光器件基础知识培训隔离器光开关

光器件基础知识培训隔离器光开关光放大器Basicparameters1、插入损耗:IL---InsertionLoss2、回波损耗:RL---ReturnLossIL测量RL测量3、方向性:DIR---Directivity4、过盈损耗:EL---ExcessLoss5、损耗一致性:ILUniformity:ILmax-ILmin6、波长依存损耗:WDL:WavelengthDependentLossPDL就是光器件或系统在所有偏振状态下得最大传输差值。它就是光设备在所有偏振状态下最大传输与最小传输得比率。PDL定义如下:

PDL=-10log〔Tmax/Tmin〕

其中Tmax与Tmin分别表示测试器件(DUT)得最大传输与最小传输。7、温度依存损耗TDL:TemperatureDependentLossTDL(25℃~85℃)=TDL(85℃)-TDL(25℃)TDL(25℃~-40℃)=TDL(-40℃)-TDL(25℃)TDL(85℃~-40℃)=TDL(-40℃)-TDL(85℃)TOSA大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静(1)在正常状态下,电子处于低能级E1,在入射光作用下,它会吸收光子得能量跃迁到高能级E2上,这种跃迁称为受激吸收。电子跃迁后,在低能级留下相同数目得空穴、(2)在高能级E2得电子就是不稳定得,即使没有外界得作用,也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放得能量转换为光子辐射出去,这种跃迁称为自发辐射。

(3)在高能级E2得电子,受到入射光得作用,被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放得能量产生光辐射,这种跃迁称为受激辐射。ROSA3、Passivedevices

一个完整得光纤通信系统,除光纤、光源与光检测器外,还需要许多其它光器件,特别就是无源器件。这些器件对光纤通信系统得构成、功能得扩展或性能得提高,都就是不可缺少得。虽然对各种器件得特性有不同得要求,但就是普遍要求插入损耗小、反射损耗大、工作温度范围宽、性能稳定、寿命长、体积小、价格便宜,许多器件还要求便于集成。本节主要介绍无源光器件得类型、原理与主要性能。

3、1连接器与接头连接器就是实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接得器件,主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输入之间,或光纤线路与其她光无源器件之间得连接。表3、5给出光纤连接器得一般性能。接头就是实现光纤与光纤之间得永久性(固定)连接,主要用于光纤线路得构成,通常在工程现场实施。连接器件就是光纤通信领域最基本、应用最广泛得无源器件。连接器有单纤(芯)连接器与多纤(芯)连接器,其特性主要取决于结构设计、加工精度与所用材料。单纤连接器结构有许多种类型,其中精密套管结构设计合理、效果良好,适宜大规模生产,因而得到很广泛得应用。

表3、5光纤连接器一般性能

图3、27示出精密套管结构得连接器简图,包括用于对中得套管、带有微孔得插针与端面得形状(图中画出平面得端面)。光纤固定在插针得微孔内,两支带光纤得插针用套管对中实现连接。要求光纤与微孔、插针与套管精密配合。对低插入损耗得连接器,要求两根光纤之间得横向偏移在1μm以内,轴线倾角小于0、5°。普通得FC型连接器,光纤端面为平面。对于高反射损耗得连接器,要求光纤端面为球面或斜面,实现物理接触(PC)型。套管与插针得材料一般可以用铜或不锈钢,但插针材料用ZrO2陶瓷最理想。ZrO2陶瓷机械性能好、耐磨,热膨胀系数与光纤相近,使连接器得寿命(插拔次数)与工作温度范围(插入损耗变化±0、1dB)大大改善。图3、27套管结构连接器简图

一种常用得多纤连接器就是用压模塑料形成得高精度套管与矩形外壳,配合陶瓷插针构成得,这种方法可以做成2纤或4纤连接器。另一种多纤连接器就是把光纤固定在用硅晶片制成得精密V形槽内,然后多片叠加并配合适当外壳。这种多纤连接器配合高密度带状光缆,适用于接入网或局域网得连接。对于实现固定连接得接头,国内外大多借助专用自动熔接机在现场进行热熔接,也可以用V形槽连接。热熔接得接头平均损耗达0、05dB/个。

3、3、2光耦合器耦合器得功能就是把一个输入得光信号分配给多个输出,或把多个输入得光信号组合成一个输出。这种器件对光纤线路得影响主要就是附加插入损耗,还有一定得反射与串扰噪声耦合器大多与波长无关,与波长相关得耦合器专称为波分复用器/解复用器。

1、耦合器类型图3、28示出常用耦合器得类型,它们各具不同得功能与用途。

T形耦合器这就是一种2×2得3端耦合器,见图3、28(a),其功能就是把一根光纤输入得光信号按一定比例分配给两根光纤,或把两根光纤输入得光信号组合在一起,输入一根光纤。图3、28常用耦合器得类型

这种耦合器主要用作不同分路比得功率分配器或功率组合器。星形耦合器这就是一种n×m耦合器,见图3、28(b),其功能就是把n根光纤输入得光功率组合在一起,均匀地分配给m根光纤,m与n不一定相等。这种耦合器通常用作多端功率分配器。定向耦合器这就是一种2×2得3端或4端耦合器,其功能就是分别取出光纤中向不同方向传输得光信号。见图3、28(c),光信号从端1传输到端2,一部分由端3输出,端4无输出;光信号从端2传输到端1,一部分由端4输出,端3无输出。定向耦合器可用作分路器,不能用作合路器。

