常用光无源器件

常用光无源器件第1页，课件共66页，创作于2023年2月2光纤连接？永久连接活动连接半永久/活动连接第2页，课件共66页，创作于2023年2月3光纤连接：永久连接光纤熔接法光纤切割机第3页，课件共66页，创作于2023年2月4光纤熔接机第4页，课件共66页，创作于2023年2月5SM(Single-mode),MM(Multi-mode),

DS(Dispersionshifted),

NZDSF(Non-zerodispersionshifted),

andED(Erbium-doped)fibers.适用光纤5英寸TFTLCD显示器监视器

280Xor140X

放大倍数

311mm(W)x218mm(D)x133mm(H),6.1kg尺寸及重量0.01~0.04dB实际熔接损耗

第5页，课件共66页，创作于2023年2月6半永久/活动连接：粘连光纤准备：打磨抛光粘接a)将待接光纤在机械支撑工具上排列好b)用黏合剂将光纤固定好（常用环氧树脂作为粘连剂和催化剂）通常粘连损耗0.05~0.5dB第6页，课件共66页，创作于2023年2月74.1光纤连接器

光纤(缆)活动连接器作用：实现光纤之间活动连接的光无源器件，它还具有将光纤与其他无源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。第7页，课件共66页，创作于2023年2月81.光纤连接器的结构

光纤连接器基本上是采用某种机械和光学结构，使两根光纤的纤芯对准，保证90%以上的光能够通过，主要有五种结构：1.套管结构2.双锥结构3.V形槽结构4.球面定心结构5.透镜耦合结构第8页，课件共66页，创作于2023年2月9套管结构 套管结构的连接器由插针和套筒组成。FerruleFiberAlignmentSleeve第9页，课件共66页，创作于2023年2月10双锥结构 双锥结构连接器是利用锥面定位。结构类似与套筒：插针外端面、套筒内孔加工为圆锥面两插针插入套筒内孔实现纤芯对接AT&T创立第10页，课件共66页，创作于2023年2月11V形槽结构 将两个插针放入V形槽基座中，再用盖板将插针压紧，利用对准原理使纤芯对准第11页，课件共66页，创作于2023年2月12球面定心结构 两部分组成：一部分是装有精密钢球的基座，另一部分是装有圆锥面的插针。透镜耦合结构

透镜耦合又称远场耦合，它分为球透镜耦合和自聚焦透镜耦合两种；原理：将光纤的出射光变成平行光在用透镜将平行光聚集导入另一光纤第12页，课件共66页，创作于2023年2月13连接器的设计要求：

-(多次连接、拆卸后)保持低耦合损耗 -(对使用技巧要求低)易于安装 -(温度、粉尘、湿气)环境敏感性低 -低成本和高可靠性 -(无需特殊工具)易于连接光纤连接器：非永久连接第13页，课件共66页，创作于2023年2月142.光纤活动连接器的种类

光纤活动连接器的品种、型号很多，其中有代表性的有：FC、ST、SC、D4、双锥、VFO(球面定心)、F-SMA、MT-RJ连接器等等。

第14页，课件共66页，创作于2023年2月15连接器的类型—按接头外形分类：FCNTT公司开发：其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣我国电信网主要采用种类第15页，课件共66页，创作于2023年2月16连接器的类型—按接头外形分类：SCNTT公司开发：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第16页，课件共66页，创作于2023年2月17连接器的类型—按接头外形分类：LCBell

Lab开发：模块化插孔闩锁机理制成插针尺寸小(1.25mm)，可提高光机架中的接口密度第17页，课件共66页，创作于2023年2月18连接器剖面第18页，课件共66页，创作于2023年2月19连接器的类型——按插针端面分类第19页，课件共66页，创作于2023年2月20多芯光纤连接器 随着用户通信网规模的扩大、WDM的普及、电信网／数据网的光纤化乃至多媒体大容量信息处理设备的发展均推动着光缆向多芯、高密度方向深入发展，带状多芯光缆需要用多芯光纤连接器进行连接，多芯带状光纤MT连接器就应运而生。第20页，课件共66页，创作于2023年2月21第21页，课件共66页，创作于2023年2月224.1.2光纤连接器特性 评价连接器的主要指标:插入损耗、回波损耗、重复性和互换性。1.插入损耗

