光纤光学无源

光纤光学无源1第1页，课件共72页，创作于2023年2月ComponentsandModulesinDWDMNetworks

DWDMThinfilmfiltersFibergratingsWaveguidesCirculatorsInterleaversMux/Demux

modulesAmplifiersIsolatorsTapcouplersPumplasersGainequalizersAttenuatorsIntegrated

amplifiersSOAsOpticalSwitchesCirculatorsCouplersAdd/dropmodulesSwitchingTransmissionSourcelasersModulatorsWavelockersReceiversDetectorsTx/RxmodulesOver9000Products2第2页，课件共72页，创作于2023年2月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？。。。。。。3第3页，课件共72页，创作于2023年2月光纤连接器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4第4页，课件共72页，创作于2023年2月光纤连接器—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。5第5页，课件共72页，创作于2023年2月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—Connector6第6页，课件共72页，创作于2023年2月连接器的类型——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。7第7页，课件共72页，创作于2023年2月8第8页，课件共72页，创作于2023年2月光纤连接器—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9第9页，课件共72页，创作于2023年2月损耗来源光连接器—Connector10第10页，课件共72页，创作于2023年2月活动连接器方法：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11第11页，课件共72页，创作于2023年2月固定连接器包括：熔接法、V形槽法和套管法12第12页，课件共72页，创作于2023年2月光纤衰减器—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13第13页，课件共72页，创作于2023年2月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—Attenuator14第14页，课件共72页，创作于2023年2月技术指标：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—Attenuator15第15页，课件共72页，创作于2023年2月16第16页，课件共72页，创作于2023年2月17第17页，课件共72页，创作于2023年2月光纤耦合器—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。132124318第18页，课件共72页，创作于2023年2月工作原理消逝场耦合。PutthecorescloseenoughtogethertogetacouplingeffectAllnowdependsonthelengthofthecouplingsection19第19页，课件共72页，创作于2023年2月CommoncommercialdevicesPlanarWaveguideCoupler20第20页，课件共72页，创作于2023年2月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21第21页，课件共72页，创作于2023年2月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。22第22页，课件共72页，创作于2023年2月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＝P0P1P2P323第23页，课件共72页，创作于2023年2月散射矩阵表示法以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＝Sa24第24页，课件共72页，创作于2023年2月在无源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：a1a2b1b225第25页，课件共72页，创作于2023年2月令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26第26页，课件共72页，创作于2023年2月27第27页，课件共72页，创作于2023年2月1，221直通臂耦合臂1

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2公共臂光纤WDM耦合器PinP1P2z28第28页，课件共72页，创作于2023年2月Treecoupler树形耦合器29第29页，课件共72页，创作于2023年2月StarCoupler星形耦合器P1PNPi1iN(P1+P2+…+PN)/N30第30页，课件共72页，创作于2023年2月

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31第31页，课件共72页，创作于2023年2月光纤耦合器的制备32第32页，课件共72页，创作于2023年2月分类：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33第33页，课件共72页，创作于2023年2月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34第34页，课件共72页，创作于2023年2月光纤法布里-珀罗滤波器腔内介质入射光包层纤芯反射光透射光35第35页，课件共72页，创作于2023年2月光纤法布里-珀罗滤波器36第36页，课件共72页，创作于2023年2月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。37第37页，课件共72页，创作于2023年2月FrequencyFFSR＝C/2nd高反射率窄带滤波器38第38页，课件共72页，创作于2023年2月可调光纤F-P滤波器(FFP)39第39页，课件共72页，创作于2023年2月Mach-ZehnderInterferometer(MZI)解/复用器l1l2l1l2l1l2l1l240第40页，课件共72页，创作于2023年2月相邻波导长度差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。41第41页，课件共72页，创作于2023年2月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）42第42页，课件共72页，创作于2023年2月光纤光栅的形成：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FBG43第43页，课件共72页，创作于2023年2月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。44第44页，课件共72页，创作于2023年2月

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45第45页，课件共72页，创作于2023年2月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46第46页，课件共72页，创作于2023年2月4.取样光栅Sampledgratings：梳状滤波器5.相移光栅Phase-shiftedFBGs:相移47第47页，课件共72页，创作于2023年2月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48第48页，课件共72页，创作于2023年2月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49第49页，课件共72页，创作于2023年2月FabricationofFiberGratingsPhasemaskOpticalfiberUVlaserPulse193nmor248nmDiffractionbeams(-1,0,+1orders)FiberBraggGrating50第50页，课件共72页，创作于2023年2月PhasemaskOpticalfibercwUVlaser244nmFiberBraggGratingFabricationofFiberGratings51第51页，课件共72页，创作于2023年2月Frequency-doubledArgonLaser(244nm)OSAPCmirrorwaveplatetunablelaserorBBSfiberholderphasemaskmirrorcylindricallensmirrortranslationstageFabricationofFiberGratings52第52页，课件共72页，创作于2023年2月长周期光纤光栅：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AmplitudemaskOpticalfiber53第53页，课件共72页，创作于2023年2月2023/7/3054CO2lasermethodforLPGFabricationmethodsFocusedCO2laserPeriodicmechanicalpressure

FiberdeformationStressrelaxationCO2laserOSASLD–SuperLuminescentDiodeOSA–OpticalSpectrumAnalyzerCCD–ChargeCoupledDeviceCCDCameraSLDPCF54第54页，课件共72页，创作于2023年2月光隔离器与环行器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。55第55页，课件共72页，创作于2023年2月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56第56页，课件共72页，创作于2023年2月光隔离器57第57页，课件共72页，创作于2023年2月IsolatorsIsolator/couplerhybrids光隔离器c58第58页，课件共72页，创作于2023年2月光环行器基本原理：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59第59页，课件共72页，创作于2023年2月光环行器端口12端口2360第60页，课件共72页，创作于2023年2月光开关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61第61页，课件共72页，创作于2023年2月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62第62页，课件共72页，创作于2023年2月机械式光开关特点：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63第63页，课件共72页，创作于2023年2月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64第64页，课件共72页，创作于2023年2月电光效应光开关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）、无损开关，但引入ASE噪声和可能导致信号畸变、价格昂贵