第04章常用光无源器件.ppt

1、1,第四章 常用光无源器件,4.1 光 纤 连 接 器 4.2 光纤耦合器 4.3 波分复用/解复用器 4.4 光 开 关 4.5 光纤光栅 4.6 光隔离器 光环形器,2,光纤连接？,永久连接 活动连接 半永久/活动连接,3,光纤连接：永久连接,光纤熔接法,光纤切割机,4,光纤熔接机,5,6,半永久/活动连接：粘连,光纤准备：打磨抛光 粘接 a) 将待接光纤在机械支撑工具上排列好 b)用黏合剂将光纤固定好 （常用环氧树脂作为粘连剂和催化剂） 通常粘连损耗 0.05 0.5 dB,7,4.1 光 纤 连 接 器,光纤(缆)活动连接器作用：实现光纤之间活动连接的光无源器件，它还具有将光纤与其他无

2、源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。,8,1. 光纤连接器的结构 光纤连接器基本上是采用某种机械和光学结构，使两根光纤的纤芯对准，保证90%以上的光能够通过，主要有五种结构： 1. 套管结构 2. 双锥结构 3. V形槽结构 4. 球面定心结构 5. 透镜耦合结构,9,套管结构 套管结构的连接器由插针和套筒组成。,10,双锥结构 双锥结构连接器是利用锥面定位。,结构类似与套筒： 插针外端面、套筒内孔加工为圆锥面 两插针插入套筒内孔实现纤芯对接 AT 由于光纤光栅的谐振波长对外界环境比较敏感，因此可作出多种可调谐滤波器，常用的调谐技术包括轴向拉伸、轴向压缩、弯曲、扭曲、横向负载、温度调谐

3、和磁调谐等. 而相移光纤光栅在光栅反射谱的相应位置打开一个透射窗口，可用作窄带带通滤波器。 此外，取样光栅是梳状滤波器，啁啾光纤光栅可做成宽带滤波器。,56,啁啾光纤光栅 Chirped Fiber Bragg Gratings,啁啾光纤光栅是指光纤的折射率调制幅度不变，而周期沿光栅轴线变化的光栅。 制作方法： 在光纤上刻出一系列不等间距的光栅，光栅上每一点都可以看成是一个布拉格光栅的通带和阻带滤波器。,(3) 用啁啾光纤光栅进行色散补偿,在光纤或光波导上刻上光栅可以控制光在其中的反射，从而实现光信号的延时。 经光纤传输以后的入射光中的长波长分量（低频）位于脉冲后沿，使其在光栅的起始端就反射，

4、而短波长分量位于脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被反射，于是就补偿了色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原。,58,(4)光分插复用器(OADM) 采用光分插复用器(OADM, Optical Add/Drop Multiplexer)对光信号进行上下话路复用是实现高速光纤通信网的关键技术之一。OADM的结构多种多样，由于具有良好的波长选择性，许多OADM 中都用到了光纤光栅。它由两个三端口的环行器和一个窄带布喇格光纤光栅构成。包含多个波长的光信号从输入端口(input)输入，经光环形器入射至光纤光栅，其中波长与布喇格光纤光栅的中心波长一致的光信号将被光纤光栅反射，并经光环形器的下载端口(Drop)

5、下载，其余波长的信号通过光纤布喇格光栅从环行器的输出端口输出;需要上载的信号通过第二个环行器的上载(ADD)端口注入，经光栅反射也从环行器的输出端口输出。这种OADM的优点是结构简单、插入损耗小且具有较高的选择性。,59,*光纤光栅在光纤传感领域的应用* 当光纤光栅所处环境的应力、应变、温度等物理量发生变化时，会引起光栅周期或光纤有效折射率的变化，导致光纤布喇格光栅的谐振波长发生变化，通过测量光栅谐振波长的变化，就能获得待测物理量的变化情况。 光纤光栅传感器灵敏度高、抗干扰性强、损耗低、易与光纤连接，其最突出的优点是传感的信息用波长编码，从而克服了强度调制传感器必须补偿光纤连接器和祸合器损耗以

6、及光源输出功率起伏的不足。 在光纤若干个部位写入多个光纤光栅，就可以同时测定若干部位相应物理量及其变化，实现分布式光纤传感。利用一个或多个光纤光栅级联或与其它传感器相结合，通过测量谐振波长、峰值、偏振态或其它参量的变化可以解决交叉敏感，实现对多参数的同时测量。 目前，研发的光纤光栅传感器的传感元件以光纤布喇格光栅为主流，其它光纤光栅如长周期光纤光栅和惆啾光纤光栅也有使用。已报道的光纤光栅传感器可以检测的物理量有:温度、应变、压力、位移、压强、扭角、扭矩(扭应力)、加速度、电流、电压、磁场、频率、浓度、热膨胀系数、振动等。光纤光栅传感器的应用遍及航空、航天、化学医药、材料工业、水利电力、船舶、煤

7、矿、民用工程等各个领域，,60,桥跨布置：63m+257m+648m+257m+63m 20032004年 布设了397个光纤光栅应变和温度传感器（温度测量225，吊杆14， 主墩护筒87，试验桩11，基桩钢筋笼60）,南京长江第三大桥,61,光隔离器 光环形器,4.6 光隔离器与环形器,62,用途 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。 主要用在激光器或光放大器的后面，以消除反射光的影响，使系统工作稳定。 主要参数要求 插入损耗小（典型值约为0.5 dB） 隔离度大（典型值约在4050dB之间） PDL小（0.2 dB） 组成原理 一般由起偏器、检偏器和旋光器组成。,光隔离器概述,63,起偏器使入射光德垂直偏振分量通过，调整法拉第旋转器（YIG）的磁场强度，使偏振面旋转45，然后通过检偏器。反射光返回时，通过法拉第旋转器又一次旋转45，正好与入射光偏振面正交，因此受到隔离。,光隔离器工作原理,64,光环形器,基本原理：与光隔离器相似 光传送顺序：12 3 4 主要指标：插入损耗、隔离度、PDL、