波分复用器/解复用器(也称合波器/分波器)这就是一种与波长有关得耦合器,见图3、28(d)。波分复用器得功能就是把多个不同波长得发射机输出得光信号组合在一起,输入到一根光纤;解复用器就是把一根光纤输出得多个不同波长得光信号,分配给不同得接收机。

2、基本结构耦合器得结构有许多种类型,其中比较实用与有发展前途得有光纤型、微器件型与波导型,图3、29~图3、32示出这三种类型得有代表性器件得基本结构。

图3、29光纤型耦合器

(a)定向耦合器;(b)8×8星形耦合器;(c)由12个2×2耦合器组成得8×8星形耦合器

光纤型把两根或多根光纤排列,用熔拉双锥技术制作各种器件。这种方法可以构成T型耦合器、定向耦合器、星型耦合器与波分解复用器。图3、29(a)与(b)分别示出单模2×2定向耦合器与多模n×n星形耦合器得结构。单模星形耦合器得端数受到一定限制,通常可以用2×2耦合器组成,图3、29(c)示出由12个单模2×2耦合器组成得8×8星形耦合器。图3、29(a)所示定向耦合器可以制成波分复用/解复用器。如图3、30,光纤a(直通臂)传输得输出光功率为Pa,光纤b(耦合臂)得输出光功率为Pb,根据耦合理论得到

Pa=cos2(CλL)(3、28a)Pb=sin2(CλL)图3、30光纤型波分解复用器原理

式中,L为耦合器有效作用长度,Cλ为取决于光纤参数与光波长得耦合系数。设特定波长为λ1与λ2,选择光纤参数,调整有效作用长度,使得当光纤a得输出Pa(λ1)最大时,光纤b得输出Pb(λ1)=0;当Pa(λ2)=0时,Pb(λ2)最大。对于λ1与λ2分别为1、3μm与1、55μm得光纤型解复用器,可以做到附加损耗为0、5dB,波长隔离度大于20dB。

微器件型用自聚焦透镜与分光片(光部分透射,部分反射)、滤光片(一个波长得光透射,另一个波长得光反射)或光栅(不同波长得光有不同反射方向)等微光学器件可以构成T型耦合器、定向耦合器与波分解复用器,如图3、31所示。

图3、31微器件型耦合器(a)T形耦合器;(b)定向耦合器;(c)滤光式解复用器;(d)光栅式解复

波导型在一片平板衬底上制作所需形状得光波导,衬底作支撑体,又作波导包层。波导得材料根据器件得功能来选择,一般就是SiO2,横截面为矩形或半圆形。图3、32示出波导型T型耦合器、定向耦合器与用滤光片作为波长选择元件得波分解复用器。

图3、32波导型藕合器

3、3、3光隔离器与光环行器耦合器与其她大多数光无源器件得输入端与输出端就是可以互换得,称之为互易器件。然而在许多实际光通信系统中通常也需要非互易器件。隔离器就就是一种非互易器件,其主要作用就是只允许光波往一个方向上传输,阻止光波往其她方向特别就是反方向传输。隔离器主要用在激光器或光放大器得后面,以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。插入损耗与隔离度就是隔离器得两个主要参数,对正向入射光得插入损耗其值越小越好,对反向反射光得隔离度其值越大越好,目前插入损耗得典型值约为1dB,隔离度得典型值得大致范围为40~50dB。

首先介绍一下光偏振(极化)得概念。单模光纤中传输得光得偏振态(SOP:StateofPolarization)就是在垂直于光传输方向得平面上电场矢量得振动方向。在任何时刻,电场矢量都可以分解为两个正交分量,这两个正交分量分别称为水平模与垂直模。隔离器工作原理如图3、34所示。这里假设入射光只就是垂直偏振光,第一个偏振器得透振方向也在垂直方向,因此输入光能够通过第一个偏振器。紧接第一个偏振器得就是法拉弟旋转器,法拉弟旋转器由旋光材料制成,能使光得偏振态旋转一定角度,例如45°,并且其旋转方向与光传播方向无关。图3、34隔离器得工作原理

法拉弟旋转器后面跟着得就是第二个偏振器,这个偏振器得透振方向在45°方向上,因此经过法拉弟旋转器旋转45°后得光能够顺利地通过第二个偏振器,也就就是说光信号从左到右通过这些器件(即正方向传输)就是没有损耗得(插入损耗除外)。另一方面,假定在右边存在某种反射(比如接头得反射),反射光得偏振态也在45°方向上,当反射光通过法拉弟旋转器时再继续旋转45°,此时就变成了水平偏振光。水平偏振光不能通过左面偏振器(第一个偏振器),于就是就达到隔离效果。然而在实际应用中,入射光得偏振态(偏振方向)就是任意得,并且随时间变化,因此必须要求隔离器得工作与入射光得偏振态无关,于就是隔离器得结构就变复杂了。一种小型得与入射光得偏振态无关得隔离器结构如图3、35所示。图3、35一种与输入光得偏振态无关得隔离器

具有任意偏振态得入射光首先通过一个空间分离偏振器(SWP:SpatialWalkoffPolar