PDTOSAROSABOSAWDMPLCFBT隔离器光开关

1、Introduction of optical devices used in Communication system1.Profile2.Introduction of basic parameters3.TOSA,ROSA and BOSA (Active devices)4. Passive devicesProfile通信用光光器件可可以分为为有源器器件和无无源器件件两种类类型。不不依靠外外加电源源（直流流或交流流）的存存在就能能独立表表现出其其外特性性的器件件就是无无源器件件。否则则就称为为有源器器件。有源器件件包括光光源、光光检测器器和光放放大器，这些器器件是光光发射机机、光光接

2、收机机和光中中继器的的关键器器件，和和光纤一一起决定定着基本本光纤传传输系统统的水平平。光无源器器件主要要有连接接器、耦耦合器、波分复复用器、调制器器、光开开关和隔隔离器等等，这些些器件对对光纤通通信系统统的构成成、功能能的扩展展和性能能的提高高都是不不可缺少少的。光放大器器Basicparameters1、插入损损耗：IL-InsertionLoss2、回波损损耗：RL-ReturnLossIL测量RL测量3、方向性性：DIR-Directivity4、过盈损损耗：EL-ExcessLoss5、损耗一一致性：ILUniformity:ILmax-ILmin6、波长依依存损耗耗：WDL:Wav

3、elengthDependentLossPDL是光器件件或系统统在所有有偏振状状态下的的最大传传输差值值。它是是光设备备在所有有偏振状状态下最最大传输输和最小小传输的的比率。PDL定义如下下：PDL=-10logTmax/Tmin其中Tmax和Tmin分别表示示测试器器件（DUT）的最大大传输和和最小传传输。7、温度依依存损耗耗TDL:TemperatureDependent LossTDL(2585)= TDL(85)-TDL(25)TDL(25-40)= TDL(-40)-TDL(25)TDL(85-40)= TDL(-40)-TDL(85)TOSA(1)在正常状状态下，电子处处于低能能级

4、E1，在入射射光作用用下，它它会吸收收光子的的能量跃跃迁到高高能级E2上，这种种跃迁称称为受激激吸收。电子跃跃迁后，在低能能级留下下相同数数目的空空穴.(2)在高能级级E2的电子是是不稳定定的，即即使没有有外界的的作用， 也会会自动地地跃迁到到低能级级E1上与空穴穴复合，释放的的能量转转换为光光子辐射射出去，这种跃跃迁称为为自发辐辐射。(3)在高能级级E2的电子，受到入入射光的的作用，被迫跃跃迁到低低能级E1上与空穴穴复合，释放的的能量产产生光辐辐射，这这种跃迁迁称为受受激辐射射。ROSA3.Passivedevices一个完整整的光纤纤通信系系统，除除光纤、光源和和光检测测器外， 还需需要许

5、多多其它光光器件，特别是是无源器器件。这这些器件件对光纤纤通信系系统的构构成、功功能的扩扩展或性性能的提提高，都都是不可可缺少的的。虽虽然对各各种器件件的特性性有不同同的要求求，但但是普遍遍要求插插入损耗耗小、反反射损耗耗大、工工作温度度范围宽宽、性能能稳定、寿命长长、体体积小、价格便便宜，许许多器器件还要要求便于于集成。本节主主要介绍绍无源光光器件的的类型、原理和和主要性性能。3.1连接器和和接头连接器是是实现光光纤与光光纤之间间可拆卸卸(活动)连接的器器件，主主要用用于光纤纤线路与与光发射射机输出出或光接接收机输输入之间间，或光光纤线路路与其他他光无源源器件之之间的连连接。表表3.5给出光

6、纤纤连接器器的一般般性能。 接头头是实现现光纤与与光纤之之间的永永久性(固定)连接，主主要用于于光纤线线路的构构成，通通常在工工程现场场实施。连接器器件是光光纤通信信领域最最基本、应用最最广泛的的无源器器件。 连连接器有有单纤(芯)连接器和和多纤(芯)连接器， 其特特性主要要取决于于结构设设计、加加工精度度和所用用材料。单纤连连接器结结构有许许多种类类型，其其中精密密套管结结构设计计合理、效果良良好，适适宜大规规模生产产，因因而得到到很广泛泛的应用用。表3.5光纤连接接器一般般性能图3.27示出精密密套管结结构的连连接器简简图，包包括用于于对中的的套管、带有微微孔的插插针和端端面的形形状(图中

7、画出出平面的的端面)。 光纤纤固定在在插针的的微孔内内，两支支带光纤纤的插针针用套管管对中实实现连接接。要要求光纤纤与微孔孔、插针针与套管管精密配配合。对对低插入入损耗的的连接器器，要求求两根光光纤之间间的横向向偏移在在1 m以内，轴轴线倾倾角小于于0.5。普通的的FC型连接器器，光纤纤端面为为平面。 对于于高反射射损耗的的连接器器，要要求光纤纤端面为为球面或或斜面，实现物物理接触触(PC)型。套管管和插针针的材料料一般可可以用铜铜或不锈锈钢，但但插针针材料用用ZrO2陶瓷最理理想。ZrO2陶瓷机械械性能好好、耐耐磨，热热膨胀胀系数和和光纤相相近，使使连接器器的寿命命(插拔次数数)和工作温温度