插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数，表达式为：Ac＝-10lgP1/P0(dB)式中：Ac为连接器插入损耗；P0为输入端的光功率；P1为输出端的光功率。第22页，课件共66页，创作于2023年2月232.回波损耗 回波损耗又称为后向反射损耗。它是指光纤连接处，后向反射光对输入光的比率的分贝数，表达式为：Ar＝-10lgPR/P0

(dB)式中：Ar表示回波损耗；P0表示输入光功率；PR表示后向反射光功率。第23页，课件共66页，创作于2023年2月243.重复性和互换性

重复性是指光纤活动连接器多次插拔后插入损耗的变化，用dB表示。

互换性是指连接器各部件互换时插入损耗的变化，也用dB表示。第24页，课件共66页，创作于2023年2月254.2光纤耦合器 光耦合器是将光信号进行分路或合路、插入、分配的一种器件。多种不同分类方法：功率、端口、模式等4.2.1光纤耦合器的结构与原理 制作光耦合器可以有多种方法，大致可分为分立光学元件组合型、全光纤型、平面波导型等。典型制作方法：光纤熔融拉锥法附加损耗低、方向性好、环境稳定性好、控制方法简单、制作成本低廉，可批量生产等优点第25页，课件共66页，创作于2023年2月26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。熔融拉锥法熔融拉锥型单模光纤耦合器熔融拉锥型多模光纤耦合器第26页，课件共66页，创作于2023年2月274.2.2光纤耦合器的特性

1.插入损耗insertionloss 定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值。 其中：ILi是第i个输出端口的插入损耗；Pouti是第i个输出端口测到的光功率值；Pin是输入端的光功率值。第27页，课件共66页，创作于2023年2月282.附加损耗 附加损耗(ExcessLoss，EL)定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值式中：Pouti为第i个输出口的输出功率；Pin为输入光功率。第28页，课件共66页，创作于2023年2月293.分光比 分光比(CouplingRatio，CR)定义为耦合器各输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比例如对于标准X形耦合器，1∶1或50∶50代表了同样的分光比，即输出为均分的器件。第29页，课件共66页，创作于2023年2月304.方向性 方向性是衡量器件定向传输性的参数。以标准X形耦合器为例，方向性定义为在耦合器正常工作时，输入端非注入光端口的输出光功率与总注入光功率的比值 式中：Pin1代表总注入光功率；Pin2代表输入端非注入光端口的输出光功率。第30页，课件共66页，创作于2023年2月315.均匀性 均匀性就是衡量均分器件的“不均匀程度”的参数。它定义为在器件的工作带宽范围内，各输出端口输出功率的最大变化量。其数学表达式为式中：MIN(Pout)为最小输出光功率；MAX(Pout)为最大输出光功率。第31页，课件共66页，创作于2023年2月326.偏振相关损耗

(PolarizationDependentLoss，PDL)衡量器件性能对于传输光信号的偏振态的敏感程度的参量。它是指当传输光信号的偏振态发生360°变化时，器件各输出端口输出光功率的最大变化量： 在实际应用中，光信号偏振态的变化是经常发生的，因此，为了不影响器件的使用效果往往要求器件有足够小的偏振相关损耗。第32页，课件共66页，创作于2023年2月337.隔离度 隔离度是指某一光路对其他光路中的信号的隔离能力。隔离度高，也就意味着线路之间的“串话”小。其数学表达式为

