《光纤光学》光纤无源器件-课件

光纤无源器件《光纤光学》第六章I1ppt课件ComponentsandModulesinDWDMNetworks

DWDMThinfilmfiltersFibergratingsWaveguidesCirculatorsInterleaversMux/Demux

modulesAmplifiersIsolatorsTapcouplersPumplasersGainequalizersAttenuatorsIntegrated

amplifiersSOAsOpticalSwitchesCirculatorsCouplersAdd/dropmodulesSwitchingTransmissionSourcelasersModulatorsWavelockersReceiversDetectorsTx/RxmodulesOver9000Products2ppt课件6.1光纤无源器件何为光纤无源器件？

Opticalfiberpassivedevices

无需借助外部的电或光的能量你所知道的光纤无源器件？。。。。。。3ppt课件光纤连接器Connector光纤衰减器Attenuator光纤耦合器Coupler光纤滤波器Filter光纤隔离器与环行器Isolator&Circulator光开光Switches6.1光纤无源器件4ppt课件

光纤连接器—Connector光纤连接器的功能： 光纤(缆)活动连接器是实现光纤(缆)之间活动连接的光无源器件，它还具有将光纤(缆)与其他无源器件、光纤(缆)与系统和仪表进行活动连接的功能。5ppt课件光纤连接器由三个部分组成的：两个匹配插头和一个耦合管。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套管的作用。光纤活动连接器基本结构：

光纤连接器—Connector6ppt课件连接器的类型——按接头外形分类FCSCLCNTT公司开发。其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣日本NTT公司开发的光纤连接器。其外壳呈矩形，紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转，具有安装密度高的特点。ST由Belllab开发出来。采用操作方便的模块化插孔闩锁机理制成。其所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为1.25mm，提高了光配线架中连接器的密度。目前，在单模光纤方面，LC类型的连接器实际已经占据了主导地位。由AT＆T开发出来，是双锥型连接器。ST光纤连接器有一个直通和卡口式锁定机构。7ppt课件8ppt课件

光纤连接器—Connector技术指标：插入损耗：光信号通过连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。回波损耗：反射损耗，光纤连接处，后向反射光相对输入光的比率的分贝数。重复性和互换性9ppt课件损耗来源

光连接器—Connector10ppt课件活动连接器方法：利用精密陶瓷套筒准直纤芯插入损耗目前水平0.2dB减低反射技术：APC类型：FC、SC、ST其它：多芯光缆连接器、保偏光纤连接器、密封型光纤连接器11ppt课件固定连接器包括：熔接法、V形槽法和套管法12ppt课件

光纤衰减器—Attenuator根据工作原理分类：位移型光衰减器横向位移型光衰减器纵向位移型光衰减器直接镀膜型光衰减器（吸收模或反射模型）衰减片型光衰减器液晶型光衰减器光衰减器13ppt课件光衰减器固定光衰减器可变光衰减器尾纤式固定光衰减器转\变换器式固定光衰减器SC-FC型、FC-ST型、SC-ST型、SC型、FC型、ST型小可变光衰减器步进可变光衰减器连续可变光衰减器机械型智能型

光纤衰减器—Attenuator14ppt课件技术指标：衰减量、精度、反射、插损固定光衰减器尾纤式衰减量调节旋钮

光纤衰减器—Attenuator15ppt课件16ppt课件17ppt课件

光纤耦合器—Coupler定义：对同一波长的光功率进行分路或合路类型：Y型、X型22耦合器、1N型、MN型全光纤型、微光元件型、集成光波导型功能：光信号的分配、合成、提取、监控等。132124318ppt课件工作原理消逝场耦合。PutthecorescloseenoughtogethertogetacouplingeffectAllnowdependsonthelengthofthecouplingsection19ppt课件CommoncommercialdevicesPlanarWaveguideCoupler20ppt课件C--耦合系数22光纤耦合器P4P0输入功率P1直通功率P3串扰P2耦合功率L锥形区域L锥形区域Z耦合区域21ppt课件被驱动光纤的相位总比驱动光纤的相位滞后/2。耦合区两纤芯中光功率随耦合区长度的耦合交换规律。可根据耦合比要求，决定拉伸长度，但拉锥长度太长，纤芯变得过细后，将引起能量辐射，功率降低，插入损耗明显增加。22ppt课件1、插入损耗：特定的端口到另一端口路径的损耗。如从输入端口i到输出端口j的路径中的插入损耗为：2、附加损耗：输入功率对总的输出功率的比值。3、串扰：一个端口的输入信号与散射或反射回另一个输入端口的光功率间的隔离度。以22光纤耦合器为例：4、分光比或耦合比：输出端口间光功率分配的百分比技术指标：串扰＝P0P1P2P323ppt课件散射矩阵表示法以22耦合器为例，用散射矩阵(传播矩阵)S来分析：输入场强a1a2b1b2S11S22S21S12输出场强b＝Sa24ppt课件在无源22耦合器中，使用相同的波长将两个输入端所有的功率同时耦合进同一输出端口是不可能的。最好的方法是将每路输入功率的一半发送到同一输出端。然而，如果两个输入端的波长不同，就可以把大部分功率耦合进同一根光纤中。

