第三章_光无源器件课件

1、 第三章第三章 光无源器件光无源器件（Passive Components ）内容提要内容提要n连接性器件连接性器件n功能性器件功能性器件 光衰减器光衰减器 光隔离器与光环行器光隔离器与光环行器 光开关光开关 偏振控制器偏振控制器 光调制器光调制器 概述概述 一个完整光纤通信系统不仅需要光端机，光一个完整光纤通信系统不仅需要光端机，光纤线路，而且还需要多种光器件，光器件是纤线路，而且还需要多种光器件，光器件是光纤传输系统重要组成部分。光纤传输系统重要组成部分。光器件光器件有源光器件：需要外加泵浦源，有源光器件：需要外加泵浦源，如电信号、光信号等。如电信号、光信号等。无源光器件：无需外加泵浦源无

2、源光器件：无需外加泵浦源就能完成器件功能。就能完成器件功能。q光有源器件：光有源器件： 激光器、发光二极管；光检测器；光放激光器、发光二极管；光检测器；光放大器、波长转换器、光调制器大器、波长转换器、光调制器q光无源器件：光无源器件：光纤连接器、光定向耦合光纤连接器、光定向耦合器、光衰减器、光隔离器、光环形器、器、光衰减器、光隔离器、光环形器、波分复用器、光纤布拉格光栅、光偏振波分复用器、光纤布拉格光栅、光偏振控制器、光开关控制器、光开关n体块型（分立元件组成）：体块型（分立元件组成）：光隔离器、光光隔离器、光滤波器和闪耀光栅波分复用等滤波器和闪耀光栅波分复用等n全光纤型：全光纤型：光定向耦合

3、器、光纤型波分复光定向耦合器、光纤型波分复用和光纤型滤波器等。用和光纤型滤波器等。n波导型：波导型： 铌酸锂（铌酸锂（LiNbO3）波导开关、）波导开关、波导调制器等。波导调制器等。光无源器件按结构形式分：光无源器件按结构形式分：光纤传输系统对光无源器件的要求：光纤传输系统对光无源器件的要求：1.插入损耗小（除光衰减器外），对信号插入损耗小（除光衰减器外），对信号影响小。影响小。2.使用方便，便于操作与维护。使用方便，便于操作与维护。3.可靠性高，不受反复操作的影响，重复可靠性高，不受反复操作的影响，重复性高。性高。4.体积小，重量轻。体积小，重量轻。A good book is a good

4、 friend1 连接性器件连接性器件 光纤（缆）活动连接器在结构上千差万别，品种上多种多光纤（缆）活动连接器在结构上千差万别，品种上多种多样，但按其功能可以分成如下几个部分：样，但按其功能可以分成如下几个部分：q连接器插头（连接器插头（Plug Connector）：）：由插针体（即装配好由插针体（即装配好光纤的插针）和若干外部零件组成。使光纤（缆）在转换光纤的插针）和若干外部零件组成。使光纤（缆）在转换器或变换器中完成拔插功能的部件称为插头。两个插头在器或变换器中完成拔插功能的部件称为插头。两个插头在插入转换器或变换器后可以实现光纤（缆）之间的对接。插入转换器或变换器后可以实现光纤（缆）之

5、间的对接。q光缆跳线（光缆跳线（Jumper Cable）：）：将一根光纤的两头都装上将一根光纤的两头都装上插头，称为跳线。连接器插头是其特殊情况，即只在光纤插头，称为跳线。连接器插头是其特殊情况，即只在光纤一头装有插头。一头装有插头。跳线可以是单芯的或多芯的。跳线可以是单芯的或多芯的。q转换器（转换器（Adaptor）：）：把光纤插头连接在一起，从而使把光纤插头连接在一起，从而使光纤接通的器件。转换器俗称插座或法兰盘。光纤接通的器件。转换器俗称插座或法兰盘。转换器可以连接同型号或不同型号的插头。可以连接一转换器可以连接同型号或不同型号的插头。可以连接一对或几对或多芯插头。对或几对或多芯插头。