Pt是某一光路输出端测到的其他光路信号的功率值；Pin是被检测光信号的输入功率值。第33页，课件共66页，创作于2023年2月344.3波分复用/解复用器4.3.1波分复用/解复用器的原理与分类1.光栅型 衍射光栅型波分复用器件是近年发展起来的。衍射光栅是利用硅衬底单晶各向异性腐蚀制作的光栅，与棱镜分光相比具有更大优势，常用来制作波分复用器的主要分光元件。共同要求：复用信道数量足够多、插入损耗小、串音衰减大、通带范围宽不同：解复用：输出光纤连光检测器，纤芯和数值孔径可大些

复用器：输出光纤为传输光纤，不能任意加大纤芯和数值孔径，第34页，课件共66页，创作于2023年2月35光栅型解复用器机理入射光准直照射在光栅上，被光栅的周期性槽沟衍射各槽沟的同波长光干涉叠加形成最大/最小强度变化的干涉条纹主最大强度方向取k=1,得到因此各波长在一个确定的角度上有其主最大第35页，课件共66页，创作于2023年2月36衍射光栅复用器在Si衬底上沉积环氧树脂后制造成光栅。多波长信号经光纤输入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上，反射光栅将各波长分开，然后经透镜将各个波长的光聚焦在各自的光纤。采用渐变折射率透镜，简化了装置的校准。采用普通透镜的WDM第36页，课件共66页，创作于2023年2月37光栅复用器的特点波长通道数大（~132Ch）通道间隔小（商用~0.4nm)插损不随通道数增加(6~7dB)温度敏感(~0.01nm/OC)，需温度补偿(温控、材料补偿）高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损）第37页，课件共66页，创作于2023年2月382.波导阵列光栅型

由输入、输出波导、空间耦合器和波导阵列光栅构成。第38页，课件共66页，创作于2023年2月39阵列波导光栅AWGArray-Waveguide-Grating规则排列的波导，相邻波导的长度相差固定值

L，因而产生的相位差随波长而变。第39页，课件共66页，创作于2023年2月40AWG的工作原理设AWG的输入端口数和输出端口数均为n，输入耦合器为n×m形式，输出耦合器为m×n形式，输入和输出耦合器之间由m个波导连接，每相邻波导的长度差均为ΔL。输入耦合器将某个输入端口的输入信号分成m部分，它们之间的相位差ΔΦ由从输入波导到阵列波导在输入耦合器中传输的距离来决定。在输入波导i的光信号的波长中，满足ΔΦ＝2kπ的整数倍的波长将在输出波导输出。通过适当设计，可以做成1×n波分解复用器和n×1波分复用器。第40页，课件共66页，创作于2023年2月41

AWG特点：信道间隔（1.60.80.4nm）端口需要温控（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）AWG的特点及应用第41页，课件共66页，创作于2023年2月42

应用2：波长路由器配合波长变换器可成为动态的波长路由选择器端口号波长号第42页，课件共66页，创作于2023年2月434.3.2波分复用/解复用器的特性1.解复用器 以光信号波长为函数的解复用器的主要光学特性有以下几点。 (1)中心波长(或通带)λ1、λ2…λn+1 (2)中心波长工作范围Δλ1、Δλ2 (3)中心波长对应的最小插入损耗L1式中：P′1代表波长为λ1的光束在输出端的光功率；P01分别代表波长为λ1的光束在输入端合路信号中的光功率。第43页，课件共66页，创作于2023年2月444.相邻信道之间串音耦合最大值L12 式中：P‘1代表波长为λ1的光束在输出端串扰到λ2的输出端口处的光功率，P2分别代表波长为λ2的光束在输出端口处的输出光功率。5偏振相关损耗 偏振相关损耗是指光信号以不同的偏振状态输入时(如线偏振、圆偏振、椭圆偏振等)，对应输出端口插入损耗最大变化量。第44页，课件共66页，创作于2023年2月45复用器 以光信号波长为函数的复用器的光学特性，可用于给定的输入端口。

