光纤通信系统（第3版） 课件 第五章 光路无源器件

光纤通信系统2本章要点光纤通信系统中除了光源和光检测器外，还有许多无源器件，它们在系统中承担了连接、耦合、开关和偏振作用。本章主要介绍常用无源器件。本章教学课时2学时。35.1光纤连接器光纤连接器是两根光纤之间完成活动连接的器件，主要用于各类有源及无源光器件之间、光器件与光纤线路之间、各类测试仪器与光纤通信系统或光纤线路间的活动连接。

活动连接主要是指可以进行多次重复连接，且重复性能好。与之相对的是，光纤线路中的光纤与光纤之间的连接（光纤接续）是一个永久性（固定）连接，一般不具备重复性。45.1.1光纤连接损耗及影响因素光纤连接时引起的损耗与多种因素有关，诸如光纤的结构参数（如纤芯直径、数值孔径等）、光纤的相对位置（如横向位移、纵向间隙等）以及端面状态（如形状、平行度等），如图5-1所示。5图5-1产生光纤连接损耗因素65.1.2光纤连接器类型按结构：分为调心型和非调心型

按连接方式：分为对接耦合式和透镜耦合式按光纤相互接触关系：平面接触式和球面接触式使用最多的是非调心型对接耦合式光纤活动连接器。7插针－套筒式光纤连接器连接器主要由带有微孔（Φ125μm）的插针体a、插针体b与用于对中的套筒等几部分构成。需要连接的光纤去除涂覆层后插入插针中心微孔，并用环氧树脂类粘结剂固定。将插针体a、b同时插入套筒中，就可完成光纤的对接耦合。插针和套筒之间通过精密公差配合，可以保证两根光纤的轴对准，再采用弹簧等机械装置保证插针－套筒之间的位置固定，即可实现光纤的活动连接。套筒和插针材料通常采用坚硬耐久的金属材料如不锈钢等，但现在多使用性能更加稳定的氧化锆。8光纤连接器的分类FC型光纤活动连接器

SC型光纤活动连接器

ST型光纤活动连接器

双锥型光纤活动连接器DIN光纤活动连接器MT-RJ型光纤活动连接器LC型光纤活动连接器MU型光纤活动连接器9FC型光纤活动连接器示意10SC型光纤活动连接器11光纤带光纤带插座插头导针光纤光纤阵列式连接器12常用连接器实物FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType13插针形式 为了进一步减小插入损耗和反射损耗，活动连接器的插针也有不同的形式。常用的插针体有PC（物理接触）、SPC（球面物理接触）、APC（角度物理接触）等。PC插针体端面之间直接接触，使得光纤端面间微小空气间隙引起的损耗大为减少。SPC型将插针端面研磨成球面，利用自聚焦特性获得较小的插入损耗。APC型将插针制成8°倾角，这样可以大大提高回波损耗。14表5-1PC型活动连接器主要性能指标类型指标单模光纤活动连接器插入损耗（dB）≤0.2重复性（dB）≤±0.1互换性（dB）≤±0.01最大插入损耗（dB）≤0.5反射损耗（dB）≥40寿命（插拔次数）2000使用温度范围－20～＋70℃5.1.3光纤连接器性能参数光学性能插入损耗回波损耗

