光纤通信原理教案新4

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光纤通信教案

光纤通信教案之四

教学提要

课目：光纤通信器件

目的：通过学习，了解光源的构造及工作原理，掌握光源的工作特性；了解光电转换原理，熟悉常用的两种光电

检测器；了解光的无源器件，掌握光纤连接器的作用

和使用要求。

内容：一、光源

二、光电转换原理，光电检测器

三、光无源器件

实施方法：利用多媒体手段进行理论讲解

教学对象：岗前士兵

时间：5学时

地点：多媒体教室

要求：集中精力，认真听讲；做好笔记，把握重点

教学保障：多媒体教具、电工示教板一套

教学进程

教学准备：

1．清点人数，整理教具；

2．宣布教学提要；

教学实施：

同志们好，大家还记得，前面在介绍光纤通信发展史中我们曾经提到，光纤通信要解决的两大问题是什么吗？今天我们就要学习光纤通信中的光源、光电检测器以及光的无源器件。在上课之前大家可以想想，光纤通信可以用什么来发光？怎样将接收到的光信号转换为电信号？

光纤通信器件特点：具有实现光信号的连接、能量分路/合路、波长复用/解复用、光路装换、能量衰减、方向阻隔、光-电-光装换、光信号放大、光信号调制等功能。是构成光纤通信系统的必备元件。

一、光源

光源在光纤通信系统中具有重要地位，就像人的心脏，光源是光纤通信系统的“心脏”

通信对光源的要求

发光波长与光纤的低衰减窗口相符；2、光源输出功率必须足够大，入纤功率一般应在10uw-几mW之间；3、高可靠性，工作寿命大于10万小时；4、光谱宽度窄，要利于传输高速脉冲；5、便于调制，调制速率应能适应系统的要求；6、电光转换效率高；7、省电、体积小。

光能的基本概念

1、波动二象性：在一定条件下，物质具有粒子性，在另外条件下，物质又具有波动性。例如有以下公式：E=hVP=h/λλ*V=Ch:普朗克常数6.63*10-34E:电子质量V:频率P:功率λ:波长C:光速

2、原子能级

原子核外的电子轨道上电子的能量称为能级。如下图

图中的E1-En表示每一个轨道上的电子所具有的能量。E1的能量最

高，它上面的电子离原子核最远，电子数目最少；而En的能量最低，它上面的电子离原子核最近，电子数目最多

（一）光源的分类及构成

光纤通信中的光源分为半导激光器和半导体发光二极管。半导体激光器(LD)主要应用在长距离、大容量的光纤通信系统中，其基本结构如下图所示。

激励源的作用是激活工作物质，使其能级中电子的受激辐射优于受激吸收。即使高能级电子数多于低能级数目（常称为粒子数反转分布），从而对光具有放大作用。光学谐振腔的作用是完成频率选择及光的反馈。它实际是两个平行的反射镜构成的。工作物质作用是提供确定的能级系统，使激光器在需要的光波范围内辐射光子。

半导体发光二极管(LED)主要用于短距离、小容量的光纤通信系统中，它和半导体激光器结构的主要区别是没有谐振腔。

光纤通信对光源的基本要求有如下几个方面：首先，光源的峰值波长应在光纤的低损耗窗口之内，要求材料色散较小。其次，光源输出功率必须足够大，入纤功率一般应在10微瓦到数毫瓦之间。第三，光源应具有高度可靠性，工作寿命至少在10万小时以上才能满足工程的需要。第四，光源的输出光谱不能太宽以利于传输高速脉冲。第五，光源应便于调制，调制速率应能适应系统的要求。第六，电—光转换效率不应太低，否则会导致器件严重发热和缩短寿命。第七，光源应省电，光源的体积、重量不应太大。

（二）光源的工作原理

1.半导体能带

当大量原子相互靠近形成半导体晶体时，不同原子的内外各电子运动轨道就有一定的交叠。相邻原子的最外运动轨道交叠最多，而内运动轨道交叠最少。由于电子运动轨道的交叠，电子不再局限于某一原子上，而可以从一个原子转移到相邻的原子上去，因而电子可以在整个半导体晶体中运动。这种运动称为电子的共有化运动。由于电子的共有化运动，使原来孤立原子中的离散能级变成了能带，低能级

