学习笔记-光器件知识

1、1. 光通信用光器件分类：l 光无源器件Optical Passive Devices（光被动器件）l 光有源器件Optical Active Devices ( 光主动器件)1.1简介：光无源器件光纤通信系统中应用的光无源器件有光连接器、光耦合器、光隔离器、光衰减器、光开关，光滤波器和光波分复用器等。光无源器件在光纤通信系统中的功能是对输入的光信号作被动操作，如光束的分波和合波、分束和合束、光的开关、衰减和偏振控制等。类似于电子电路中的电阻、电容和电感元件。1.2简介：光有源器件光纤通信系统中应用的光有源器件有信号光源、泵浦光源、探测器、光调制器和光放大器等。光有源器件在光纤通信系统中的功能

2、是对光信号作主动操作，包括光信号的发射、探测和放大、光调制和波长变换等。并非接通电源的光器件都是有源器件。2. 光无源器件详细知识虽然对各种光无源器件的特性有不同的要求，但普遍的要求是插入损耗小、反射损耗大、工作温度范围宽、性能稳定、寿命长、体积小、隔离度高、价格便宜，许多光无源器件还要求便于集成。2.1光纤连接及光纤连接器2.1.1光纤连接：永久性连接，活动性连接永久性连接主要采用熔接法实现，借助光纤熔接机完成；活动性连接主要利用光纤连接器实现。2.1.2光纤连接器l 基本构成：两个配合插头和一个耦合管。l 五种结构：套管结构，双锥结构，V型槽结构，球面定心结构，透镜耦合结构l 连接器种类：

3、l 性能指标：(A)插入损耗：(B)回波损耗：(C)重复性和互换性我们的器材参数：所有的光无源器材都是FC/APC接口，光源是FC/PC接口（通过PC-APC跳线转接）。插入损耗：0.63db左右（以Faraday Rotator为例）回波损耗：60db左右（以Faraday Rotator为例）2.2光耦合器附：光纤分束器是将一根光纤内的波长、能量、偏振等特性进行重新分配到不同光纤的一种器件。分能量的一般叫光纤分路器或者光纤耦合器；分波长的是波分复用器；分偏振的是偏振分束器；l 作用：使传输中的光信号在特殊结构的耦合区发生耦合并进行再分配。l 类型：定向耦合器（X型）；Y型分路器；星型耦合器

4、；树形耦合器定向耦合器：光信号从端1传输到端3，一部分从端4输出，端2无输出；光信号从端3传输到端1，一部分从端2输出，端4无输出。定向耦合器可用作分路器，不能用作合路器。Y型耦合器：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。l 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“直通臂” 继续传输，另一部分则由“耦合臂”传到另一光路。l 特性参数：插入损耗：附加损耗：光纤耦合器的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带来的固有损耗；而插入损耗则表示的是各个输出端口的输出功率状况,不仅有固有损耗的因素

5、，而且也有分光比的影响。分光比：耦合比：隔离度：X型光耦合器由输入端1输入的光功率P1应从输出端3和输出端4输出，输入端2理论上应无光功率输出。但实际上输入端2还是有少量光功率输出（P2），其大小就表示了1、2两个端口的隔离程度。我们器材的参数：Insertion loss（port1 to port2）/（port1 to port3）=3.44/3.79Min. Extinction Ratio（port1 to port2）/（port1 to port3）=26/23输出端口有疑问，需核实2.3光隔离器l 作用：在光通路中防止光反射回光源，只允许光信号单向传输。l 组成与原理：l 特性

6、参数：插入损耗：隔离度：2.4光环形器光环行器除了有多个端口外，其工作原理与隔离器类似。在三端口环行器中，端口1输入的光信号在端口2输出，端口2输入的光信号在端口3输出，端口3输入的光信号在端口1输出。2.5光衰减器l 作用：对光能量进行预期的衰减，使光能量减少。l 分类（按工作原理）：合器型光衰减器、位移型光衰减器和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，固定在光纤的端面上或光传输通路中，达到衰减信号的目的，可制成固定光衰减器也可制成可变光衰减器。2.6光开关l 作用：转换光路，实现光交换l 端口分类：根据输入和输出端口数不同，光开关可分为1×1，1×

7、;2，1×N，2×2， M×N等多种。l 机械式光开关：利用机械装置驱动光学元件实现光路转换。插入损耗小，隔离度高，串扰小，技术成熟；开关速度慢，开关尺寸较大，不易集成。l 非机械式光开关开关速度快，体积小，便于光集成；插入损耗大，隔离度低，串扰大。电光开关：利用材料的电光效应原理制成的。热光开关：利用材料的电光效应原理制成的。声光开关：利用材料的声光效应原理制成的。磁光开关：利用材料的磁光效应原理制成的。l 特性参数：插入损耗、回波损耗、隔离度、开关时间等。 2.7光波分复用器l 作用：对光波波长进行分离和合成，能将多个光载波进行合波或分波，使光纤通信的容量成倍

8、增加。波分复用器包括复用器（光合波器）和解复用器（光分波器）。l 传输原理：当器件作解复用器时，注入到入射端（单端口）的各种光波信号，分别按波长传输到对应的出射端（N个端口之一），对于不同的工作波长其输出端口是不同的。在给定的工作波长的光信号从输入单端口传输到对应的输出端口时，器件具有最低的插入损耗；而其他输出端口对该输入光信号具有理想的隔离。在器件用作复用器时，其作用同上述情况相反。l 波分复用器的分类：角色散型、介质膜干涉型、光纤耦合型和集成光波导型。l 性能参数：复用中心波长、信道通信带宽、插入损耗、回波损耗、隔离度、最大光功率、温度稳定性等。2.8偏振光分束器PBS（polarizat

9、ion beam splitter）偏振分光棱镜偏振分光棱镜能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光。其中P偏光完全通过，而S偏光以45度角被反射，出射方向与P光成90度角。不像吸收型偏振片（absorptive polarizers），PBS并不吸收和浪费拒绝的偏振态，所以更适合高能光束。在我们的实验中，单模口为port1，V轴口为port2，H轴口为port3.2.9法拉第旋转器A Faraday rotator is an optical device that rotates the polarization of light due to the Faraday effect, whi

10、ch in turn is based on a magneto-optic effect.法拉第旋转器通过法拉第效应来旋转光的偏振态。The Faraday rotator works because one polarization of the input light is in ferromagnetic resonance with the material which causes its phase velocity to be higher than the other.The plane of linearly polarized light is rotated when

11、a magnetic field is applied parallel to the propagation direction.The empirical angle of rotation is given by:旋转角公式：= V B dWhere is the angle of rotation (in radians).B is the magnetic flux density in the direction of propagation (in teslas).磁感应强度d is the length of the path (in metres) where the light and magnetic field interact.光磁相互作用的长度Then V is the Verdet constant for the material. 材料性质2.10光波长转换器l 作用：光信号从一个波长转换为另一个波长。l 按波长变换原理分类：光电再生型、增益饱和型、相位调制型和四波混频型使用光纤无源器件时的注意事项：l