情境3 光无源器件

1、情境情境3 3 光无源器件光无源器件3.1 3.1 光纤连接器和适配器光纤连接器和适配器3.2 3.2 光纤耦合器光纤耦合器3.3 3.3 光衰减器光衰减器3.4 3.4 光隔离器和光环行器光隔离器和光环行器3.5 3.5 光纤光栅光纤光栅3.6 3.6 波分复用器波分复用器 3.7 3.7 光开关光开关 通信用光器件通信用光器件：实现系统各组成间信道的互通、分路：实现系统各组成间信道的互通、分路/和路、和路、复用复用/解复用、光路转接、波长解复用、光路转接、波长/频率选择、频率选择、功率控制、噪声滤除、反向隔离、偏振选功率控制、噪声滤除、反向隔离、偏振选择控制等。择控制等。光有源器件：需要外

2、加能源驱动工作的光器件光有源器件：需要外加能源驱动工作的光器件光无源器件：不需要外加能源驱动工作的光器件光无源器件：不需要外加能源驱动工作的光器件光器件与电器件的类比光器件与电器件的类比v 光纤连接器和适配器光纤连接器和适配器v 光纤耦合器光纤耦合器v 光波分复用解复用器光波分复用解复用器v 光衰减器光衰减器v 光隔离器光隔离器v 光环行器光环行器v 光开关光开关 光无源器件包括：光无源器件包括：对光无源器件的普遍要求：对光无源器件的普遍要求：v 插入损耗小、反射损耗大插入损耗小、反射损耗大v 工作温度范围宽工作温度范围宽v 性能稳定、寿命长性能稳定、寿命长v 体积小体积小v 价格便宜价格便宜

3、v 便于集成便于集成v 光纤固定连接器光纤固定连接器 中继段之间进行固定连接，固定接头的方法有熔接法、中继段之间进行固定连接，固定接头的方法有熔接法、V V形槽法、套管法等形槽法、套管法等v 光纤活动连接器光纤活动连接器 俗称活接头，一般称为光纤连接器，是光纤线路与设备俗称活接头，一般称为光纤连接器，是光纤线路与设备之间的可拆卸连接。之间的可拆卸连接。v 光纤适配器光纤适配器 俗称法兰盘，是实现光纤端面精密对接的器件，是连接俗称法兰盘，是实现光纤端面精密对接的器件，是连接器连接的桥梁。器连接的桥梁。3.1 3.1 光纤连接器和适配器光纤连接器和适配器光纤连接器光纤连接器: : 用于光纤线路与光

4、端机用于光纤线路与光端机(光发射机光发射机, 光接收光接收) 或其他或其他之间的连接的器件之间的连接的器件,是可以插拔的是可以插拔的,有时也叫光纤活动连接器。有时也叫光纤活动连接器。1.连接器连接器(Connectors)连接器连接器插头插头插座插座1.1. 1.1. 光纤连接器基本原理光纤连接器基本原理光纤连接器（光纤连接器（Optical LinkerOptical Linker）的基本原理是采用某种）的基本原理是采用某种机械和光学结构，利用适配器将光纤的两个端面精密对接起机械和光学结构，利用适配器将光纤的两个端面精密对接起来，实现光纤端面物理接触，以使发射光纤输出的光能量能来，实现光纤端

5、面物理接触，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去。最大限度地耦合到接收光纤中去。一般的，要求光纤连接器体积小、接入损耗小、可重复一般的，要求光纤连接器体积小、接入损耗小、可重复拆卸、可靠性高、寿命长、价格便宜等。拆卸、可靠性高、寿命长、价格便宜等。按功能分类按功能分类: :连接器插头连接器插头(Plug Connector)(Plug Connector)适配器适配器(Adapter) (Adapter) 转换器转换器(Converter)(Converter)光缆跳线光缆跳线(Cable Jumper)(Cable Jumper)裸光纤转换器裸光纤转换器(Bare Fibe

6、r Adapter)(Bare Fiber Adapter)连接器的种类连接器的种类基本结构及工作原理基本结构及工作原理光纤插针光纤插针的端面有的端面有:平面、球面平面、球面(PC, Physical Contact)或斜面或斜面(APC, Angled Physical Contact)。APC8o o三种常见的物理接触三种常见的物理接触芯芯包皮包皮凸球面凸球面平面平面斜面斜面PCv 陶瓷插芯（陶瓷插芯（FerruleFerrule）v 陶瓷套筒（陶瓷套筒（SleeveSleeve）2. 2. 光纤连接器关键部件光纤连接器关键部件3. 3. 光纤连接器和适配器的结构分类（以光纤连接器和适配器

7、的结构分类（以FC/PCFC/PC型光纤连接器型光纤连接器和和FC/PCFC/PC为例）为例）（1 1）连接器按结构可以分为三部分）连接器按结构可以分为三部分u 陶瓷插芯陶瓷插芯u 连接结构（组成散件）连接结构（组成散件）u 光纤光缆光纤光缆（2 2）适配器按结构可以分为两部分）适配器按结构可以分为两部分u 组成散件组成散件u 陶瓷套筒陶瓷套筒光纤连接器4. 4. 光纤连接器的基本结构光纤连接器的基本结构对于活动连接，光纤固定在插针的微孔内，两支带光纤对于活动连接，光纤固定在插针的微孔内，两支带光纤的插针用套管对中实现连接。的插针用套管对中实现连接。LC/PCLC/PC连接器组装结构连接器组装

