与光环行器光隔离器光隔离器l作用作用：只允许光波往一个方向上传输，：只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传播。阻止光波往其他方向特别是反方向传播。l用处用处：主要在激光器或放大器的后面主要在激光器或放大器的后面，以防止反射光返回到该器件致使该器件以防止反射光返回到该器件致使该器件性能变坏。性能变坏。光环行器工作原理与隔离

17、器类似，光环行器工作原理与隔离器类似，主要用于主要用于光分插复用器光分插复用器中。中。第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光环行器的原理光环行器的原理4321432133第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光隔离器与光环行器光隔离器与光环行器C波段单级隔离器波段单级隔离器三端口光环行器三端口光环行器第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光环行器的应用光环行器的应用光分插复用器原理图光分插复用器原理图光纤光栅型波分解复用器原理图光纤光栅型波分解复用器原理图第四章 常用光无源器件 主讲：施艳关于光栅关于光栅Grating光栅广泛的用来将光别离为不同波长光栅广泛的用来将光别离为不同波长的单色光。的单色光。在

18、在WDM系统中，系统中，主要用主要用在解复用器中。在解复用器中。光栅具有选频性能光栅具有选频性能。当多个波长的光。当多个波长的光射入光栅上时要发生衍射，衍射光彼射入光栅上时要发生衍射，衍射光彼此之间互相干预，结果会产生衍射图此之间互相干预，结果会产生衍射图样，既得到不同方向的各级两条纹。样，既得到不同方向的各级两条纹。实际上只需要调整光栅面的倾斜度即实际上只需要调整光栅面的倾斜度即可将最大光强调整到所需的方向，从可将最大光强调整到所需的方向，从而把各种波长的光波分开。而把各种波长的光波分开。第四章 常用光无源器件 主讲：施艳布拉格光栅布拉格光栅Bragg Grating一般情况下，传输媒质的周

19、期性微扰一般情况下，传输媒质的周期性微扰可以看作是布拉格光栅；这种微扰通可以看作是布拉格光栅；这种微扰通常引起媒质折射率周期性的变化。常引起媒质折射率周期性的变化。用处：用处：本导体激光器使用布拉格光波本导体激光器使用布拉格光波导作分布反响可以获得单频输出如导作分布反响可以获得单频输出如DFB激光器；在光纤中，写入布拉激光器；在光纤中，写入布拉格光栅后可以用于光滤波器、光分插格光栅后可以用于光滤波器、光分插复用器和色散补偿器。复用器和色散补偿器。第四章 常用光无源器件 主讲：施艳布拉格光栅布拉格光栅Bragg Grating个波中去。的能量可以耦合到另一为光栅周期，则一个波其中配条件：如果满足

20、布拉格相位匹，和为传播，其传播长数分别设两列波沿着同一方向22020同波长的反射光中去。播的具有相耦合到沿它的反方向传则这个光波的能量可以：右传播，如果满足条件的光波从左向们假设传播常数为在反射型滤波器中，我220000第四章 常用光无源器件 主讲：施艳布拉格光栅布拉格光栅Bragg Grating。导或光纤的有效折射率为波为输入光的波长，其中设effeffnn000/2，就称作布拉格波长。这个波长，光波将发生反射，也就是说，如果002effn光全部透射。长的光才反射，其它的只有波长等于布拉格波光栅上，则同时传输到光纤布拉格如果具有几个波长的光率就会降低。离布拉格波长，其反射随着入射光波的波长

21、偏第四章 常用光无源器件 主讲：施艳光纤光栅光纤光栅Fiber Grating光纤光栅是一种非常有吸引力的全光纤器光纤光栅是一种非常有吸引力的全光纤器件，其用处非常广泛，可以件，其用处非常广泛，可以用作光滤波器、用作光滤波器、光分插复用器和色散补偿器。光分插复用器和色散补偿器。对于全光纤器件，其对于全光纤器件，其主要优点主要优点有：插入损有：插入损耗低，易于与光纤耦合，对偏振不敏感，耗低，易于与光纤耦合，对偏振不敏感，温度系数低，封装简单，本钱也较低。温度系数低，封装简单，本钱也较低。可以分为可以分为短周期光纤光栅和常周期光纤光短周期光纤光栅和常周期光纤光栅栅。短周期光纤光栅也称为光纤布拉格光。短周期光纤光栅也称为光纤布拉格光栅。其周期可以和光波长相比较。栅。其周期可以和光波长相比较。第四章 常用光无源器件 主讲：施艳关于光纤光栅关于光纤光栅Fiber Grating光纤布拉格光栅光纤布拉格光栅FBG:Fiber Bragg Grating是一种反射型光纤光栅，光栅是一种反射型光纤光栅，光栅使正向传输模单模光纤中即为基模同使正向传输模单模光纤中即为基模同反向传输模之间发生耦合，光栅的波矢应反向传输模之间发生耦合，光栅的波矢应等于传输模波矢的等于传输模波矢的2倍。倍。这中光纤光栅只对在布拉格波长及其附近