光纤通信（第四版）无源光器件

无源光器件本章内容4.1光纤连接器4.2光纤耦合器4.3光开关4.4光纤光栅4.5光滤波器4.6WDM合波/分波器4.7光隔离器与环形器4.8光锁相环与非线性环镜NLOM4.1光纤连接器一、光纤连接损耗二、光纤连接方法三、常用几种连接器四、性能参数一、光纤连接损耗光纤连接的主要功能：

完成两根光纤之间的连接光纤连接损耗可分为外部损耗和内部损耗外部损耗又称为机械对准误差或连接错位损耗，故名思意是由于光纤之间的连接错位引起的损耗，内部损耗又称为与光纤相关的损耗，这主要是由于光纤的波导特性和几何特性差异导致的损耗。一、光纤连接损耗光纤连接的主要功能：

完成两根光纤之间的连接光纤连接损耗：外部损耗一、光纤连接损耗光纤连接损耗：内部损耗二、光纤连接方法光纤连接方法包括光纤熔接法、V型槽机械连接、和弹性管连接。第一种方法可产生永久性的连接，而后两种连接方法在需要时可以将已连接的光纤拆开，为可拆卸活动连接。光纤熔接是通过加热的方法使已制备好的光纤端面连接在一起

V型槽机械连接方法弹性管连接二、光纤连接方法按外形结构来分FC型、SC型、ST型等三、常用的几种连接器SCSTFCFC型、SC型、ST型连接器的对准方案三、常用的几种连接器四、性能参数四、性能参数

机械性能插入损耗插入损耗（InsertionLoss）即连接损耗，是指

因连接器的导入而引起的链路有效光功率的损

耗。

要求：<0.5dB。回波损耗回波损耗（ReturnLoss,ReflectionLoss）是

指连接器对链路光功率反射的抑制能力。

要求：>45dB。四、性能参数互换性与重复性

对于同一类型的光纤连接器，要求都可以任意组合使用、并可重复多次使用插拔次数

反复使用，连接效率不会下降（>1000次）抗拉强度

有外力、拉力施加在连接器上，性能不会明显降低（不低于90N）环境适应性：承受温差（-40～70℃）、潮湿、化学侵蚀等的考验。

光学性能4.2光纤耦合器

主要功能：耦合器（又称分支器）按要求将光信号功率在多根

光纤之间进行分配，或组合来自多根光纤的光信号。

原理与实现

将两根或多根光纤扭绞在一起，用微火炬对耦合部分加热，在熔融过程中拉伸光纤，形成双锥形耦合区。在锥形耦合区内，在一根光纤波导内传输的光能量会耦合进另一根波导中。2×2耦合器4.2光纤耦合器耦合区拉锥区拉锥区L熔锥技术制造光纤耦合器的原理图输入端口输出端口P1P2P1P2性能参数4.2光纤耦合器插入损耗附加损耗串扰（隔离度）分光比其他：端口数，偏振敏感性，环境适应性

2123123414.3光开关主要功能：完成光路的切换，是实现光交换的核心器件开关速度插入损耗消光比隔离度开关尺寸功耗工作波长性能参数：

4.3光开关机械光开关MEMS：

实现原理：开关的功能通过机械的方法实现，如通过将镜片移出或置入光路就可实现光信号的通断。举例－MEMS开关：4.3光开关电光开关：

实现原理：利用光波导的电光、磁光、声光等物理效

应，通过电控实现光路的通断与切换。举例－LiNbO3电光开关：4.3光开关热光开关：

实现原理：热光开关基于MZI干涉仪，通过改变其中一个臂的折射率（受温度的影响）使两臂上光信号之间的相差有所改变，从而实现光信号在输入/出两输出端之间通断。举例－LiNbO3电光开关：4.3光开关SOA光开关：

实现原理：

基于半导体光放大器，通过改变SOA的偏置电压就实现开关功能。当偏置减少时，没有粒子数反转，因而吸收光信号，当偏置增加时，放大输入信号。因而，当SOA处于吸收和放大态时，通断消光比很大，同时易于集成，开关速度快。4.4光纤光栅光纤光栅：光纤光栅（FiberBraggGrating，FBG）是利用光纤的光敏特性，采用紫外曝光的方法，在光纤纤芯上形成折射率沿轴向周期性分布的光波导器件。基本分类均匀周期光栅。其折射率变化周期保持不变，可对特定波长的光产生很强的反射。啁啾光栅。其折射率周期性变化，可对一定波长范围内的光产生反射，且波长不同，等效反射点位置也不同。4.4光纤光栅