同解复用器第45页，课件共66页，创作于2023年2月464.4光开关？光开关的价值？光开关vs电开关？光开关前景第46页，课件共66页，创作于2023年2月474.5光纤光栅机理：利用光纤的光敏效应，使得纤芯内形成空间相位光栅

1978年，K.O.Hill等人首先发现掺锗(Ge)光纤的折射率能够在某些波长的光照射下发生周期性的永久性改变，人们很快意识到可以利用这种特性在光纤中制作光纤光栅，这成为光纤光栅研究的起点。1989年，G.Meltz等人首次采用全息干涉法，制出第一支布拉格谐振波长位于通信波段的光纤光栅，从此推动了光纤光栅的巨大发展。目前光纤光栅在光纤通信和光纤传感领域内均引起了革命性的变化。凭其诸多优点，使许多复杂的全光通信和传感网络成为可能，也就越发显示出它在信息领域的重要地位。第47页，课件共66页，创作于2023年2月483.光纤光栅***(从4.3.1移下节）

光纤光栅（通常指布拉格光栅）是利用光纤制造中的缺陷，用紫外光照射，使得光纤纤芯折射率分布呈周期性变化，利用光纤光栅滤波作用，在满足布拉格光栅条件的波长上全反射，而其余波长通过；是一种全光纤陷波滤波器

芯层包层Λ包层折射率

n2芯层折射率

n1感光折射率

nλ1λ2…λn第48页，课件共66页，创作于2023年2月49(1)干涉法 干涉法是利用双光束干涉原理，将一束紫外光分成两束平行光，并在光纤外形成干涉场，调节两干涉臂长，使得形成的干涉条纹周期满足制作光纤光栅的要求。(2)相位掩膜板法 相位掩膜板法，是利用预先制作的膜板，当紫外光通过相位板时产生干涉，从而在光纤圆柱面形成干涉场，将光栅写入光纤。制作方法第49页，课件共66页，创作于2023年2月芯层包层+1级-1级紫外掩模写入法相位掩模板第50页，课件共66页，创作于2023年2月51光纤光栅的光学特性

光纤光栅是一种参数周期性变化的波导，其纵向折射率的变化将引起不同光波模式之间的耦合，并且可以通过将一个光纤模式的功率部分或完全地转移到另一个光纤模式中去来改变入射光的频谱。在一根单模光纤中，纤芯中的入射基模既可被耦合到反向传输模也可被耦合到前向包层模中，这依赖于由光栅及不同传输常数决定的相位条件，即若要将正向传播导波模式耦合到反向传播导波模式，从前面给的相位匹配条件可得：第51页，课件共66页，创作于2023年2月52K值较大，则很小(),这种光栅为Bragg光栅(FBG)。它的基本特性就是一个反射式光学滤波器，反射峰值波长称为Bragg波长，满足：众所周知，反射镜在任一光学系统中都占有重要地位，那麽光纤光栅就相当于一个直接刻画在光纤内部的可精确控制反射率和反射波长的反射镜，它的出现已极大地促进了光纤通信和光纤传感的发展。第52页，课件共66页，创作于2023年2月

