第三章 光纤通信器件

第三章光纤通信器件第1页，课件共76页，创作于2023年2月本章内容3.1连接器3.2耦合器3.3光滤波器3.4波分复用/解复用器件3.5调制器3.6光开关3.7光隔离器3.8光环行器3.9光分插复用器3.10波长转换器第2页，课件共76页，创作于2023年2月连接器活动连接、固定连接连接器设计基础---尽量减小连接损耗第3页，课件共76页，创作于2023年2月连接损耗机理第4页，课件共76页，创作于2023年2月活动连接器结构接口零件、光纤插针和对中三部分。插针结构及端面形状第5页，课件共76页，创作于2023年2月套管式连接器(a)连接插座；(b)连接插针第6页，课件共76页，创作于2023年2月活动连接器的种类（FC、SC、ST、LC）FC型：用螺纹连接第7页，课件共76页，创作于2023年2月SC型：轴向插拔矩形外壳第8页，课件共76页，创作于2023年2月第9页，课件共76页，创作于2023年2月ST型：弹簧带键卡口结构第10页，课件共76页，创作于2023年2月LC型：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1.25mm，提高了光配线架中连接器的密度。第11页，课件共76页，创作于2023年2月表3.1.1各种单模光纤活动连接器的结构特点和性能指标

第12页，课件共76页，创作于2023年2月光纤固定连接---死接头

光纤熔接机的不断改进是应用微处理器，实现自动对准、自动熔接、自动检测，并估算连接损耗。第13页，课件共76页，创作于2023年2月机械连接第14页，课件共76页，创作于2023年2月毛细管黏结连接把光纤插入精制的玻璃毛细管中，用紫外固化粘结剂固定，对端面进行抛光；在支架上用压缩弹簧把毛细管挤压在一起。调节光纤位置，使输出功率达到最大，从而实现对中，用光学兼容环氧树脂粘结形成接头。这种连接方法接头损耗很低。第15页，课件共76页，创作于2023年2月耦合器功能：光功率分配基本结构第16页，课件共76页，创作于2023年2月2×2熔拉双锥耦合器总拉伸长度光约束在纤芯中传播光纤半径减小V明显减小部分光在纤芯外传播发生耦合P3P1P2P0光输入后向反(散)射光直通功率耦合功率火焰宽度决定拉伸时决定分光原理：通过改变光纤间的消逝场相互耦合长度，以及改变光纤纤径来实现不同大小的分支量。第17页，课件共76页，创作于2023年2月熔拉双锥星形耦合器第18页，课件共76页，创作于2023年2月阵列波导光栅（AWG）星形耦合器相位中心星形耦合器外形原理图自由空间区的设计1：输入（出）波导辐射段法线方向直接指向输出（入）阵列波导辐射段的相位中心P（Q）点第19页，课件共76页，创作于2023年2月自由空间区的设计2：光栅圆中心耦合区原理图输入/输出波导的位置满足罗兰圆和光栅圆规则，即输入/输出波导的端口以等间距设置在半径为R的光栅圆周上，并对称地分布在聚焦平板波导的两侧，输入（出）波导端面法线方向指向右（左）侧光栅圆的圆心P（Q）点，两个光栅圆周的圆心在中心输入/输出波导的端部，并使中心输入和输出波导位于光栅圆和罗兰圆的切点处。第20页，课件共76页，创作于2023年2月方向耦合器把光功率发送到一个根据传播方向确定的输出端。基本原理与光开关类似。第21页，课件共76页，创作于2023年2月光纤耦合器第22页，课件共76页，创作于2023年2月N×N1×N第23页，课件共76页，创作于2023年2月第24页，课件共76页，创作于2023年2月光开关功能：转换光路，以实现光信号的交换。分类：机械光开关微机电光开关波导光开关第25页，课件共76页，创作于2023年2月机械光开关：利用电磁铁或步进电机驱动光纤、棱

镜、反射镜等光学元件实现光路转换。第26页，课件共76页，创作于2023年2月棒透镜棱镜1×2移动棱镜光开关第27页，课件共76页，创作于2023年2月机械式光开关优缺点优点：插入损耗小，串扰小，适合各种光纤，技术成熟缺点：开关速度慢（几十ms---ms），结构不紧凑，容易受振动、冲击的影响，开关尺寸较大，而且不易集成。第28页，课件共76页，创作于2023年2月微机电光开关（MEMS光开关）

一种在半导体衬底材料上，用传统的半导体工艺制造出可前倾后仰、上下移动或旋转的微反射镜阵列，在驱动力的作用下，对输入光信号可切换到不同输出光纤的微机电系统。可升降微反射镜MEMS光开关第29页，课件共76页，创作于2023年2月可旋转微反射镜MEMS光开关第30页，课件共76页，创作于2023年2月可立卧微反射镜MEMS光开关第31页，课件共76页，创作于2023年2月MEMS光开关优缺点具有机械光开关和波导光开关的优点，却克服了它们所固有的缺点；采用了机械光开关的原理，但又能象波导开关那样，集成在单片硅基上；基于围绕微机械中枢转动的自由移动镜面。主要开发商有美国Lucent、德克萨斯仪表公司和康宁等公司。第32页，课件共76页，创作于2023年2月波导光开关：利用固体物理效应电光开关热光开关磁光开关第33页，课件共76页，创作于2023年2月马赫-曾德尔1