8、结构组装前组装前组装后组装后 5. 5. 光纤连接器的主要性能指标光纤连接器的主要性能指标v 插入损耗插入损耗v 回波损耗回波损耗v 互换性和重复性等互换性和重复性等 连接器的损耗连接器的损耗固有损耗固有损耗: :数值孔径失配数值孔径失配纤芯不同心纤芯不同心折射率分布失配折射率分布失配纤芯尺寸失配纤芯尺寸失配外部损耗外部损耗: :轴向倾角轴向倾角q q菲涅尔反射菲涅尔反射端面粗糙端面粗糙横向偏移横向偏移x端面间隙端面间隙d（1 1）插入损耗（）插入损耗（Insertion LossInsertion Loss）所谓插入损耗，是指光信号通过光纤连接器时，光纤连接所谓插入损耗，是指光信号通过光纤连

9、接器时，光纤连接器的器的输出光功率输出光功率P Po o与与输入光功率输入光功率P Pi i之比的分贝数的负数之比的分贝数的负数插入损耗是光纤连接器的主要性能指标，其值越小性能越插入损耗是光纤连接器的主要性能指标，其值越小性能越好。目前，单模光纤连接器的插入损耗一般低于好。目前，单模光纤连接器的插入损耗一般低于1 dB1 dB。iocPPlg10（2 2）回波损耗（）回波损耗（Reflection LossReflection Loss）回波损耗又称为后向反射损耗，是指光纤连接处，回波损耗又称为后向反射损耗，是指光纤连接处，输入输入光功率光功率Pi与与后向发射光功率后向发射光功率Pr之比的分贝

10、数的负数之比的分贝数的负数回波损耗回波损耗是度量光纤连接器对链路光功率反射的抑制能是度量光纤连接器对链路光功率反射的抑制能力。力。回波损耗越大，对光源和光放大器等设备的影响越小，回波损耗越大，对光源和光放大器等设备的影响越小，系统性能越好。系统性能越好。 irrPPlg10不同端面的光纤连接器的回波损耗存在很大差异。不同端面的光纤连接器的回波损耗存在很大差异。FCFC型连接器，光纤端面为平面。型连接器，光纤端面为平面。PCPC型连接器，光纤端面为球面或斜面。型连接器，光纤端面为球面或斜面。v面对面连接面对面连接FCFC型连接器的回波损耗较小，为型连接器的回波损耗较小，为25 dB25 dB左右

11、左右 v物理接触连接物理接触连接PCPC型连接器的回波损耗较大，一般为型连接器的回波损耗较大，一般为35 dB35 dB左右左右 v改进的物理接触连接改进的物理接触连接APCAPC连接器，两光纤端面的倾斜角设计连接器，两光纤端面的倾斜角设计在在8 8左右，其回波损耗可达到左右，其回波损耗可达到50 dB50 dB左右左右（3 3）重复性和互换性）重复性和互换性重复性是指光纤连接器多次插拔后插入损耗的变化量，一重复性是指光纤连接器多次插拔后插入损耗的变化量，一般为般为0.1dB0.1dB。互换性是指光纤连接器部件更换时，插入损耗的变化量，互换性是指光纤连接器部件更换时，插入损耗的变化量，一般也为

12、一般也为0.1dB0.1dB。这两项指标用来考核光纤连接器结构设计和加工工艺的合这两项指标用来考核光纤连接器结构设计和加工工艺的合理性，是表征其实用化的重要指标。理性，是表征其实用化的重要指标。 6. 6. 光纤连接器的种类光纤连接器的种类常见的结构有常见的结构有螺丝卡口螺丝卡口、卡销固定卡销固定、推拉式推拉式三种结构。三种结构。对准设计常采用有直套筒和锥形套筒结构。对准设计常采用有直套筒和锥形套筒结构。 套管结构、双锥结构、套管结构、双锥结构、V形槽结构或透镜耦合结构。形槽结构或透镜耦合结构。对中对中可以采用可以采用:双锥结构双锥结构V形槽结构形槽结构球面定心结构球面定心结构透镜耦合结构透镜

13、耦合结构光纤连接器的结构种类很多，光纤连接器的结构种类很多，FCFC型型连接器是在我国使用连接器是在我国使用最多的光纤连接器，它是干线系统中采用的常见型号；最多的光纤连接器，它是干线系统中采用的常见型号；SCSC型型连接器是光纤局域网、连接器是光纤局域网、CATVCATV和光纤接入网的主要型号；此外，和光纤接入网的主要型号；此外，STST型连接器和型连接器和LCLC型连接器也有一定量的应用。型连接器也有一定量的应用。 按连接方式及外形分类按连接方式及外形分类: :连接器的种类连接器的种类ST (Spring Tension)：有有FC型、型、SC型和型和ST型型FC (Ferrule Conn

14、ector) ：SC (Square/Subscriber Connector):表示用螺纹连接表示用螺纹连接表示轴向插拔矩形外壳结构表示轴向插拔矩形外壳结构表示弹簧带键卡口结构。表示弹簧带键卡口结构。FCSCST连接器的种类连接器的种类如如 FC/PC、FC/APC、SC/PC、SC/APC和和 ST/PC 转接器的通常表示转接器的通常表示连接器的类型连接器的类型/光纤插针端面结构光纤插针端面结构 在表示尾纤接头的标注中，我们常能见到在表示尾纤接头的标注中，我们常能见到“FC/PCFC/PC”、“SC/PCSC/PC”等，其含义如下：等，其含义如下： “/ /”前面部分表示尾纤的连接器型号。

15、前面部分表示尾纤的连接器型号。 “/ /”后面表示光纤接头截面工艺，即研磨方式。后面表示光纤接头截面工艺，即研磨方式。 光纤连光纤连接器端面接触方式有接器端面接触方式有PCPC、UPCUPC、APCAPC型三种。型三种。 v PCPC：在电信运营商的设备中应用得最为广泛，微凸球面研：在电信运营商的设备中应用得最为广泛，微凸球面研磨抛光，磨抛光，其接头截面是平的。其接头截面是平的。v UPCUPC：衰耗比：衰耗比PCPC小，一般用于有特殊需求的设备，一些厂小，一般用于有特殊需求的设备，一些厂家光连接设备内部跳线用的就是家光连接设备内部跳线用的就是FC/UPCFC/UPC，主要是为提高设，主要是为