6、q变换器（变换器（Converter）：）：将某一型号的插头变换成另一将某一型号的插头变换成另一型号插头的器件。型号插头的器件。q裸光纤转接器（裸光纤转接器（Bare Fiber Adaptor ）：）：将裸光纤与光将裸光纤与光源、探测器以及各类光仪表进行连接的器件。源、探测器以及各类光仪表进行连接的器件。光纤（缆）活动连接器：习惯上是指两个连接器插头加光纤（缆）活动连接器：习惯上是指两个连接器插头加一个转换器。一个转换器。活动连接器活动连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸连是实现光纤与光纤之间可拆卸连接的器件，活动连接器件是光纤通信领域接的器件，活动连接器件是光纤通信领域最基本、应用最广泛的无源

7、器件，用于：最基本、应用最广泛的无源器件，用于：q光纤线路与光发射机输出或光接收机输入光纤线路与光发射机输出或光接收机输入之间之间q光纤线路与其他光无源器件之间的连接光纤线路与其他光无源器件之间的连接q光纤与测试仪表之间光纤与测试仪表之间光纤固定接头光纤固定接头是实现光纤与光纤之间的永久是实现光纤与光纤之间的永久性（固定）连接，主要用于光纤线路的构性（固定）连接，主要用于光纤线路的构成，通常在工程现场实施。成，通常在工程现场实施。FC/FC型活动连接器型活动连接器(用于用于FC和和FC型插头互连型插头互连)FC/ FC型活动连接器型活动连接器 一单芯活动连接器的结构与种类一单芯活动连接器的结构

8、与种类FC型插头采型插头采用螺纹连接用螺纹连接 FC型插头：平头型插头：平头PC型插头：球面头型插头：球面头APC型插头：斜八度头型插头：斜八度头FC/SC型活动连接器型活动连接器(用于用于FC和和SC型插头互连型插头互连)SC型插头型插头SC型插头：由日本型插头：由日本NTT研制，插针、套筒研制，插针、套筒与与FC型完全一样，外壳采用工程塑料制作，型完全一样，外壳采用工程塑料制作，矩形结构，不用螺纹连接，可以直接插拔。矩形结构，不用螺纹连接，可以直接插拔。FC/ST型活动连接器型活动连接器 (用于用于FC和和ST型插头互连型插头互连)ST型插头：由型插头：由AT&T公司开发，采用带键

9、的卡公司开发，采用带键的卡口式锁紧结构，确保连接时准确对准。口式锁紧结构，确保连接时准确对准。“Jumper cables” to connect devices and instruments“Adapter cables” to connect interfaces using different connector stylesInsertion loss is dominated by the connector losses (2 m fiber has almost no attenuation)Often yellow sheath used for single-mode fi

10、ber, orange sheath for multimode二多芯连接器的结构与种类二多芯连接器的结构与种类主要针对带状光缆，将多芯光缆的光纤分主要针对带状光缆，将多芯光缆的光纤分别卡在别卡在V型槽对应的孔内，就可以被固定连型槽对应的孔内，就可以被固定连接起来。接起来。光纤光纤V型槽型槽三主要性能指标三主要性能指标1插入损耗插入损耗L 若输入光纤的光功率为若输入光纤的光功率为PT，输出光纤的光，输出光纤的光功率为功率为PR，插入损耗定义为：，插入损耗定义为： dB RTPPLlg102.回波（反射）损耗回波（反射）损耗RLRTTRPPPPRLlg10dBPTPRPTPR其中其中PT是反向输

11、入光功率，是反向输入光功率， PR是反向输出光功率是反向输出光功率引起光纤连接损耗的原因引起光纤连接损耗的原因 :两光纤端面之间两光纤端面之间有间隙有间隙D；两光纤轴有横向两光纤轴有横向位移位移d；两光纤轴倾斜成两光纤轴倾斜成角度角度；光纤端面不平整。光纤端面不平整。2 功能性器件功能性器件光衰减器光衰减器功能：只衰减光的能量，不改变其他性能。功能：只衰减光的能量，不改变其他性能。用途：光通信系统和测试系统指标用途：光通信系统和测试系统指标（1）小可变衰减器）小可变衰减器（2）吸收膜可变衰减器）吸收膜可变衰减器步进可变衰减器步进可变衰减器连续可变衰减器连续可变衰减器固定衰减器固定衰减器（1）小