1光开关电光效应是在电场作用下改变材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或偏振等使光强突变或光路转变。第34页，课件共76页，创作于2023年2月热光波导开关热光效应是通过电流加热的方法，使介质的温度变化，导致光在介质传输的折射率和相位发生改变的物理效应。第35页，课件共76页，创作于2023年2月磁光开关法拉第（Faraday）磁致旋光效应——在外加磁场作用下，某些原本各向同性的介质变成旋光性物质，偏振光通过该物质时其偏振面发生旋转。磁致旋光不可逆性第36页，课件共76页，创作于2023年2月磁光式光开关第37页，课件共76页，创作于2023年2月波导光开关优缺点优点：开关速度快，重复性好，可靠性高，使用寿命长，尺寸小，可单片集成缺点：插入损耗大，串扰大，应予改进第38页，课件共76页，创作于2023年2月滤波器功能：从包含多个频率分量的信号中提出所需频率的信号。第39页，课件共76页，创作于2023年2月种类法布里

珀罗（F-P）滤波器马赫-曾德尔（M-Z）滤波器光纤布拉格（Bragg）光栅滤波器第40页，课件共76页，创作于2023年2月F-P滤波器结构由两块平行镜面组成的谐振腔，一块固定，另一块可移动镜面是经过精细加工并镀有金属反射膜或多层介质膜的玻璃板第41页，课件共76页，创作于2023年2月光纤F-P干涉仪通过外加电压使压电陶瓷产生电致伸缩作用来改变谐振腔的长度第42页，课件共76页，创作于2023年2月第43页，课件共76页，创作于2023年2月工作原理---光多次干涉和谐振形成驻波的条件？第44页，课件共76页，创作于2023年2月谐振腔的谐振频率fm？模间隔Δfm

=自由频谱范围（FSR）？频谱宽度δfm

？谐振腔的精细度F？第45页，课件共76页，创作于2023年2月例:考虑一个空隙间隙长为100微米的F-P谐振腔，镜面反射系数为0.9，请计算靠近波长900nm的模式、模式间隔和每个模式的频谱宽度？第46页，课件共76页，创作于2023年2月F-P滤波器的传输特性第47页，课件共76页，创作于2023年2月双腔F-P滤波器的级联第48页，课件共76页，创作于2023年2月M-Z滤波器结构工作原理？基于两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。第49页，课件共76页，创作于2023年2月级联M-Z干涉滤波器要求：输入光波的频率间隔必须精确地控制在的整数倍。第50页，课件共76页，创作于2023年2月光纤布拉格光栅（FBG）滤波器第51页，课件共76页，创作于2023年2月内部写入法干涉法第52页，课件共76页，创作于2023年2月相位掩模板法芯层包层+1级-1级相位掩模板第53页，课件共76页，创作于2023年2月光纤光栅带通滤波器第54页，课件共76页，创作于2023年2月波分复用/解复用器件第55页，课件共76页，创作于2023年2月种类棱镜型衍射光栅型阵列波导光栅型M-Z干涉滤波器型第56页，课件共76页，创作于2023年2月棱镜解复用器第57页，课件共76页，创作于2023年2月衍射光栅第58页，课件共76页，创作于2023年2月三种不同的衍射光栅第59页，课件共76页，创作于2023年2月光栅型解复用器（a)普通透镜反射光栅（b)渐变折射率透镜反射光栅第60页，课件共76页，创作于2023年2月AWG型第61页，课件共76页，创作于2023年2月M-Z干涉滤波器型第62页，课件共76页，创作于2023年2月调制方式比较（按光源与调制信号的关系）光调制器是通过电压或电场的变化最终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。直接调制是用电信号直接调制激光器的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。第63页，课件共76页，创作于2023年2月调制器种类电光调制器电吸收波导调制器第64页，课件共76页，创作于2023年2月电光效应线性电光效应系数二阶电光效应系数线性电光效应（珀克效应）二阶电光效应（克尔效应）第65页，课件共76页，创作于2023年2月横向线性电光效应相位调制器施加的外电压在两个电场分量间产生一个可调整的相位差，因此出射光波的偏振态可被外电压控制第66页，课件共76页，创作于2023年2月横向线性电光效应强度调制器第67页，课件共76页，创作于2023年2月第68页，课件共76页，创作于2023年2月电吸收波导调制器（EAM）I层由多量子阱波导构成，I层对光的吸收损耗与外加的调制电压有关。第69页，课件共76页，创作于2023年2月光隔离器功能:只允许单方向传输光第70页，课件共76页，创作于2023年2月光隔离器结构及实物图第71页，课件共76页，创作于2023年2月光环形器功能：把光信号流按一个方向从一个端口送到另一个端口，并防止光信号沿错误的方向传播而引起不必要的串