自发辐射

受激辐射上电子的共有化运动很弱，其能级分裂得到的能带较窄；高能级上的电子的共有化运动显著，所以能级分裂形成的能带很宽。严格地说，在绝对温度为零时，价电子占据的能带称为价带。晶体中的电子在受到激励时，会跳到（称为跃迁）更高的能带去，变成自由电子，从而使晶体的导电性增强。这个更高的能带（即自由电子占据的能带）称为导带。能带与能带之间不允许电子存在，一般称为禁带。禁带的能量间隔称为禁带宽度，通常用符号Eg表示。内层电子形成的能带通常填满电子，并且激励状态下对半导体晶体的特性影响不大。因此，讨论时只画价带、导带及这两个能带间的禁带，而不再画出内层完全填满电子的能带。

2.光与物质作用的三种形式

在研究原子与光子间相互作用时，可以发现有三种不同的基本过程：自发辐射、受激吸收和受激辐射。如下图所示。

自发辐射：处于较高能级E2上的电子，总是力图向低能级E1跃迁，好象高处的物体有向下掉的趋势一样。因此，在没有任何外界作用的条件下，也可以自发地产生从高能级E2到低能级E1的跃迁。这叫作自发辐射。

受激吸收：设有一个处于低能级E1的电子，当一个频率为f21的外来光子趋近它时，这个电子就有可能吸收这个光子的能量，而跃迁到高能级E2上去。这个过程叫做受激吸收。

受激辐射：设有一个处于高能级E2的电子，当一个频率为f21=（E2-E1）/h的外来光子趋近它时，这个电子受到光子的“刺激”，也有可能从高能级E2跃迁到低能级E1，同时辐射出一个能量为E=E2-E1，频率为f21=（E2-E1）/h的光子来。这个过程叫做光的受激辐射。

3.半导体激光器粒子数反转分布

实际上，光的自发辐射、受激吸收和受激辐射是同时存在的。在通常情况下（即热平衡条件下，电子具有正常能级分布时），由于低能级上的电子数较多，所以总是光的受激吸收占优势，也就是光总是受到衰减。要获得光的放大，必须设法使光的受激辐射占优势。也就是说，要使电子在能级上的分布反常态，使处于高能级的电子数目远远多于低能级上的电子数目。通常把这种分布叫做“粒子数反转分布”。

怎样才能使电子分布处于“粒子数反转分布”呢？人们曾用光激励、放电激励、化学激励等方法，给物质加以能量，以求把处于低能级的电子激励到高能级上去。例如，可以用频率为f21的泵浦光进行激励。。

开始时，由于低能级E1上的原子数比高能级E2上的原子数多，所以受激吸收比受激辐射过程占优势，N2不断增加。但随着N2的增加，受激辐射过程也就逐渐加强，高能级上的电子数目增加缓慢了。

因此，即使泵浦光的激励再强，也只能得到N1=N2的情况，如图3.1.4

中的a和b两点所示。这时受激吸收过程与受激辐射过程（以及自发辐射过程）达到“动态平衡”，形成了所谓“激励饱和”的状态。在这种情况下，同一时间内有多少电子从低能级被激发到高能级，也就有同样数目的高能级电子跃迁到低能级上去，因而不能实现“粒子数反转分布”。

为了实现“粒子数反转分布”，人们进一步去寻找多能级体系。图3.1.5示出了有E1、E2、E3三个能级的电子体系。用频率为f31=（E3-E1）/h的泵浦光进行饱和激励，使得E3上的电子数增加△，而与E1上的电子数相等。这样，能级E3上的电子数就能够大于能级E2上的电子数，在E3和E2之间形成粒子数反转，从而可以放大频率为f32=(E3.E2)/h的光波。

半导体激光器中，怎样造成粒子数反转分布？其实半导体激光器的核心部分是一个PN结。与一般半导体二极管不同，为了造成粒子数反转分布，这个PN结是高掺杂的，P型半导体中空穴极多，N型半导体中自由电子极多，二者结合在一起，由于扩散便在交界面两侧形成“空间电荷区”，空间电荷区阻止电子空穴进一步扩散。当PN结加上足够大的正向电压，保证电流足够大时，P区的空穴和N区中的电子大量地向结区注入，在PN结的空间电荷区便形成了类似图3.1.7的状态，电子能量被提升位于导带，空穴居于价带，而且电子在导带极多，空穴在价带极多。于是在PN结的空间电荷区附近就存在一个