16、提高设备自身的指标。备自身的指标。 v APCAPC：多用在广电和早期的：多用在广电和早期的CATVCATV系统中，因为采用了带倾系统中，因为采用了带倾角的端面（呈角的端面（呈 8 8 度角并作微凸球面研磨抛光），可以改度角并作微凸球面研磨抛光），可以改善电视信号的质量。善电视信号的质量。（1 1）FCFC型光纤连接器型光纤连接器v FCFC连接器是一种螺纹连接式光纤连接器连接器是一种螺纹连接式光纤连接器 v 外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣，插针体采外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣，插针体采用外径用外径2.5 mm2.5 mm的精密陶瓷插针的精密陶瓷插针 v 一般电信网络

17、采用，有一螺帽拧到适配器上，优点是牢靠、一般电信网络采用，有一螺帽拧到适配器上，优点是牢靠、防灰尘，缺点是安装时间稍长防灰尘，缺点是安装时间稍长（2 2）SCSC型光纤连接器型光纤连接器v SCSC型连接器是一种矩型插拔式光纤连接器型连接器是一种矩型插拔式光纤连接器v 外壳呈矩形，采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与外壳呈矩形，采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FCFC型完全型完全相同，其插针的端面多采用球面接触的相同，其插针的端面多采用球面接触的PCPC或斜球面接触的或斜球面接触的APCAPC型研磨方式型研磨方式v 紧固方式是采用插拔销闩式，不须旋转直接插拔，使用很方紧固方式是采用插拔销闩式，不须

18、旋转直接插拔，使用很方便，缺点是容易掉出来便，缺点是容易掉出来v 连接器插拔操作方便，插入损耗波动小，抗压强度较高，安连接器插拔操作方便，插入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高，装密度高，广泛用于光纤用户网中广泛用于光纤用户网中（3 3）STST型光纤连接器型光纤连接器v STST连接器为圆形卡口式，外壳呈圆形，紧固方式为螺丝扣，连接器为圆形卡口式，外壳呈圆形，紧固方式为螺丝扣，插入后旋转半周有一卡口固定，缺点是容易折断插入后旋转半周有一卡口固定，缺点是容易折断v 插针体为外径插针体为外径2.5 mm2.5 mm的精密陶瓷插针，插针的端面形状通常的精密陶瓷插针，插针的端面形状通常为为PCPC

19、面面v STST连接器插拔操作方便，插入损耗波动小，抗压强度较高连接器插拔操作方便，插入损耗波动小，抗压强度较高（4 4）LCLC型光纤连接器型光纤连接器v LCLC型光纤连接器采用操作方便的模块化插孔闩锁机理制成型光纤连接器采用操作方便的模块化插孔闩锁机理制成v LCLC型连接器所采用的插针和套筒的尺寸是普通型连接器所采用的插针和套筒的尺寸是普通SCSC、FCFC等所用等所用尺寸的一半，为尺寸的一半，为1.25 mm1.25 mm，提高了光配线架中连接器的密度，提高了光配线架中连接器的密度v 目前，在单模光纤方面，目前，在单模光纤方面，LCLC类型的连接器实际已经占据了主类型的连接器实际已经

20、占据了主导地位导地位 v 连接器是以目前使用最多的连接器是以目前使用最多的SCSC型连接器为基础，由型连接器为基础，由NTTNTT研制研制开发出来的世界上最小的单芯光纤连接器开发出来的世界上最小的单芯光纤连接器v 连接器采用连接器采用1.25mm1.25mm直径的陶瓷插针和自保持机构，其优势直径的陶瓷插针和自保持机构，其优势在于能实现高密度安装在于能实现高密度安装v 随着光纤网络向更大带宽更大容量方向的迅速发展和随着光纤网络向更大带宽更大容量方向的迅速发展和DWDMDWDM技术的广泛应用，对技术的广泛应用，对MUMU型连接器的需求也将迅速增长型连接器的需求也将迅速增长（5 5）MUMU型光纤连

21、接器型光纤连接器各种单模光纤连接器的结构特点和性能指标各种单模光纤连接器的结构特点和性能指标7 7光纤适配器分类光纤适配器分类v 按外形结构分：按外形结构分：FCFC、SCSC、STST、MUMU、LCLC等等v 按端面分：按端面分： PCPC、APCAPC等等光纤熔接机、尾纤光纤熔接机、尾纤光耦合器光耦合器: 将光信号进行分路和合路的器件将光信号进行分路和合路的器件.3.2 光耦合器光耦合器(Optical Coupler)光耦合器连接三个或三个以上点光耦合器连接三个或三个以上点光信号必须在多个输出端口分配光信号必须在多个输出端口分配,信号强度降低信号强度降低v 光纤耦合器光纤耦合器光纤耦合

22、是对同一波长的光功率进行分路或合路。光纤耦合器光纤耦合是对同一波长的光功率进行分路或合路。光纤耦合器是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件。是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件。 v 将一个端口输入的光信号分配给多个端口输出（光分路）将一个端口输入的光信号分配给多个端口输出（光分路）v 或把多个输入的光信号组合成一个输出（光合路）或把多个输入的光信号组合成一个输出（光合路）光分路光分路光合路光合路2. 工作原理工作原理3光耦合器分类光耦合器分类光功率耦合器光功率耦合器光波长光波长(合合/分波）耦合器分波）耦合器从功能上从功能上: :从端口形式上从端口形式上: :X 形形(2 2)Y