12、可变衰减器原理）小可变衰减器原理通过法兰盘旋转使两根光纤端面之间的距通过法兰盘旋转使两根光纤端面之间的距离发生变化，利用空气对光的衰耗进行小离发生变化，利用空气对光的衰耗进行小范围的光强调整。范围的光强调整。（2）吸收膜可变衰减器原理）吸收膜可变衰减器原理在玻璃板上镀上一层在玻璃板上镀上一层Ni ( 镍镍) 和和Cr(珞珞)化合化合物等元素构成的金属蒸发膜，当光通过时，物等元素构成的金属蒸发膜，当光通过时，能吸收部分或全部光能。能吸收部分或全部光能。旋转轴光路光路旋转轴n为了减小反射光，衰减片与光轴可以倾为了减小反射光，衰减片与光轴可以倾斜放置。斜放置。n光衰减器的主要技术要求是：光衰减器的主

13、要技术要求是： 高的衰减精度高的衰减精度 好的衰减重复性好的衰减重复性 低的原始插损低的原始插损衰减器光纤自聚 焦透 镜一光纤定向耦合器一光纤定向耦合器 简称光纤耦合器简称光纤耦合器光纤光耦合器的功能：光纤光耦合器的功能： 把一个输入的光信号功率分配给多个输把一个输入的光信号功率分配给多个输出，或把多个输入的光信号功率组合成出，或把多个输入的光信号功率组合成一个输出。这种光耦合器与波长无关。一个输出。这种光耦合器与波长无关。用途：光通信网络，光通信监测系统用途：光通信网络，光通信监测系统Wavelength-Independent coupler (WIC) types:couple ligh

14、t from each fiber to all the fibers at the other side50% / 50% (3 dB) most common 4 port type1%, 5% or 10% taps (often 3 port devices)1.X形定向形定向耦合器（耦合器（22）理想情况下，当在端口理想情况下，当在端口1输入光功率时，输入光功率时，在在3和和4端口按一定比例输出，而不返回端口按一定比例输出，而不返回端口端口2，故称定向耦合器。，故称定向耦合器。1243耦合器耦合器X形耦合器形耦合器功能如下功能如下:X形耦合器的制作方法主要有两种：形耦合器的制作方法主

15、要有两种：q研磨抛光法研磨抛光法q熔融拉锥法熔融拉锥法输入输入按比例输出按比例输出作用作用P1,P1,P4 ,P3P4 ,P3分路分路(P2(P2很小很小) )P4 ,P3P4 ,P3P1P1耦合耦合(P2(P2很小很小) )P2P2P4 ,P3P4 ,P3分路分路(P1(P1很小很小) )1243研磨抛光法：研磨抛光法：基本原理是利用两根单模光纤之间基本原理是利用两根单模光纤之间光信号的耦合。光信号的耦合。先在一个石英块上刻上适当深度的圆弧型槽，然后先在一个石英块上刻上适当深度的圆弧型槽，然后把一根单模光纤放在槽内，使光纤发生弯曲，经过把一根单模光纤放在槽内，使光纤发生弯曲，经过适当的研磨和

16、抛光，将露出石英表面的光纤的包层适当的研磨和抛光，将露出石英表面的光纤的包层去除一部分，只剩下去除一部分，只剩下1m1m左右。另一根光纤用同样左右。另一根光纤用同样方法的处理。将这两根经过研磨和抛光的两根光纤方法的处理。将这两根经过研磨和抛光的两根光纤紧靠在一起，中间涂一层折射率匹配液，这样在两紧靠在一起，中间涂一层折射率匹配液，这样在两光纤相互接触的面上只留下很薄的一层包层，并通光纤相互接触的面上只留下很薄的一层包层，并通过适当的调整两根光纤的相对位置以得到需要的功过适当的调整两根光纤的相对位置以得到需要的功率耦合，这样就制成了一个光纤耦合器。率耦合，这样就制成了一个光纤耦合器。 研磨抛光法