波长相同的两束光，分别从a1和a2两个端口输入，能否将两个输入端所有的功率同时耦合进同一输出端口？散射矩阵表示法假如从端口a1输入的光功率中有比例为(1－)的部分出现在输出端口b1，剩余的部分出现在端口b2。散射矩阵：a1a2b1b225ppt课件令Ein,2=0，则有Eout,1=(1/2)Ein,1和Eout,2=(j/2)Ein,1

，输出功率为：

Pout,1=Eout,1Eout,1*=1/2Ein,12=1/2P0Pout,2=Eout,2Eout,2*=1/2Ein,12=1/2P03dB耦合器，＝0.5，输出场强：22光纤耦合器26ppt课件27ppt课件1，221直通臂耦合臂1

21212121

21

21

21

2公共臂光纤WDM耦合器PinP1P2z28ppt课件Treecoupler树形耦合器29ppt课件StarCoupler星形耦合器P1PNPi1iN(P1+P2+…+PN)/N30ppt课件

熔融拉锥法的原理： 熔融拉锥法就是将两根(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，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，实现传输光功率耦合的一种方法。光纤耦合器的制备31ppt课件光纤耦合器的制备32ppt课件分类：基于干涉原理的滤波器：熔锥光纤滤波器、Fabry-Perot滤波器、马赫-曾德干涉滤波器基于光栅原理的滤波器：光纤光栅滤波器、阵列波导光栅滤波器（AWG）、声光可调谐滤波器光纤滤波器33ppt课件熔锥光纤滤波器利用熔锥型光纤耦合器的波长依赖性。设计熔融区的锥度，控制拉锥速度。特点：插损低、结构简单、温度稳定性高、隔离度低、复用波长数少（两波）应用：波长间隔较宽，常用于1300nm/1550nm、980nm/1550nm、1480nm/1550nm波长的分离34ppt课件光纤法布里-珀罗滤波器腔内介质入射光包层纤芯反射光透射光35ppt课件光纤法布里-珀罗滤波器36ppt课件F-P滤波器特性自由谱区FSR(FreeSpectralRange)：相邻两个谐振频率的间距。

FSR=C/2nd

n-中间介质折射率；d-腔长3dB带宽F：传输系数的数值降为最大值的一半应的频带宽度。R越大，F越窄精细度F(Finesse)：自由谱区与3dB带宽之比。

R越大，精细度越大。37ppt课件FrequencyFFSR＝C/2nd高反射率窄带滤波器38ppt课件可调光纤F-P滤波器(FFP)39ppt课件Mach-ZehnderInterferometer(MZI)解/复用器l1l2l1l2l1l2l1l240ppt课件相邻波导长度差DLN×MM×NAWG是MZI的扩展:阵列波导光栅Arrayed-waveguide-gratingAWG:规则排列的波导，相邻波导的长度相差固定值L，因而产生的相移随波长而变。41ppt课件AWG特点：信道间隔（1.60.80.4nm）端口（18116132164)需要温控（0.01nm/C0)插损不随通道数增加(6~7dB)高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损）隔离度~22dBPDL<1dB

应用：复用/解复用（16通道以上WDM系统中最具竞争力的器件）42ppt课件光纤光栅的形成：光纤敏化（载氢或光敏光纤）--紫外光（~244nm）以光栅条纹方式照射光纤--形成折射率光栅。反射中心波长纤芯的有效折射率光栅周期光纤光栅FBG43ppt课件根据不同的折射率分布，FBG分类：1.均匀的Bragg光栅：谐振峰两边有一些旁瓣。由于光纤光栅两端折射率突变引起F-P效应导致的。旁瓣分散了光能量，不利于其应用，需进行旁瓣抑制。44ppt课件