23、形形(1 2 )星形星形 (M N, N2)树形树形 (1 N, N2)T 形形(1 2 )分类分类3. 3. 光纤耦合器类型光纤耦合器类型v T T 型光耦合器型光耦合器v 星型光耦合器星型光耦合器v 定向光耦合器定向光耦合器v 波分复用器波分复用器/解复用器解复用器星形星形 (M N )X 形定向耦合器形定向耦合器(2 2)l l1l l2l lNl l1l l2l lN树形树形(1 N )波分复用器波分复用器/解复用器解复用器(即合波器即合波器/分波器分波器)NN1N光纤耦合器光纤耦合器耦合器的每个输入端的光功率耦合器的每个输入端的光功率被分配到所有输出端口被分配到所有输出端口（1 1）

24、T T 型耦合器型耦合器v 2 22 2的三端耦合器，是简单的基本器件，通用结构是熔融拉的三端耦合器，是简单的基本器件，通用结构是熔融拉锥型光纤耦合器锥型光纤耦合器v 功能：把一根光纤输入的光信号按一定比例分配给两根光纤，功能：把一根光纤输入的光信号按一定比例分配给两根光纤，或把两根光纤输入的光信号组合在一起，输入一根光纤。或把两根光纤输入的光信号组合在一起，输入一根光纤。v 用作不同分路比的功率分配器或功率组合器。用作不同分路比的功率分配器或功率组合器。v T T 型光纤耦合器制作过程型光纤耦合器制作过程 将两根去除涂覆层的光纤以一定的方式靠拢将两根去除涂覆层的光纤以一定的方式靠拢 在高温加

25、热下熔融，同时向两侧拉伸在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸 最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构 通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度，可得到不同分通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度，可得到不同分光比的光纤耦合器光比的光纤耦合器 （2 2）星型耦合器）星型耦合器v m mn n耦合器耦合器v 功能：把功能：把 m m 根光纤输入的光功率组合在一起，均匀地分配根光纤输入的光功率组合在一起，均匀地分配给给 n n 根光纤根光纤v 常用作多端功率分配器常用作多端功率分配器v 制作星型耦合器也可以采用熔融光纤法，或者光栅、微光技制作星型耦合器也可以采用熔融光纤法

26、，或者光栅、微光技术等其它光学方案术等其它光学方案 88星形耦合器星形耦合器 123456789101112N N星形耦合器星形耦合器N N星形耦合器的功能是把星形耦合器的功能是把 N 根光纤输入的光功率组合根光纤输入的光功率组合在一起，并均匀分配给在一起，并均匀分配给 N 根输出光纤。这种耦合器可以根输出光纤。这种耦合器可以用作多端功率分路器或功率组合器。用作多端功率分路器或功率组合器。2 22 2耦合器组成的星形耦合器耦合器组成的星形耦合器v 星型耦合器制作星型耦合器制作 光纤熔融技术是制作光纤熔融技术是制作N NN N耦合器的最常用的方法耦合器的最常用的方法 例如将例如将8 8根光纤按照

27、上述的熔融拉锥过程可以得到一个根光纤按照上述的熔融拉锥过程可以得到一个8 88 8的光纤耦合器的光纤耦合器 但是，由于加热和拉伸过程中众多光纤间耦合响应控制但是，由于加热和拉伸过程中众多光纤间耦合响应控制的难度，限制了的难度，限制了N N 2 2耦合器的大规模制作耦合器的大规模制作 一定要打结一定要打结v 星型耦合器也可以采用星型耦合器也可以采用2 22 2耦合器级联的方式构造耦合器级联的方式构造v 1212个个2 22 2耦合器级联成一个耦合器级联成一个8 88 8耦合器耦合器1234567891011121234567812345678（3 3）定向耦合器）定向耦合器v 2 22 2的的3

28、 3端或端或4 4端耦合器端耦合器v 功能：分别取出光纤中向不同方向传输的光信号。例如：功能：分别取出光纤中向不同方向传输的光信号。例如：光信号从端光信号从端1 1传输到端传输到端2 2，一部分由端，一部分由端3 3输出，端输出，端4 4无输出无输出v 可用作分路器，不能用作合路器可用作分路器，不能用作合路器22定向光纤耦合器是构成其它光学元件的基础，定向光纤耦合器是构成其它光学元件的基础，它它的功能是把一根光纤输入的光功率分配给的功能是把一根光纤输入的光功率分配给 2 根光纤，根光纤，可以用作不同分路比的功率分路器或功率组合器可以用作不同分路比的功率分路器或功率组合器12341-2和和3-4

29、 为直通臂为直通臂1-3和和2-4 为耦合臂为耦合臂如如1端输入端输入,则则2和和3端输出端输出, 4端无输出端无输出2222定向光纤耦合器定向光纤耦合器4.4.光耦合器的基本结构光耦合器的基本结构v光纤型光纤型v微器件型微器件型v波导型波导型（1 1）光纤型）光纤型 把两根或多根光纤排列，用熔拉双锥技术制作各种器件。把两根或多根光纤排列，用熔拉双锥技术制作各种器件。定向耦合器定向耦合器8 88 8星型耦合器星型耦合器（2 2）微器件型）微器件型用自聚焦透镜和分光片、滤光片或光栅等微光学器件构成。用自聚焦透镜和分光片、滤光片或光栅等微光学器件构成。T T型耦合器型耦合器定向耦合器定向耦合器（3

30、 3）波导型）波导型 在一片平板衬底上制作所需形状的光波导，衬底作支撑在一片平板衬底上制作所需形状的光波导，衬底作支撑体，又作波导包层。体，又作波导包层。T T型耦合器型耦合器定向耦合器定向耦合器5. 5. 光纤耦合器对线路影响：光纤耦合器对线路影响： 带来附加插入损耗、发射、串扰噪声带来附加插入损耗、发射、串扰噪声注：注：光耦合器大多与波长光耦合器大多与波长无关，与波长有关的耦合无关，与波长有关的耦合器，专称为波分复用解器，专称为波分复用解复用器。复用器。 光复用器可以把不同光复用器可以把不同波长的信号复合注入到一波长的信号复合注入到一根光纤中；相反地，解复根光纤中；相反地，解复用器则把复合