17、研磨抛光法熔融拉锥法：熔融拉锥法：将两根（或两根以上）除去涂覆层将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一定的方式靠拢，在高温加热下熔融，的光纤以一定的方式靠拢，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。的特殊波导结构。 输入臂输入臂背向散射臂背向散射臂3耦合臂耦合臂4直通臂直通臂熔融拉锥法熔融拉锥法下图可用来定性地表示熔融拉锥型光纤耦合器的下图可用来定性地表示熔融拉锥型光纤耦合器的工作原理。入射光功率在双锥体结构的耦合区发工作原理。入射光功率在双锥体结构的耦合区发生功率再分配，一部分光功率从生功率再分配，一部分光功率从

18、“直通臂直通臂”继续继续传输，另一部分则由传输，另一部分则由“耦合臂耦合臂”传到另一光路。传到另一光路。 熔融拉锥型光纤耦合器的结构示意图I4I3当传导模进入熔锥区时，随着纤芯当传导模进入熔锥区时，随着纤芯a a的不断变细，的不断变细，光纤的归一化截止频率光纤的归一化截止频率V V值逐渐减小，有越来越多值逐渐减小，有越来越多的光功率渗入光纤包层中，转换成在由包层作为芯，的光功率渗入光纤包层中，转换成在由包层作为芯，纤外介质（一般是空气）作为新包层的复合波导中纤外介质（一般是空气）作为新包层的复合波导中传输；在输出端，随着纤芯的逐渐变粗，传输；在输出端，随着纤芯的逐渐变粗，V V值重新值重新增大

19、，光功率被两根纤芯以特定的比例增大，光功率被两根纤芯以特定的比例“捕获捕获”。迅衰场耦合示意图迅衰场耦合示意图在熔锥区，两光纤包层合并在一起，纤芯足够逼近，在熔锥区，两光纤包层合并在一起，纤芯足够逼近，形成弱耦合。将一根光纤看做是另一光纤的扰动，形成弱耦合。将一根光纤看做是另一光纤的扰动，通过很薄的包层，实现两根单模光纤之间的光耦合。通过很薄的包层，实现两根单模光纤之间的光耦合。对于单独的单模光纤，可以从波动方程式和边界条对于单独的单模光纤，可以从波动方程式和边界条件比较精确地求出光纤中的传输模式及其场型。但件比较精确地求出光纤中的传输模式及其场型。但在光纤耦合器中，在光纤耦合器中，由于另一根

20、光纤的存在，使光纤由于另一根光纤的存在，使光纤中场分布发生畸变，在这种情况下，精确求解场分中场分布发生畸变，在这种情况下，精确求解场分布是很困难的。因此，可以用微扰法近似地进行分布是很困难的。因此，可以用微扰法近似地进行分析，析，即假设在耦合器中，每一光纤的场分布不受另即假设在耦合器中，每一光纤的场分布不受另一光纤的扰动，耦合器系统总的场分布可以用每一一光纤的扰动，耦合器系统总的场分布可以用每一根光纤原来的场分布的线性叠加来表示，即光纤耦根光纤原来的场分布的线性叠加来表示，即光纤耦合器中两波导的耦合性质就可通过线性耦合方程来合器中两波导的耦合性质就可通过线性耦合方程来表示。表示。 这样，参数相

21、同的两根平行光纤沿互作用区域光这样，参数相同的两根平行光纤沿互作用区域光功率的分布为：功率的分布为：)(sin)()(cos)(202201CzPzPCzPzP式中，式中，P P0 0z=0z=0处注入光纤处注入光纤1 1中的光功率，初中的光功率，初始条件为始条件为P P1 1(0)(0)1,P1,P2 2(0)(0)0 0；P P1 1(z)(z)、P P2 2(z) (z) 沿互作用区沿互作用区z z处光纤处光纤1 1和光纤和光纤2 2中的光功率；中的光功率；z z两根光纤的互作用区的距离；两根光纤的互作用区的距离；C C两根光纤两根光纤HEHE1111模的耦合系数。模的耦合系数。 2.星