8、范围围(插入损耗耗变化0.1 dB)大大改善善。图3.27套管结构构连接器器简图一种常用用的多纤纤连接器器是用压压模塑料料形成的的高精度度套管和和矩形外外壳，配配合陶瓷瓷插针构构成的，这种方方法可以以做成2纤或4纤连接器器。另一一种多纤纤连接器器是把光光纤固定定在用硅硅晶片制制成的精精密V形槽内，然后多多片叠加加并配合合适当外外壳。这这种多纤纤连接器器配合高高密度带带状光缆缆，适适用于接接入网或或局域网网的连接接。对于实现现固定连连接的接接头，国国内外大大多借助助专用自自动熔接接机在现现场进行行热熔接接，也可可以用V形槽连接接。热熔熔接的接接头平均均损耗达达0.05 dB/个。3.3.2光耦合

9、器器耦合器的的功能是是把一个个输入的的光信号号分配给给多个输输出，或或把多多个输入入的光信信号组合合成一个个输出。这种器器件对光光纤线路路的影响响主要是是附加插插入损耗耗，还有有一定的的反射和和串扰噪噪声耦合合器大多多与波长长无关，与波长长相关的的耦合器器专称为为波分复复用器/解复用器器。1.耦合器类类型图3.28示出常用用耦合器器的类型型，它它们各具具不同的的功能和和用途。T形耦合器器这是一一种22的3端耦合器器，见见图3.28(a)， 其功功能是把把一根光光纤输入入的光信信号按一一定比例例分配给给两根光光纤，或或把两两根光纤纤输入的的光信号号组合在在一起，输入一一根光纤纤。图3.28常用耦

10、合合器的类类型这种耦合合器主要要用作不不同分路路比的功功率分配配器或功功率组合合器。星星形耦合合器这是是一种nm耦合器，见图3.28(b)，其功能能是把n根光纤输输入的光光功率组组合在一一起，均均匀地分分配给m根光纤，m和n不一定相相等。这这种耦合合器通常常用作多多端功率率分配器器。定向耦合合器这是是一种22的3端或4端耦合器器，其功功能是分分别取出出光纤中中向不同同方向传传输的光光信号。见图3.28(c)，光信号号从端1传输到端端2， 一部部分由端端3输出，端端4无输出；光信号号从端2传输到端端1，一部分分由端4输出，端端3无输出。定向耦耦合器可可用作分分路器，不能用用作合路路器。波分复用用

11、器/解复用器器(也称合波波器/分波器)这是一种种与波长长有关的的耦合器器，见图图3.28(d)。波分复复用器的的功能是是把多个个不同波波长的发发射机输输出的光光信号组组合在一一起，输输入到一一根光纤纤；解复复用器是是把一根根光纤输输出的多多个不同同波长的的光信号号，分分配给不不同的接接收机。2.基本结构构耦合器的的结构有有许多种种类型，其中比比较实用用和有发发展前途途的有光光纤型、微器件件型和波波导型，图3.29图3.32示出这三三种类型型的有代代表性器器件的基基本结构构。图3.29光纤型耦耦合器(a)定向耦合合器；(b)88星形耦合合器；(c)由12个22耦合器组组成的88星形耦合合器光纤型

12、把把两根或或多根光光纤排列列，用熔熔拉双锥锥技术制制作各种种器件。这种方方法可以以构成T型耦合器器、定向向耦合器器、星型型耦合器器和波分分解复用用器。图图3.29(a)和(b)分别示出出单模22定向耦合合器和多多模nn星形耦合合器的结结构。单单模星形形耦合器器的端数数受到一一定限制制，通常常可以用用22耦合器组组成，图图3.29(c)示出由12个单模22耦合器组组成的88星形耦合合器。图3.29(a)所示定向向耦合器器可以制制成波分分复用/解复用器器。如如图3.30，光纤a(直通臂)传输的输输出光功功率为Pa，光纤b(耦合臂)的输出光光功率为为Pb，根据耦耦合理论论得到Pa=cos2(CL)(

13、3.28a)Pb=sin2(CL)图3.30光纤型波波分解复复用器原原理式中，L为耦合器器有效作作用长度度，C为取决于于光纤参参数和光光波长的的耦合系系数。设特定波波长为1和2，选择光光纤参数数，调整整有效作作用长度度，使得得当光纤纤a的输出Pa(1)最大时，光纤b的输出Pb(1)=0；当Pa(2)=0时，Pb(2)最大。对对于1和2分别为1.3m和1.55 m的光纤型型解复用用器，可可以做到到附加损损耗为0.5dB，波长隔隔离度大大于20dB。微器件型型用自聚焦焦透镜和和分光片片(光部分透透射，部部分反反射)、滤光片片(一个波长长的光透透射，另另一个波波长的光光反射)或光栅(不同波长长的光有