31、的多波长信用器则把复合的多波长信号解复用，把不同波长的号解复用，把不同波长的信号分离出来。信号分离出来。 6. 6. 光纤耦合器的主要性能指标光纤耦合器的主要性能指标v附加损耗附加损耗v插入损耗插入损耗v分光比分光比v隔离度等隔离度等（1 1）附加损耗（）附加损耗（Excess LossExcess Loss）附加损耗附加损耗L Le e是由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，是指是由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，是指所有输出端口的光功率总和所有输出端口的光功率总和Pot相对于全部输入光功率相对于全部输入光功率Pit的的比比值，用分贝（值，用分贝（dBdB）表示）表示例：例：2 22 2型光纤耦

32、合器光功率从端口型光纤耦合器光功率从端口1 1输入输入P P1 1，端口，端口2 2、3 3输出，则附加损耗等于：输出，则附加损耗等于： itotePPLlg10132lg10PPPLe23141P4P2P3Pv在理想状态下，输出功率之和应该等于输入功率在理想状态下，输出功率之和应该等于输入功率v附加损耗定量给出了实际情况和理想状态的差别附加损耗定量给出了实际情况和理想状态的差别v附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程的固有损耗件制作过程的固有损耗v光耦合器附加损耗越小越好，是制作质量优劣的考核指光耦合器附加损耗越小越好，是制

33、作质量优劣的考核指标标 （2 2）插入损耗（）插入损耗（Insertin LossInsertin Loss）插入损耗插入损耗L Li i是：一个指定输入端的光功率是：一个指定输入端的光功率P Pi i和一个指定输和一个指定输出端的光功率出端的光功率P Poutiouti的比值，用分贝的比值，用分贝(dB)(dB)表示表示例：例：如从端口如从端口1 1输入，端口输入，端口3 3输出，则它们之间的插入损耗输出，则它们之间的插入损耗等于等于itoutiiPPLlg1013lg10PPLiv插入损耗所表示的是各个输出端口的输出功率状况插入损耗所表示的是各个输出端口的输出功率状况v不仅有固有损耗的因素

34、，更考虑了分光比的影响不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光比的影响v产生插入损耗的主要原因是器件中光的漏泄、辐射、散射产生插入损耗的主要原因是器件中光的漏泄、辐射、散射和像差等和像差等v不同的光纤耦合器，插入损耗的差异并不能反映器件制作不同的光纤耦合器，插入损耗的差异并不能反映器件制作质量的优劣质量的优劣 （3 3）分光比（）分光比（Coupling RatioCoupling Ratio）分光比是光耦合器所特有的技术术语，它是指光纤耦合器分光比是光耦合器所特有的技术术语，它是指光纤耦合器各输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比。各输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比。在应用中，分光比是根

35、据实际系统光节点所需的光功率的在应用中，分光比是根据实际系统光节点所需的光功率的多少而确定合适的分光比（平均分配的除外）。多少而确定合适的分光比（平均分配的除外）。光分路器的分光比与传输光的波长有关。光分路器的分光比与传输光的波长有关。 %100.ioutioutiPPRC以以2 2定向耦合器为例定向耦合器为例分光比分光比(Splitting Ratio) or 耦合比耦合比(Coupling Ratio): CR23141P4P2P3P1) 两个输出端口的光功率之比，如从端两个输出端口的光功率之比，如从端1输入光功率，输入光功率， 则则端端2和端和端3分光比分光比: CR=P2/P3, 一般

36、为一般为1:11:10%100322PPPCR2)一个输出端的光功率和全部输出端的光功率总和的比一个输出端的光功率和全部输出端的光功率总和的比（4 4）隔离度）隔离度隔离度是指某一光路对其他光路中的信号的隔离能力，有隔离度是指某一光路对其他光路中的信号的隔离能力，有时也称为方向性。时也称为方向性。隔离度用一个输入端的光功率隔离度用一个输入端的光功率P Pi i和由耦合器反射到其它端和由耦合器反射到其它端的光功率的光功率P Pr r的比值表示。的比值表示。隔离度高，也就意味着线路之间的隔离度高，也就意味着线路之间的“串话串话”小。小。riPPIlg10以以2 2定向耦合器为例定向耦合器为例隔离度

37、隔离度(Degree of Isolation): or 串话串话(音音)干扰干扰(Crosstalk)由端由端1输入的光功率输入的光功率P1应从端应从端2和端和端3输出，端输出，端4理论上应无理论上应无光功率输出光功率输出. 但实际上端但实际上端4还是有少量光功率输出还是有少量光功率输出P4, 其大小其大小就表示了就表示了1、4两个端口的隔离程度。隔离度两个端口的隔离程度。隔离度A表示为表示为)(log10144, 1dBPPA23141P4P2P3P一般要求：一般要求：A20dBv以上各个指标中，隔离度对于光分路器的意义更为重大以上各个指标中，隔离度对于光分路器的意义更为重大v在实际应用中

38、，往往要求光耦合器的隔离度达到在实际应用中，往往要求光耦合器的隔离度达到40 dB40 dB以以上，否则将影响整个系统的性能上，否则将影响整个系统的性能v另外，光耦合器的稳定性也是一个重要的指标另外，光耦合器的稳定性也是一个重要的指标v所谓稳定性是指在外界温度变化或其它器件的工作状态发所谓稳定性是指在外界温度变化或其它器件的工作状态发生变化时，光耦合器的性能指标都应基本保持不变生变化时，光耦合器的性能指标都应基本保持不变v实际上光耦合器的稳定性完全取决于厂家的工艺水平，不实际上光耦合器的稳定性完全取决于厂家的工艺水平，不同厂家的产品质量差别相当大同厂家的产品质量差别相当大 光纤耦合器的性能指标