2.切趾型光栅apodisation：两端折射率分布逐渐递减至零，消除了折射率突变，从而使反射谱不存在旁瓣45ppt课件3.啁啾光栅ChirpedFBGs：折射率调制幅度不变，而周期沿光栅轴向变化，反射谱宽增加短波长长波长46ppt课件4.取样光栅Sampledgratings：梳状滤波器5.相移光栅Phase-shiftedFBGs:相移47ppt课件FBG应用：滤波器、色散补偿器、光纤激光器等现状:制作方式还不能满足商业要求器件性能还未达到替代已商用器件的程度特点：插损小带宽窄易于光纤连接低成本温度特性（0.0125nm/oC未补偿,0.0007nm/oC经补偿)应力敏感48ppt课件实现对光纤光栅的折射率调制LaserBeam-1级+1级0级<3%TranslationofUVBeam相位模板光纤zn0n0+neffn干涉区域49ppt课件FabricationofFiberGratingsPhasemaskOpticalfiberUVlaserPulse193nmor248nmDiffractionbeams(-1,0,+1orders)FiberBraggGrating50ppt课件PhasemaskOpticalfibercwUVlaser244nmFiberBraggGratingFabricationofFiberGratings51ppt课件Frequency-doubledArgonLaser(244nm)OSAPCmirrorwaveplatetunablelaserorBBS

fiberholderphasemaskmirrorcylindricallensmirrortranslationstageFabricationofFiberGratings52ppt课件长周期光纤光栅：能量耦合:传输模---同向的包层模P阶包层模耦合至包层模的能量迅速损耗---损耗的波长相关性应用:EDFA的增益均衡AmplitudemaskOpticalfiber53ppt课件2023/6/554CO2lasermethodforLPGFabricationmethodsFocusedCO2laserPeriodicmechanicalpressure

FiberdeformationStressrelaxationCO2laserOSASLD–SuperLuminescentDiodeOSA–OpticalSpectrumAnalyzerCCD–ChargeCoupledDeviceCCDCameraSLDPCF54ppt课件光隔离器与环行器Isolators&Circulators非互易器件用途：放置于激光器及光放大器前面，防止系统中的反射光对器件性能的影响甚至损伤，即只允许光单向传输。主要指标：低的插入损耗(对正向入射光，~1dB)高的隔离度(对反向反射光，40~50dB)原理：一般由起偏器、检偏器和旋光器组成。55ppt课件与输入偏振态有关的光隔离器的工作原理Polarizer

Polarizer

Faradayrotator

Blocked

Reflectlight

SOPLightout

Lightin

起偏器与检偏器的透光轴成450角，旋光器使通过的光发生450旋转。当垂直偏振光入射时，全部通过起偏器。经旋光器后，光轴旋转450，恰与检偏器透光轴一致而获得低损耗传输。如果有反射光出现且反向进入隔离器的只是与检偏器光轴一致的那一部分光，经旋光器被旋转450

，变成水平线偏振光，正好与起偏器透光轴垂直，所以光隔离器能阻止反射光的通过。光隔离器56ppt课件光隔离器57ppt课件IsolatorsIsolator/couplerhybrids光隔离器c58ppt课件光环行器基本原理：工作原理等同于隔离器，光传送顺序：1234（三端口，四端口，多端口）主要特性：

插入损耗隔离度价格三端口光环行器四端口光环行器59ppt课件光环行器端口12端口2360ppt课件

光开关Switches实现光通道的通断和转换。光网络中的关键器件。开关时间是光开关的主要指标。不同的应用场合,对光开关的开关时间要求不同。应用开关时间需求光路的交换及管理(OADM、OXC)1~10ms保护开关1~10ms光包交换1ns外调制10ps

消光比、插损、串话、偏振相关性(PDL)也是光开关的重要参数61ppt课件

机械光开关热光开关电光开关微光机电系统（MOEMS）光开关的分类62ppt课件机械式光开关特点：低插损、低PDL、低串话(隔离度高)、性能稳定、低价格，但速度慢(~ms)只能用在OXC和OADM节点中。是目前最为成熟，应用最广的光开关活动光纤光纤光纤固定装置63ppt课件热光效应光开关基本结构：MZ干涉仪，通过改变某一干涉臂的材料温度，而改变其相位差，进而实现光信号的通断特点：可以集成、开关速度优于机械式（ms）3dB耦合器波导臂薄膜加热器相位移动64ppt课件电光效应光开关LiNbO3波导型电光开关：等同于外调制器特点：速度快（10ps~1ns）、偏振敏感、价格昂贵半导体光放大器SOA光开关：改变SOA驱动电流来实现特点：速度快（~ns）、无损