电子数反转分布的区域，这个区域叫做“有源区”或“作用区”。

4.谐振腔

实现光的放大，必须有“粒子数反转分布”的条件，但经历一

次光放大，远不能产生大功率、频率单一的激光来。于是人们利用两个平行的平面反射镜M1和M2来实现光的反馈放大，而把激光物质放在两个反射镜之间（见基本结构图1），产生受激辐射的光子流，射到谐振腔一端的部分反射镜M2上，再被反射回腔中，又继续沿轴线方向，向反射镜M1运动。在运动过程中，继续产生上述链锁反应，激发出许多光子，遇到反射镜M1又折回来朝M2运动，光子流就这样在谐振腔的两个反射镜之间来回反射，并不断加强。这相当于光在谐振腔得到了反馈放大，形成光振荡。被放大的光可以部分地通过透射镜M2，于是射出一束笔直的强光，这就是激光。谐振腔除了正反馈

外，还有对激光频率、相位、方向进行选择的功能。

5.光源的工作原理

半导体激光器是向高掺杂的半导体材料的PN结注入电流，实现结区的粒子数反转分布，产生受激辐射，利用谐振腔的正反馈产生光

波振荡，从而输出激光。

要产生激光，必须满足两个条件：

（1）产生足够的粒子数反转分布，使受激辐射大于受激吸收，并足以补偿光损耗。

（2）有产生正反馈作用的谐振腔。

半导体发光二极管与激光器的根本区别是它没有光学谐振腔，这就决定了它不能产生激光，主要是由自发辐射作用发光，因而发出的是荧光。

（三）光源的特性

1.P-I特性

发光二级管的P-I特性

激光器的P—I特性如上图所示。激光器的几个主要特性参数都可以从P—I特性来确定，P表示激光器的输出功率，I表示激光器的注入电流。由图可见，激光器注入电流逐渐增加，输出功率也逐渐增加，但不是直线关系。当注入电流增大到某一值时，输出功率急剧增加，并且发光特性也会发生很大的变化，产生激光振荡，我们称这个电流为阈值电流，常用Ith表示，它是P—I曲线拐点所对应的电流。不同的激光器，有不同的阈值电流。为了使光纤通信系统稳定可靠地工作，希望阈值电流越小越好。目前，较好的半导体激光器阈值电流在10～150mA范围。当注入电流大于阈值时，激光器发出激光；注入电流小于阈值时，激光器发荧光，相当于发光二极管的情况。在某些应用中，激光器在阈值电流以下工作，其特性接近于发光二极管，输出光功率较小，谱线宽度较宽。

从P—I特性曲线上还可以得到另外两个重要参数，一个是微分量子效率，一个是功率转换效率。微分量子效率定义为输出光子数的增量与注入电子数的增量之比。在室温下，GaAlAs激光器的微分量子效率一般为40～50%（不考虑尾纤），曲线越陡，微分量子效率越大。

激光器的功率转换效率定义为输出光功率与消耗的电功率之比，式中V是PN结的正向电压；Rs是激光器的串联电阻（包括半导体材

料的体电阻和接触电阻），GaAlAs激光器一般为0.5Ω。对于光纤通信用的半导体激光器，功率转换效率一般为5～10%。

发光二极管的P—I特性或称LED的输出特性，它表示发光二极管的输出光功率与注入电流的关系，如上图所示。由图可见，与激光器的P—I特性相比，具有线性较好的特点。在注入电流较小时，P—I特性曲线基本上是线性的。当注入电流较大时，由于P—N结的发热而出现饱和现象。

2.光源的温度特性

（1）半导体激光器的温度特性

半导体激光器的阈值电流、输出功率和发光波长随温度变化的特性称为温度特性。在长波长激光器中，温度变化对激光器特性的影响比短波长大。

阈值电流与温度的变化关系可以表示为：

式中T是工作温度；T0是器件的特征温度，它表示器件的温度特性（T0较大，表示器件的温度稳定性较好）。GaAlAs激光器一般在120～200K范围；InGaAsP激光器一般在50～70K范围。图3.1.12是InGaAsP激光器的温度特性。对于GaAlAs激光器，一般是Ith(60℃)/Ith(20℃)＝13。对于InGaAsP激光器，一般为Ith(60℃)/Ith(20℃)＝2.3。可见，长波长半导体激光器的温度特性较差，而1.55μm激光器比1.3μm激光器的温度特性还差。

由于温度的变化，将使半导体材料的能隙和折射率发生变化，因而使温度变化影响激光器的发光波长。随着温度的增加，激光器输出光波长向长波长漂移。对于GaAlAs激光器，变化率一般为2A/℃

左右；对于InGaAsP激光器，变化率一般为4～5A/℃。

温度变化对激光器特性的影响将会降低光纤通信系统的稳定性和可靠性。当温度变化超过某一定范围时，系统将无法正常工作。因此，在一般情况下，应对光源的工作温度进行自动控制。特别在外差通信系统中，对光源的温度稳定性要求更高，以保证光纤通信系统能在变化较大的环境温度下正常工作。