39、光纤耦合器的性能指标1. 1. 光衰减器（光衰减器（Optical AttenuatorOptical Attenuator）光衰减器是插入光链路中控制光能衰耗的一种无源器件，光衰减器是插入光链路中控制光能衰耗的一种无源器件，它是光纤通信系统和光纤测试链路中不可或缺的一类光器件。它是光纤通信系统和光纤测试链路中不可或缺的一类光器件。光衰减器常用于在系统中吸收或反射掉光功率余量、评估光衰减器常用于在系统中吸收或反射掉光功率余量、评估系统的损耗以及各类测试中。系统的损耗以及各类测试中。光衰减器可以按照用户的要求将光信号进行预期的衰减，光衰减器可以按照用户的要求将光信号进行预期的衰减，类型，以满足用

40、户的各种要求。类型，以满足用户的各种要求。3.3 3.3 光衰减器光衰减器光衰减器光衰减器2. 2. 光衰减器的分类光衰减器的分类v 按工作原理，光衰减器可分为按工作原理，光衰减器可分为 位移型（可分为横位移型（可分为横向位移型和轴向位移型向位移型和轴向位移型） 衰减片型衰减片型 智能型等智能型等v 按其衰减量的变化方式不同，可分为按其衰减量的变化方式不同，可分为 固定式光衰减器固定式光衰减器 可变式光衰减器可变式光衰减器 （1 1）位移型光衰减器）位移型光衰减器位移型光衰减器是光纤的纤芯在对接时，有意产生一定错位移型光衰减器是光纤的纤芯在对接时，有意产生一定错位，使光能量损失一些，从而达到控

41、制衰减量的目的。位，使光能量损失一些，从而达到控制衰减量的目的。v 横向位移型光衰减器横向位移型光衰减器 不同的横向位移，引起不同的损耗，一般位移数量级在不同的横向位移，引起不同的损耗，一般位移数量级在微米级微米级 一般用于制作固定衰减值的衰减器一般用于制作固定衰减值的衰减器 一般采用机械定位方式予以实现，采用熔接或粘接法一般采用机械定位方式予以实现，采用熔接或粘接法 优点：优点：回波损耗高，通常大于回波损耗高，通常大于60dB60dB 缺点：缺点：机械结构相对复杂，工艺难度较大机械结构相对复杂，工艺难度较大v 轴向位移型光衰减器轴向位移型光衰减器 通过精密的机械结构，将两根光纤拉开一定距离后

42、进行通过精密的机械结构，将两根光纤拉开一定距离后进行对中，就可实现衰减的目的对中，就可实现衰减的目的 主要用于制作固定光衰减器和一些小型可变光衰减器主要用于制作固定光衰减器和一些小型可变光衰减器 该结构可以看成一个损耗大的光纤连接器。设计时，通该结构可以看成一个损耗大的光纤连接器。设计时，通常与连接器的结构结合起来考虑，并由此形成了两种具常与连接器的结构结合起来考虑，并由此形成了两种具有特色的光衰减器系列有特色的光衰减器系列转换器式光意味着器和变换器转换器式光意味着器和变换器式光衰减器。式光衰减器。（2 2）衰减片型光衰减器）衰减片型光衰减器衰减片型光衰减器是直接将具有吸收特性的衰减片型光衰减

43、器是直接将具有吸收特性的衰减片衰减片固定固定在在光纤端面光纤端面上或上或光路光路中，达到衰减光信号目的。中，达到衰减光信号目的。衰减片采用吸收型玻璃片或在玻璃基片上镀吸收膜的方衰减片采用吸收型玻璃片或在玻璃基片上镀吸收膜的方法来制作。法来制作。此方法可以制作固定此方法可以制作固定光衰减器和可变光衰减器。光衰减器和可变光衰减器。（3 3）智能型光衰减器）智能型光衰减器通过电路控制微型电机，带动齿条，使滤光片平移，再将通过电路控制微型电机，带动齿条，使滤光片平移，再将数据编码盘检测到的实际衰减量信号反馈到电路中进行修正，数据编码盘检测到的实际衰减量信号反馈到电路中进行修正，从而达到自动驱动、自动检

44、测和显示光衰减量的目的。从而达到自动驱动、自动检测和显示光衰减量的目的。3.4 3.4 光隔离器与光环行器光隔离器与光环行器1. 1. 光隔离器（光隔离器（Optical IsolatorOptical Isolator）光隔离器主要是解决光路中光的反射问题，它是只允许光隔离器主要是解决光路中光的反射问题，它是只允许光线沿光路正向传输的非互易性无源器件。光线沿光路正向传输的非互易性无源器件。隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到该器件，致使器件性能变坏。光返回到该器件，致使器件性能变坏。 2. 2. 光隔离器的工作原理光隔离器的

45、工作原理（1 1）由于入射光偏振方向与第一个偏振器透振方向相同，）由于入射光偏振方向与第一个偏振器透振方向相同，因此输入光能够通过第一个偏振器。因此输入光能够通过第一个偏振器。（2 2）法拉弟旋转器能使光的偏振态旋转一定角度（例如）法拉弟旋转器能使光的偏振态旋转一定角度（例如4545）。）。（3 3）第二个偏振器的透振方向在）第二个偏振器的透振方向在4545方向上，因此经过方向上，因此经过法拉弟旋转器的光能够顺利地通过第二个偏振器。法拉弟旋转器的光能够顺利地通过第二个偏振器。（4 4）当反射光通过法拉弟旋转器时再继续旋转）当反射光通过法拉弟旋转器时再继续旋转4545，变，变成了水平偏振光。成了