22、形星形耦合器耦合器（nm )星形耦合器如图星形耦合器如图3-7所示。所示。 功能：把功能：把n根光纤输入的光功率组合在一起，根光纤输入的光功率组合在一起，均匀地分配给均匀地分配给m根光纤输出根光纤输出,n和和m不一定相不一定相等。等。特点：该耦合器通常用作多端功率分配器。特点：该耦合器通常用作多端功率分配器。这种光耦合器与波长无关这种光耦合器与波长无关。 星形星形耦合耦合器器nm用用22耦合器拼接星型、树型耦合器耦合器拼接星型、树型耦合器星形耦合器应用星形耦合器应用 光耦合器的性能指标光耦合器的性能指标 以以X型光耦合器为例，其性能指标如下型光耦合器为例，其性能指标如下: 1. 插入损耗插入损

23、耗L： L=10LgP1/（P4+P3） dB 2. 耦合率耦合率C： C= P3/ P1 3. 分光比分光比R： R=P4/ P3 4. 隔离度隔离度I： I=10lg（P4+P3）/P2 dB 二.Wavelength-Dependent CouplersnWavelength-division multiplexers (WDM) types:n3 port devices (4th port terminated)n1310 / 1550 nm (“classic” WDM technology)n1480 / 1550 nm and 980 / 1550 nm for pumping

24、 optical amplifiers (see later)n1550 / 1625 nm for network monitoringnInsertion and rejection:nLow loss ( 1 dB) for path wavelengthnHigh loss (20 to 50 dB) for other wavelengthCommonl l1l l2详见第七章详见第七章3 光隔离器与光环行器光隔离器与光环行器一一.光隔离器光隔离器功能：只允许光波往一个方向上传输，阻功能：只允许光波往一个方向上传输，阻碍光波往其他方向特别是往反方向传输。碍光波往其他方向特别是往反方向

25、传输。指标要求指标要求:是正向入射光的插入损耗约是正向入射光的插入损耗约1dB，对反向光的隔离度大致为，对反向光的隔离度大致为4050dB。 用途：光通信系统用途：光通信系统IsolatorsnMain application:nTo protect lasers and optical amplifiers from light coming back (which otherwise can cause instabilities)nInsertion loss:nLow loss (0.2 to 2 dB) in forward directionnHigh loss in revers

26、e direction:20 to 40 dB single stage, 40 to 80 dB dual stage)nReturn loss:nMore than 60 dB without connectors隔离器工作原理隔离器工作原理 偏振器的作用：选择一定偏振方向的光偏振器的作用：选择一定偏振方向的光偏振器的特点是它有一透光轴，对理想偏振器的特点是它有一透光轴，对理想的偏振器，沿透光轴方向的偏振光能完的偏振器，沿透光轴方向的偏振光能完全通过，而与之垂直的偏振光则完全被全通过，而与之垂直的偏振光则完全被阻止。阻止。旋转器作用：改变偏振光的偏振方向旋转器作用：改变偏振光的偏振方向旋转

27、器常采用钇铁石榴石（旋转器常采用钇铁石榴石（YIG）晶片）晶片（或小球）外加磁场做成。（或小球）外加磁场做成。2.光隔离器的特性光隔离器的特性 如图所示，光隔离器的性能参数定义如下：如图所示，光隔离器的性能参数定义如下：正向插入损耗：正向插入损耗：L=10lgPi1/ P01 dB 反向损耗：反向损耗： L*=10lgPi2/ P02 dB隔离度隔离度I= L*-L=反向损耗反向损耗-正向损耗正向损耗反向输入反向输入Pi2反向输出反向输出P02正向输入正向输入Pi1正向输出正向输出P01光隔离器光隔离器二光环行器二光环行器 环行器除了有多个端口外，其工作原理与光隔环行器除了有多个端口外，其工作