互换性或重复性抗拉强度温度插拔次数15165.2光纤耦合器

光纤耦合器的功能是实现光信号的分路/合路，就是把一个输入的光信号分配给多个输出或者把多个输入的光信号组合成一个输出。一般是对同一波长的光功率进行分路或合路。

光纤耦合器的使用将会对光纤线路带来一定的附加插入损耗以及一定的串扰和反射。17分路器

(3端口)N星型耦合器（多端口）合波器分波器合路器

(3端口)耦合器

(4端口)图5-3光纤耦合器的分类光耦合器结构

熔锥型光纤耦合器

研磨型光纤耦合器

微光元件型光纤耦合器

集成光波导型耦合器1819N×N1×NP1/NP1/NP1/N2×2光耦合器实物光纤耦合器性能参数

插入损耗

附加损耗

耦合比

串扰20215.3光衰减器光衰减器是一种用来降低（改变）光功率的器件，它可分为可变光衰减器和固定光衰减器两种。可变光衰减器主要用于调节光线路电平，在测量光接收机灵敏度时，需要用可变光衰减器进行连续调节来观察接收机的误码率。在校正光功率计时也需要光可变衰减器。固定光衰减器主要用于调整光纤通信线路电平，若光纤通信线路的电平太高，就需要串入固定光衰减器。22图5-8光衰减器示意图光纤光纤自聚焦透镜自聚焦透镜衰减片衰减片输入输出23图5-9光可变衰减器光输入光输出尾纤尾纤圆盘式衰减片圆盘式衰减片棱镜活动接头活动接头245.4光隔离器和光环行器光隔离器是一种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一种无源器件，主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回导致器件性能变坏。环行器除了有多端口以外，其工作原理与隔离器相似，光环行器主要用在光分插复用器中。2545o45o入射光出射光光轴光轴起偏器检偏器旋光器图5-10光隔离器26图5-13光环行器示意图275.5光调制器在光纤通信系统中，对光源的调制可采用内调制和外调制技术。目前在光纤通信系统中广泛应用的直接强度调制技术是一种内调制技术。

这种调制方式受到了LD极限调制频率的限制。在相干光通信中采用外调制方式，把激光的产生和调制分开，需要用专门的调制器。在调制器上加上外电压使调制器的某些物理特性发生变化，当光源产生的恒定光信号射入调制器时，其输出端可得到已调制的光信号。可以利用电光效应、磁光效应、声光效应等来制成调制器。电折射调制器电折射调制器是利用了晶体材料的电光效应：当晶体的折射率与外加电场幅度成正比时，称为线性电光效应，即普克尔效应；当晶体的折射率与外加电场的幅度平方成正比变化时，称为克尔效应，电光调制主要采用普克尔效应。28LiNbO3波导电压长度L光输入已调光输出M-Z型调制器

调制器是由一个Y型分路器、两个相位调制器和Y型合路器组成，其中的相位调制器就是电折射调制器。

输入光信号被Y型分路器分成完全相同的两部分，两个部分之一受到相位调制，然后两部分再由Y型合路器耦合起来。按照信号之间的相位差，两路信号在Y型合路器的输出产生相消和相长干涉，在输出就得到了“通”和“断”的信号。29LiNbO3触点光输入已调光输出触点相位调制声光布拉格调制器声波（主要指超声波）在介质中传播时会引起介质的折射率发生疏密变化，因此受超声波作用的晶体相当于形成了一个布拉格光栅，光栅的条纹间隔等于声波的波长，当光波通过此晶体介质时，将被介质中的光栅衍射，衍射出光的强度、频率、相位、方向等随声波场而变化，这种效应称为声光效应。声光布拉格调制器由声光介质、电声换能器、吸声（反射）装置等组成。外加超声波使介质的折射率沿传播方向随时交替变化，当一束平行光束通过它时，由于声光效应产生的光栅使出射光束就是一个周期性变化的光波。30电吸收MQW调制器多量子阱MQW调制实际上是类似于半导体激光器的结构，对光具有吸收作用。通常情况下电吸收MQW调制器对发送波长是透明的，一旦加上反向偏压，吸收波长在向长波长移动的过程中产生光吸收，利用这种效应，在调制区加上零伏到负压之间的调制信号，就能对DFB激光器产生的光输出进行强度调制。31P型N型MQW叠层DFB有源层N型衬底DFB区调制区电压信号电极325.6光开关光开关是光纤通信系统和光纤测试技术中不可缺少的无源器件，光开关的主要功能是切换光路。光开关主要有机械式光开关和非机械式光开关两种。33机械式光开关示例机械驱动AB输入输出