46、水平偏振光。（5 5）但是水平偏振光不能通过左面第一个偏振器，于是）但是水平偏振光不能通过左面第一个偏振器，于是达到光隔离效果。达到光隔离效果。自聚焦透镜自聚焦透镜（起偏振器）（起偏振器）（检偏振器）（检偏振器） 法拉 法拉第旋转器第旋转器45450 0C C永磁铁永磁铁方解石方解石方解石方解石Gd：YIG膜Gd：YIG膜GRINGRIN透镜透镜GRINGRIN透镜透镜起偏振器起偏振器检偏振器检偏振器法拉第法拉第旋转器旋转器磁场磁场0 0o oo o45459090o o入射光入射光反射光反射光出射光出射光反射光反射光PAv 光通信用的隔离器几乎都用法拉第磁光效应原理制成;v 当平面偏振光沿着

47、磁场方向入射到非旋光材料时，光偏振面将旋转角度q ;v 如果反射光再一次通过法拉第介质，则旋转角度增加到2q 。磁光块状光隔离器磁光块状光隔离器自然光、偏振光与偏振片自然光、偏振光与偏振片自然光为自然光为横波横波 其振动态为其振动态为 各向均匀振动各向均匀振动偏振片：偏振片： 只允许与光轴平行振动态光通过只允许与光轴平行振动态光通过 典型的偏振相关型隔离器由光纤准直器、两个偏振片和典型的偏振相关型隔离器由光纤准直器、两个偏振片和一个法拉第旋转器一个法拉第旋转器FRFR组成，两偏振片的通光方向成组成，两偏振片的通光方向成45453.3.光隔离器的性能指标光隔离器的性能指标v 插入损耗插入损耗v

48、反向隔离度反向隔离度v 回波损耗等回波损耗等 （1 1）插入损耗（）插入损耗（1.0dB1.0dB）v 光隔离器的插入损耗光隔离器的插入损耗L L，是指在光路中插入光隔离器时，引，是指在光路中插入光隔离器时，引起正向光信号功率的降低值，以分贝（起正向光信号功率的降低值，以分贝（dBdB）表示）表示v 光隔离器的插入损耗来源于偏振器、法拉第旋转器和光纤准光隔离器的插入损耗来源于偏振器、法拉第旋转器和光纤准直器，与各分立元件的透射比及装配精度有密切关系直器，与各分立元件的透射比及装配精度有密切关系v 插入损耗一般为插入损耗一般为0.4dB0.4dB，插入损耗最大为，插入损耗最大为0.6dB0.6d

49、BioPPLlg10（2 2）反向隔离度（）反向隔离度（35dB35dB）v 反向隔离度反向隔离度表征隔离器对反向传输光的衰减能力。表征隔离器对反向传输光的衰减能力。以分贝以分贝（dBdB）表示表示oiPPIlg10（3 3）回波损耗（）回波损耗（50dB50dB）v 回波损耗是在隔离器输入端测得的返回光功率与输入光功回波损耗是在隔离器输入端测得的返回光功率与输入光功率的比值。率的比值。v 其典型值为其典型值为60 dB60 dBv 由各元件和空气折射率失配并形成反射引起，其主要来源由各元件和空气折射率失配并形成反射引起，其主要来源是入射光的准直光路部分是入射光的准直光路部分v 采用斜面耦合工

50、艺和端面镀制增透膜可有效提高整个器件采用斜面耦合工艺和端面镀制增透膜可有效提高整个器件的回波损耗的回波损耗 4.光环形器光环形器(Optical Circulator)光环行器光环行器除了有多个端口外，其工作原理与光隔离器类似，除了有多个端口外，其工作原理与光隔离器类似，是一种单向传输器件是一种单向传输器件, 主要用于单纤双向传输系统和光分插主要用于单纤双向传输系统和光分插复用器中复用器中.端口端口 1 输入输入端口端口 2 输出输出; 端口端口 2 输入输入端口端口 3 输出输出光发光发射机射机1 1光发光发射机射机2 2光接光接收机收机1 1光环光环形器形器光环光环形器形器光接光接收机收机

51、2 21 12 23 31 12 23 3光纤光纤4. 4. 光环行器（光环行器（Optical CirculatorOptical Circulator）光环行器是一种多端口输入输出的非互易性器件，其作光环行器是一种多端口输入输出的非互易性器件，其作用是用是使光信号只能沿规定的端口顺序传输使光信号只能沿规定的端口顺序传输，防止光信号沿错，防止光信号沿错误的方向传播而引起不必要的串扰。误的方向传播而引起不必要的串扰。整个环行器的原理类似于一个公路上的环岛，光信号就整个环行器的原理类似于一个公路上的环岛，光信号就像经过环岛的汽车，只能沿一个固定的方向行驶。像经过环岛的汽车，只能沿一个固定的方向行

52、驶。 典型的环行器一般有三个或四个端口典型的环行器一般有三个或四个端口121223233 3111212232334344141光环光环行行器的基本原理和结构比较简单，器的基本原理和结构比较简单，与光隔离器的工作原理相似。与光隔离器的工作原理相似。基本结构由偏振分束器（基本结构由偏振分束器（PBSPBS）、法拉）、法拉第旋转器、半波片、棱镜和准直器组成。第旋转器、半波片、棱镜和准直器组成。1. 1. 定义定义光纤光栅（光纤光栅（FGFG，Fiber GratingFiber Grating）是在光纤）是在光纤纤芯纤芯中形成的中形成的光栅，折射率沿光纤的轴向呈现周期性的分布，从而产生了谐光栅，折