图7.16基于光纤光栅结构的光分插复用器

(a)简单光分；(b)光分插第53页，课件共66页，创作于2023年2月54光纤光栅在光纤通信领域的应用基于光纤光栅的独特性能，它的应用已经渗透到光纤通信的各个环节，成为下一代高速光纤通信系统中不可缺少的关键器件之一，使全光通信网的实现成为可能，光纤光栅在光纤通信领域中的应用主要有:(1)光纤激光器光纤光栅的窄带反射特性和全兼容于光纤的优点使其特别适合于制作光纤激光器。利用光纤光栅作为光纤激光器的腔镜，可以实现模式选择和窄带反馈的单频激光器。这类激光器的兼容性、输出稳定性和光谱纯度比半导体激光器好，而且具有较高的光输出功率、较低的相对强度噪声、极窄的线宽和较宽的调谐范围.在光纤激光器中，利用取样光纤光栅作为反馈谐振腔可以实现多波长输出，这种多波长激光器是密集波分复用系统中理想的标准通道光源。第54页，课件共66页，创作于2023年2月55光纤光栅在光纤通信领域的应用(2)光纤滤波器光纤滤波器是光纤通信系统中的关键器件。均匀光纤布喇格光栅实质上是一个波长选择器，反射率几乎可达100%，用光纤布喇格光栅做滤波器，可以对光纤透射频谱中的任一波长进行窄带滤出，利用布喇格光纤光栅的光谱特性可以构成窄带带阻、宽带带阻、宽带带通等不同滤波器;由于光纤光栅的谐振波长对外界环境比较敏感，因此可作出多种可调谐滤波器，常用的调谐技术包括轴向拉伸、轴向压缩、弯曲、扭曲、横向负载、温度调谐和磁调谐等.而相移光纤光栅在光栅反射谱的相应位置打开一个透射窗口，可用作窄带带通滤波器。此外，取样光栅是梳状滤波器，啁啾光纤光栅可做成宽带滤波器。第55页，课件共66页，创作于2023年2月56啁啾光纤光栅ChirpedFiberBraggGratingsChirped

Bragggrating••

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llonglshort啁啾光纤光栅是指光纤的折射率调制幅度不变，而周期沿光栅轴线变化的光栅。制作方法：在光纤上刻出一系列不等间距的光栅，光栅上每一点都可以看成是一个布拉格光栅的通带和阻带滤波器。第56页，课件共66页，创作于2023年2月(3)用啁啾光纤光栅进行色散补偿在光纤或光波导上刻上光栅可以控制光在其中的反射，从而实现光信号的延时。经光纤传输以后的入射光中的长波长分量（低频）位于脉冲后沿，使其在光栅的起始端就反射，而短波长分量位于脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被反射，于是就补偿了色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原。Chirped

Bragggrating••

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llonglshort第57页，课件共66页，创作于2023年2月58(4)光分插复用器(OADM)采用光分插复用器(OADM,OpticalAdd/DropMultiplexer)对光信号进行上下话路复用是实现高速光纤通信网的关键技术之一。OADM的结构多种多样，由于具有良好的波长选择性，许多OADM中都用到了光纤光栅。它由两个三端口的环行器和一个窄带布喇格光纤光栅构成。包含多个波长的光信号从输入端口(input)输入，经光环形器入射至光纤光栅，其中波长与布喇格光纤光栅的中心波长一致的光信号将被光纤光栅反射，并经光环形器的下载端口(Drop)下载，其余波长的信号通过光纤布喇格光栅从环行器的输出端口输出;需要上载的信号通过第二个环行器的上载(ADD)端口注入，经光栅反射也从环行器的输出端口输出。这种OADM的优点是结构简单、插入损耗小且具有较高的选择性。第58页，课件共66页，创作于2023年2月59***光纤光栅在光纤传感领域的应用***当光纤光栅所处环境的应力、应变、温度等物理量发生变化时，会引起光栅周期或光纤有效折射率的变化，导致光纤布喇格光栅的谐振波长发生变化，通过测量光栅谐振波长的变化，就能获得待测物理量的变化情况。光纤光栅传感器灵敏度高、抗干扰性强、损耗低、易与光纤连接，其最突出的优点是传感的信息用波长编码，从而克服了强度调制传感器必须补偿光纤连接器和祸合器损耗以及光源输出功率起伏的不足。在光纤若干个部位写入多个光纤光栅，就可以同时测定若干部位相应物理量及其变化，实现分布式光纤传感。利用一个或多个光纤光栅级联或与其它传感器相结合，通过测量谐振波长、峰值、偏振态或其它参量的变化可以解决交叉敏感，实现对多参数的同时测量。目前，研发的光纤光栅传感器的传感元件以光纤布喇格光栅为主流