为了得到稳定的激光器输出特性，一般应使用各种自动控制电路来稳定激光器的阈值电流和输出功率。

（2）发光二极管的温度特性

发光二极管的工作状态对温度的依赖性要小于激光二极管。对于任何一种发光二极管在工作电流保持不变的情况下，输出功率总是随着温度升高而下降的。

发光二极管的温度特性的另一种表现是使发光二极管的输出功率随工作电流呈线性变化的规律受到限制，这主要是由于有源区内的内部量子效率和半导体材料的热导率均随温度升高近似于按指数规律降低。因而，对于给定的半导体材料来说，有一个对应着最大输出功率（发光二极管饱和状态）的有源区温度，称为临界温度。不管有源区的尺寸如何，最大输出功率总是由其临界温度决定的，但是工作电流使器件内阻发热引起的有源区温度升高与器件结构有十分密切的关系。因为有源区的临界温度保持不变，而小器件比大器件容易散热，所以小面积的发光二极管与大面积的发光二极管相比能够在较大的电流密度下工作，也就是具有较高的亮度。但是它的线性较差，即在较小的电流下就呈现非线性输出

二、光电检测器

（一）构成及分类

光纤通信中的光电检测器分为PIN光电检测器和APD。PIN光电检测器主要应用于短距离、小容量的光纤通信系统中；APD主要应用于长距离、大容量的光纤通信系统中。最简单的光检测器就是P-N结，但它存在许多缺点。光纤通信系统中采用较多的是PIN光电二极管（PIN-PD）及雪崩光电二极管（APD）。

APD与场效应管（FET）组合成为PIN-FET或APD-FET接收机组件，因为它们兼有光电转换和放大作用，在光纤通信接收机中获得广泛应用。它们的基本结构如上图。其中PN是一个基本的PN结，I为本征层，外加反偏电压，具体工作原理将在下面叙述。

（二）光电器件的工作原理

1.PIN光电检测器

见课本图3.2.2示出了光电二极管检测器原理图。PN结光电二极管的核心是一个P结。当PN结被光照射时，就产生了许多电子、空穴对。这些光生载流子扩散到结区时，受到结区内自建场的作用，电子漂移到N区，空穴漂移到P区。于是，在P区就有过剩空穴（正电荷）的积累，N区就有过剩电子（负电荷）的积累，如图所示。这样，在PN结两边就产生一个光生电动势，其极性如图所示。这一现象叫做光生伏特效应。如果把PN结的外电路接通、将会有光电流Is

流过电路。利用光生伏特效应制成的探测器，称为光生伏特检测器。当入射激光光波照射到PN结时，在PN结两边产生正比于入射光强的电压，这样在电路中形成了响应于入射光强的电流，从而完成了由光信号到电信号的变换。

为了提高PN结光电二极管的响应速度，人们在制造工艺上作了一些改进。如课本图3.2.3所示，以一块厚度为70～100μm的本征硅材料做本体，在本体的两边使用外延或扩散工艺分别形成很薄的P层和N层，厚度有几个微米。这种本征硅材料做成的本体称为I层，它夹在PN结的中间，这种结构的光电二极管称为PIN光电二极管。如图所示，PIN光电二极管在反向偏压状态下使用。当入射光照射到PIN结时，在I层两边的P层和N层中，光激发产生的电子、空穴经过扩散和漂移，形成了通过PIN结的光电流。虽然I层较厚，但它处于一个强的反向电场作用下，载流子将以极快的漂移速度通过I层。载流子通过两边的P层、N层区内时，是以较慢的扩散运动前进的。但P层，N层都很薄，所以总地说来，载流子通过PIN结的时间很短，因而它的响应速度很快，可以探测高调制频率的光信号。

2.APD雪崩光电二极管

如果在制作PN结时，把其中N层或P层进行大量的掺杂，那么，在高反向偏压状态下使用时，入射光照到PN结激发出电子、空穴。其中电子载流子将在高反向偏压作用下，以极快的漂移速度通过PN结，并在途中高速撞击半导体材料晶格上的原子，产生新的电子、空穴对。由于N区内电子浓度高，又产生出大量的电子载流子。这种过程不断的重复，在PN区内电流急剧倍增放大，最后产生“雪崩”现

象。这种利用“雪崩”现象的PN结光电二极管，叫做雪崩光电二极管。其结构如下图所示。当外加反偏压较小时，E的分布如图曲线(1)所示,峰值电场较低,不会发生雪崩；加大偏压，使峰值电场超出雪崩所需最低电场时，才会发生雪崩效应。它有高的灵敏度，但电流倍增时的噪声比较大。在作为探测器使用时，一般工作于接近雪崩的状态。根据实验得知，这种状态使用，噪声较小，灵敏度较高。加反向偏压