53、射率沿光纤的轴向呈现周期性的分布，从而产生了谐振效应。当光学波长等于谐振波长时，该波长光波被强烈反射振效应。当光学波长等于谐振波长时，该波长光波被强烈反射（BraggBragg光栅）或损耗（长周期光栅）光栅）或损耗（长周期光栅）光纤光栅是典型的折射率型光栅。光纤光栅是典型的折射率型光栅。光纤光栅按工作原理，可分为光纤光纤光栅按工作原理，可分为光纤BraggBragg（布拉格）光栅（布拉格）光栅和长周期光纤光栅（和长周期光纤光栅（LPGLPG）。）。3.5 3.5 光纤光栅光纤光栅2. 2. 光纤光纤BraggBragg光栅光栅光纤光纤BraggBragg光栅就是利用紫外光栅就是利用紫外光（峰值

54、波长为光（峰值波长为240 nm240 nm的光波）的光波）通过相位掩模板（或适当光路）通过相位掩模板（或适当光路）对光敏光纤曝光，在光纤中产生对光敏光纤曝光，在光纤中产生折射率的周期分布，形成光栅。折射率的周期分布，形成光栅。它的周期一般在它的周期一般在1m1m以下，也称为以下，也称为短周期光纤光栅短周期光纤光栅。光纤光纤BraggBragg光栅能够把某个方向传输的芯模能量耦合给光栅能够把某个方向传输的芯模能量耦合给反方向传输的芯模，形成在谐振波长附近一定带宽的能量反反方向传输的芯模，形成在谐振波长附近一定带宽的能量反射。射。不同波长在光纤里具有不同折射率，因此具有不同传播速度不同波长在光纤

55、里具有不同折射率，因此具有不同传播速度在光纤里长波和短波哪个传得快？在光纤里长波和短波哪个传得快？短波长折射率更大，由此短波长折射率更大，由此思考在光纤中长波和短波思考在光纤中长波和短波哪个传得更快？哪个传得更快？若若BraggBragg光栅的节距或栅距是线性改变的，称为啁啾光栅的节距或栅距是线性改变的，称为啁啾BraggBragg光栅。光栅。在这种光栅中，由于节距线性改变，入射光的各个波长在在这种光栅中，由于节距线性改变，入射光的各个波长在光栅的不同深度被反射回来，因而补偿了各个波长在传输时间光栅的不同深度被反射回来，因而补偿了各个波长在传输时间上的变化，可应用于色散补偿。上的变化，可应用于

56、色散补偿。啁啾啁啾BraggBragg光栅光栅v 由啁啾光栅和环形器组成的色散补偿光路由啁啾光栅和环形器组成的色散补偿光路v 长波长信号在光栅周期大的地方先反射长波长信号在光栅周期大的地方先反射v 短波长的信号在光栅周期小的地方后反射短波长的信号在光栅周期小的地方后反射3. 3. 长周期光纤光栅长周期光纤光栅长周期光纤光栅（长周期光纤光栅（LPGLPG）是利用紫外光通过振幅模板直接）是利用紫外光通过振幅模板直接照在光敏光纤上，在光纤中产生折射率的周期性分布。照在光敏光纤上，在光纤中产生折射率的周期性分布。它是一种基于纤芯基模和同向传输的包层模之间耦合的它是一种基于纤芯基模和同向传输的包层模之间

57、耦合的光栅，它的光栅周期较长，在几十至几百微米。光栅，它的光栅周期较长，在几十至几百微米。长周期光纤光栅与光纤长周期光纤光栅与光纤BraggBragg光栅相比具有背向反射率低，光栅相比具有背向反射率低，带宽宽，对温度、应力、折射率变化的响应灵敏度和易于批带宽宽，对温度、应力、折射率变化的响应灵敏度和易于批量制作等优点，可以被运用于掺铒光纤放大器的增益平坦、量制作等优点，可以被运用于掺铒光纤放大器的增益平坦、放大器自发辐射噪声的抵制以及测量中的光纤传感。放大器自发辐射噪声的抵制以及测量中的光纤传感。光纤光栅光纤光栅光纤布拉格光栅光纤布拉格光栅光栅周期光栅周期1m1m以下以下前向模和后向模之间的耦

58、合前向模和后向模之间的耦合长周期光纤光栅长周期光纤光栅光栅周期光栅周期100m100m纤芯模和包层模之间的耦合纤芯模和包层模之间的耦合3.6 3.6 波分复用器波分复用器1. 1. 什么是波分复用（什么是波分复用（WDMWDM）技术）技术光波分复用技术是光波分复用技术是在一根光纤上能同时传送多波长光信号在一根光纤上能同时传送多波长光信号的一项技术的一项技术。它是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并它是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用）并作

59、进一步处理，恢复出原信合波长的光信号分开（解复用）并作进一步处理，恢复出原信号送入不同的终端。因此，此项技术称为光波长分割复用，简号送入不同的终端。因此，此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用（称光波分复用（WDMWDM）技术。）技术。波分复用技术波分复用技术2. 2. 波分复（波分复（/ /解）用器解）用器波分复用器解复用器是一种波长选择型耦合器，其波分复用器解复用器是一种波长选择型耦合器，其功能就是把多个不同波长的光波复合后，注入到同一根光纤功能就是把多个不同波长的光波复合后，注入到同一根光纤中传输，或把输入光口的多个不同波长的光波分开，输出到中传输，或把输入光口的多个不同波长的光波分

60、开，输出到不同的光端口输出。不同的光端口输出。 波分复用器解复用器又称为合波器或分波器波分复用器解复用器又称为合波器或分波器 3. 3. 波分复用器的性能指标波分复用器的性能指标光波分复用器解复用器性能的优劣对于光波分复用器解复用器性能的优劣对于WDMWDM系统的传系统的传输质量有决定性的影响。输质量有决定性的影响。WDMWDM系统对光波分复用器解复用器的特性要求是插入系统对光波分复用器解复用器的特性要求是插入损耗小，信道间的串扰小，通带损耗平坦等。损耗小，信道间的串扰小，通带损耗平坦等。（1 1）插入损耗）插入损耗插入损耗是指对于某一特定通道，输出端标称波长信号插入损耗是指对于某一特定通道，