FBG制作：光纤光栅双光束干涉法（a）双光束干涉（b)掩膜板（c)紫外线写入

光滤波器：4.5光滤波器光滤波器全称为光学滤波器，与大家熟习的电滤波作用是一样的，只是这里滤除的是特定波长光信号。

FP腔滤波器：阵列波导光栅AWG光纤光栅FBG滤波器4.5光滤波器

FP腔滤波器：光纤F-P腔型可调谐滤光器腔长由一段光纤和空气隙组成，在腔体光纤的一端镀上高反射膜，另一端镀上抗反射膜，彼此之间留有适当空隙。在电信号的驱动下，PZT（压电陶瓷）可进行伸缩，造成空气间隙变化，引起腔长的改变，从而实现波长的调谐。

AWG滤波器：4.5光滤波器阵列波导AWG是MZI（马赫-曾德尔干波仪）的推广。MZI可看作为一个器件，它将一路输入信号分成两路输出光信号，然后让它们分别经历不同的相移后，又将它们合一路信号输出。AWG是以光集成技术为基础的平面波导型器件，它将同一输入信号分成若干路分别经历不同的相移后又将它们合在一起输出。

FBG滤波器：4.5光滤波器FBG滤波器

1，

2，

3

，

4

2

1，

3

，

4

1，

2，

3

，

4

1

2

3

4均匀周期光栅线性啁啾光纤4.6WDM合波/分波器主要功能：把多个不同波长合成一路或把一路中不同的光波长重新分开。光波分复用（WDM）技术中的关键器件之一。基本类型：根据光滤波原理的不同，波分去复用器可分为：

介质薄膜

干涉型光纤光栅

性能参数：插入损耗、串扰（隔离度）、信道数、信道中心波长、通带宽度4.6WDM合波/分波器多层介质薄膜如果每层的厚度是λ／4，那么，当入射角等于零时即垂直入射，波长为λ的光在通过每层后得到相位移π。因此，反射波与入射波相位相反，它们将相消性干涉，也就是相互抵消。换句话说，波长为λ的光将不被反射，这意味着这个光通过，所有其他的光将被反射，这就是滤波。如果每层厚度等于λ／2，那么反射波将成相长干涉，也就是它们和入射光将同相位并相互相加。这个结果将是高反射镜。4.6WDM合波/分波器干涉型MZI是一种干涉器件，它利用两个不同长度的干涉路径来区分不同的波长实现滤波，其结构是利用两个3dB光纤耦合器将两个路径互连起来，是一个四端口光器件。4.6WDM合波/分波器FBG型反射光栅：三个波长的WDM合波分波器的原理结构示意图

1光纤光栅

2

3…

n

1

2

3…

nFBG可反射特定波长（布拉格波长）的光信号：4.7光隔离器与环形器光隔离器和环形器的工作原理基本一致，只是光隔离器为双端口器件，即一个输入和一个输出端口，而光环形器为多端口器件，常用的有3端口和4端口器件，即从任一端口输入从指定的端口输出。4.7光隔离器与环形器光隔离器和环形器的工作原理基本一致，只是光隔离器为双端口器件，即一个输入和一个输出端口，而光环形器为多端口器件，常用的有3端口和4端口器件，即从任一端口输入从指定的端口输出。1

三端囗光环型器23主要功能：作为一个单行的通道使光通过一系列的端口。进入端口1的光只能传送到端口2，进入端口2的光只能传送到端口3。

基本原理：光的双折射磁致旋光效应（法拉第效应）

OPLL：4.8光锁相环与非线性环镜NLOM光锁相环（OPLL）的工作原理与电锁相环一样，实现接收信号与本地振荡信号即基准信号的同频同相，从而实现二者的同步。它由调谐激光器、光电二极管平衡器件和滤波器等构成。平衡二极管器件检测本地激光器的频率与接收的光信号的频率，当两个频率完全相同时二极管平衡电路处于静止状态，否则，这种静止状态将被破坏使得二极管平衡电路有不平衡电流输出，被放大后送滤波器滤除高频分量，滤波后的低频直流分量去控制本地激光器的输出频率，直至二者的频率完全相同电路处于平衡状态。图中增益控制放大器使本地激光器和接收到的光功率电平相一致。

NLOM：4.8光锁相环与非线性环镜NLOM小结常用的无源光器件包括活动连接器、耦合器、光环形器、光纤光栅、光开关、波分波/分波