28、原理与光隔离器类似。离器类似。 光纤环形器的应用：光纤环形器的应用：主要用于光分插复用器中主要用于光分插复用器中光发光发射机射机1光接光接收机收机1光环形器光环形器光接光接收机收机2光发光发射机射机2双向传输系统中双向传输系统中4 光开关光开关 q 光开关的功能是转换光路，实现光空光开关的功能是转换光路，实现光空间交换，它是光网络的重要器件。间交换，它是光网络的重要器件。q光开关在光通信中的作用有两类：光开关在光通信中的作用有两类：1.将某一光纤通道的光信号切断或开通；将某一光纤通道的光信号切断或开通；2.将某波长光信号由一光纤通道转换到另将某波长光信号由一光纤通道转换到另一光纤通道去；一光纤

29、通道去；光开关的特性参数主要有光开关的特性参数主要有插入损耗、回波损插入损耗、回波损耗、隔离度、串扰、工作波长、消光比、开耗、隔离度、串扰、工作波长、消光比、开关时间关时间等。等。光开关可分为两大类：光开关可分为两大类：机械光开关机械光开关：利用电磁铁或步进电机驱动：利用电磁铁或步进电机驱动光纤，棱镜或反射镜等光学元件实现光路转光纤，棱镜或反射镜等光学元件实现光路转换。换。非机械光开关非机械光开关：电光开关、磁光开关、集：电光开关、磁光开关、集成光路光开关。成光路光开关。 一一.机械光开关机械光开关 图图3-16 移动光纤式光开关移动光纤式光开关 移动反射镜式光开关移动反射镜式光开关 靠微型电

30、磁铁或压靠微型电磁铁或压电器件驱动光纤或电器件驱动光纤或反射光的光学元件反射光的光学元件发生机械移动，使发生机械移动，使光信号改变光纤通光信号改变光纤通道的光开关。道的光开关。 近年来正大力发展一种集成化的近年来正大力发展一种集成化的微机电系统（微机电系统（MEMS）开）开关关，在硅片上用微加工技术做出大量可移动的微型镜片构成，在硅片上用微加工技术做出大量可移动的微型镜片构成的开关阵列，通过静电力使微镜发生转动。下图是一个的开关阵列，通过静电力使微镜发生转动。下图是一个MEMS实例，它采用实例，它采用16个可以转动的微型反射镜，实现两个可以转动的微型反射镜，实现两组光纤束间的组光纤束间的44光

31、互连。光互连。 nMEMS(Micro Electromechanical System，即微电子机械系统)是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。n在当前MEMS所能达到的尺度下，宏观世界基本的物理规律仍然起作用，但由于尺寸缩小带来的影响（Scaling Effects），许多物理现象与宏观世界有很大区别，因此许多原来的理论基础都会发生变化，如力的尺寸效应、微结构的表面效应、微观摩擦机理等，因此有必要对微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微光学和微结构学进行深入的研究。nMEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功

32、能的元件和系统。二二. 非机械光开关非机械光开关 1. 电光开关的原理一般是利用铁电体、化合物半电光开关的原理一般是利用铁电体、化合物半导体、有机聚合物等材料的电光效应（导体、有机聚合物等材料的电光效应（Pockels效效应）或电吸收效应（应）或电吸收效应（Franz-Keldysh效应）以及硅效应）以及硅材料的等离子体色散效应，材料的等离子体色散效应，在电场的作用下改变在电场的作用下改变材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或者材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或者偏振等方法使光强突变或光路转变偏振等方法使光强突变或光路转变。 电光开关：通过对电介质施加电场使其折电光开关：通过对电介质施

33、加电场使其折射率分布发生改变，从而导致偏振光反射射率分布发生改变，从而导致偏振光反射特性改变，实现光开关，速率可达特性改变，实现光开关，速率可达 s级。级。磁光开关：利用某些旋磁材料在外加磁场磁光开关：利用某些旋磁材料在外加磁场作用下产生旋光性，使材料的光偏振面发作用下产生旋光性，使材料的光偏振面发生旋转实现光开关。生旋转实现光开关。集成光路光开关：利用集成光学集成光路光开关：利用集成光学Mach-Zehnder干涉仪的热光效应和电光效应实现，干涉仪的热光效应和电光效应实现，是未来光纤通信最有希望的光开关。是未来光纤通信最有希望的光开关。2.2.偏振强度调制型光开关偏振强度调制型光开关 3.热