14、有不同反反射方向向)等微光学学器件可可以构成成T型耦合器器、定向向耦合器器和波分分解复用用器，如如图3.31所示。图3.31微器件型型耦合器器(a)T形耦合器器；(b)定向耦合合器；(c)滤光式解解复用器器；(d)光栅式解解复波导型在在一片平平板衬底底上制作作所需形形状的光光波导，衬底作作支撑体体，又作作波导包包层。波波导的材材料根据据器件的的功能来来选择，一般是是SiO2，横截面面为矩形形或半圆圆形。图图3.32示出波导导型T型耦合器器、定向向耦合器器和用滤滤光片作作为波长长选择元元件的波波分解复复用器。图3.32波导型藕藕合器3.3.3光隔离器器与光环环行器耦合器和和其他大大多数光光无源器

15、器件的输输入端和和输出端端是可以以互换的的，称之之为互易易器件。然而在在许多实实际光通通信系统统中通常常也需要要非互易易器件。隔离器器就是一一种非互互易器件件，其主主要作用用是只允允许光波波往一个个方向上上传输，阻止光光波往其其他方向向特别是是反方向向传输。隔离器器主要用用在激光光器或光光放大器器的后面面，以避避免反射射光返回回到该器器件致使使器件性性能变坏坏。插入入损耗和和隔离度度是隔离离器的两两个主要要参数，对正向向入射光光的插入入损耗其其值越小小越好，对反向向反射光光的隔离离度其值值越大越越好，目目前插插入损耗耗的典型型值约为为1 dB，隔离度度的典型型值的大大致范围围为4050dB。首

16、先介绍绍一下光光偏振(极化)的概念。单模光光纤中传传输的光光的偏振振态(SOP：StateofPolarization)是在垂直直于光传传输方向向的平面面上电场场矢量的的振动方方向。在在任何时时刻，电电场矢量量都可以以分解为为两个正正交分量量，这两两个正交交分量分分别称为为水平模模和垂直直模。隔离器工工作原理理如图3.34所示。这这里假设设入射光光只是垂垂直偏振振光，第第一个偏偏振器的的透振方方向也在在垂直方方向，因因此输输入光能能够通过过第一个个偏振器器。紧接接第一个个偏振器器的是法法拉弟旋旋转器，法拉弟弟旋转器器由旋光光材料制制成，能能使光的的偏振态态旋转一一定角度度，例如如45，并且其其

17、旋转方方向与光光传播方方向无关关。图3.34隔离器的的工作原原理法拉弟旋旋转器后后面跟着着的是第第二个偏偏振器， 这个个偏振器器的透振振方向在在45方向上，因此经经过法拉拉弟旋转转器旋转转45后的光能能够顺利利地通过过第二个个偏振器器，也就就是说光光信号从从左到右右通过这这些器件件(即正方向向传输)是没有损损耗的(插入损耗耗除外)。另一方方面，假假定在右右边存在在某种反反射(比如接头头的反射射)， 反射射光的偏偏振态也也在45方向上，当反射射光通过过法拉弟弟旋转器器时再继继续旋转转45，此时就就变成了了水平偏偏振光。水平偏偏振光不不能通过过左面偏偏振器(第一个偏偏振器)， 于是是就达到到隔离效

18、效果。然而在实实际应用用中，入入射光的的偏振态态(偏振方向向)是任意的的，并且且随时间间变化，因此必必须要求求隔离器器的工作作与入射射光的偏偏振态无无关，于于是隔离离器的结结构就变变复杂了了。一种种小型的的与入射射光的偏偏振态无无关的隔隔离器结结构如图图3.35所示。图3.35一种与输输入光的的偏振态态无关的的隔离器器具有任意意偏振态态的入射射光首先先通过一一个空间间分离偏偏振器(SWP:Spatial Walkoff Polarizer)。这个SWP的作用是是将入射射光分解解为两个个正交偏偏振分量量，让垂垂直分量量直线通通过，水水平分分量偏折折通过。两个分分量都要要通过法法拉弟旋旋转器， 其偏偏振态都都要旋转转45。法拉弟弟旋转器器后面跟跟随的是是一块半半波片plate或halfwaveplate。这个半半波片的的作用是是将从左左向右传传播的光光的偏振振态顺时时针旋转转45，将从右右向左传传播的光光的偏振振态逆时时针旋转转45。因而法法拉弟旋旋转器与与半波片片的组合合可以使使垂直偏偏振光变变为水平平偏振光光，反之之亦然。最后两两个分量量的光在在输出端端由另一一个SWP合在一起起输出， 如图图3.35