34、光开关热光开关图图3-18 M-Z干涉干涉型热光开关型热光开关 数字热光开关数字热光开关（a）X型（开关）型（开关） (b)Y型（开关）型（开关）q固体光开关固体光开关优点：开关速度快，易于集成优点：开关速度快，易于集成缺点：插入损耗大，串音大。缺点：插入损耗大，串音大。q机械光开关机械光开关优点：插入损耗小，串音小。优点：插入损耗小，串音小。缺点：开关速度慢。缺点：开关速度慢。光交换方式：光交换方式：1.空分光交换空分光交换 是在空间域上将光信号进行是在空间域上将光信号进行交换。主要的功能元件是交换。主要的功能元件是空间光开关空间光开关。2.时分光交换时分光交换 在时间轴上将复用的光信号在时

35、间轴上将复用的光信号的时间位置从的时间位置从t1转换成另一时间位置转换成另一时间位置t2 。主要的功能元件是主要的功能元件是光纤延迟线光纤延迟线。3.波分光交换波分光交换 将波分复用信号中任一波长将波分复用信号中任一波长l l1变换成另一波长变换成另一波长l l2 。主要的功能元件是。主要的功能元件是波长转换器波长转换器。1.空分光交换空分光交换22光开关光开关4个个12光开关构成光开关构成基本的光纤型光开关的入端和出端各基本的光纤型光开关的入端和出端各有两条光纤，可以完成有两条光纤，可以完成平行和交叉平行和交叉两两种连接状态。种连接状态。有波导型，门型，机械型，热光开关有波导型，门型，机械型

36、，热光开关等实现方案。等实现方案。LiNbO3的方向耦合器构成的方向耦合器构成12光开关光开关2.时分光交换时分光交换目前的光时隙交换器都是由空间光开关和一组目前的光时隙交换器都是由空间光开关和一组光纤延迟线构成。光纤延迟线构成。光纤延迟线以光信号在其中传输一个时隙时间光纤延迟线以光信号在其中传输一个时隙时间经历的长度为单位，光信号需要延时几个时隙，经历的长度为单位，光信号需要延时几个时隙，就让它经过几个单位长度的光纤延迟线。就让它经过几个单位长度的光纤延迟线。123T光光开开关关光光开开关关t1,t2tTt1,t2tT3.波分光交换波分光交换波波分分复复用用器器l l1, l l2l lnl

37、 lml lz波波分分复复用用器器OTUOTUOTUl l2l l1l lnl lml lz4.复合光交换复合光交换5 偏振控制器偏振控制器 偏振控制器控制光的偏振态，可将任意偏振态偏振控制器控制光的偏振态，可将任意偏振态的输入偏振光，转变为输出端指定的偏振状的输入偏振光，转变为输出端指定的偏振状态。偏振控制器有广泛的应用。态。偏振控制器有广泛的应用。 主要类型有：主要类型有：q光纤型偏振控制器光纤型偏振控制器q波片型偏振控制器波片型偏振控制器光纤型偏振态光纤型偏振态控制器实物图控制器实物图图图3-19光纤型偏光纤型偏振控制器装置图振控制器装置图 波片型偏振控制器波片型偏振控制器图图3-20 偏振控制器原理图偏振控制器原理图 偏振控制器由两个相位波片偏振控制器由两个相位波片PP1和和PP2构成。构成。 PPl是是4光延迟器（或称波光延迟器（或称波片），片），PP2是是2波片。波片。 通过改变延迟量或主轴的方向通过改变延迟量或主轴的方向来实现偏振控制，有时配以光来实现偏振控制，有时配以光旋转器。旋转器。工作原理工作原理 一般输入为任意的椭圆偏振