APD的结构及场强分布

雪崩光电二极管的量子效率和响应速度与普通的PIN光电二极管差不多，不同的是雪崩光电二极管的PN结内有光放大作用，PIN光电二极管的PIN结无光放大作用，但雪崩光电二极管的最大电流增益受到带宽的限制。

（三）光电检测器的工作特性

1.响应度（R）

在给定波长的光照射下，光电检测器的输出平均电流与入射的平均光功率之比称响应率或响应度。简言之，即输入单位光功率产生

的平均输出电流，R的单位为A/W或μA/μW。其表达式为：

R=Ip/P

式中Ip为光电流的平均值；P为入射光功率平均值。

一般PIN-PD和APD的响应率在0.3～0.7μA/μW范围。习惯上将APD的响应率与倍增因子的乘积定义为APD的灵敏度。对无倍增的光电二极管灵敏度与响应率是一个含义。

2.量子效率

响应度是器件在外部电路中呈现的宏观灵敏特性，而量子效率是内部呈现的微观灵敏特性。量子效率是能量为hν的每个入射光子所产生的电子空穴载流子对的数量：

η=R×hc/eλ(×100%)

R=η×eλ/hc（μA/μW）

式中e是电子电荷；ν为光频。已知Ip/P=R，所以η与R可以相互换算（以ν=c/λ代入）：

按现有水平制作的光电二极管，入射100个光子可产生30～95电子、空穴对，所以η在30～95%之间。η与R都与波入λ有关。若将h、c、e的常数代入，并且未知波长λ以μm值代入，则可获得R和η的实用公式为：

η=R/λ×1.24(×100%)

R=ηλ/1.24（μA/μW）

3.响应速度

光电二极管的响应速度是指它的光电转换快慢。影响光电二极管响应

时间的因素有以下四点：

（1）零场区光生载流子的扩散时间；

（2）耗尽区光生载流子的漂移时间；

（3）雪崩倍增建立时间；

（4）RC时间常数。

其中（1）的量级最大。它发生在PN结的耗尽区外边，包括光敏面和收集极的部分。当入射光在这两个零场区内产生电子—空穴对时，要经过缓慢扩散后进入到耗尽区才能形成外部光电流。光电二极管要有快速响应，在结构上首先要减薄零场区，其次是减小结电容。采用同轴封装和微带结构以减小管壳电容，可进一步提高响应速度。

APD的倍增因子和倍增噪声

（1）APD倍增因子：

提高光接收机的灵敏度可从提高信噪比（S/N）着手。S/N的定义为：

PIN光电二极管具有很低的噪声，但它不能放大信号，S/N不大。雪崩光电二极管虽然噪声较大，但它的内部增益有利于提高S/N，所以较多地被采用。

雪崩光电二极管（APD）的电流增益，即倍增因子M可表示为：

式中Ip为APD倍增后的光电流；Ipo是未倍增时的原始光生电流。若无倍增时和有倍增时，APD电流分别为I1和I2，则应扣除当时的暗电流Id1和Id2后才能求出M。

APD的M随偏压加大而增加，但伴随的倍增噪声增长速度比M

还快，见图3.2.5。接近Vb时，会使器件噪声猛增。所以使用中，M不要选得过大，应服从最佳工作状态，即工作在要求的动态范围内为好。所谓APD的倍增因子为M，并不意味着每一瞬时，光电流都倍增了M倍。M值是一个统计平均值。由于载流子碰撞电离是随机的，迫使外部光电流出现起伏。“起伏”就是噪声的本质。

（2）APD的倍增噪声：

APD光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电流噪声和由倍增过程产生的倍增噪声。在这三种噪声中，一般是倍增噪声的影响较大，机理也比较复杂。我们仅讨论倍增噪声的简单机理和一些重要的结论。

APD的倍增噪声是由以下两个因素产生的：一是入射在光电检测器光敏面上的光子产生一次电子—空穴的随机性，即每个一次电子—空穴对产生二次电子—空穴对数是不能准确测定的，倍增因子是一个统计平均的概念。由此可见，APD的倍增噪声是一个复杂的随机函数，它与APD的类型、工作条件和空穴、电子离化率等许多因素有关，

其概率分布相当复杂，既不属于高斯分布，也不属于泊松分布。

4.温度特性

环境温度的变化将对APD光电检测器的性能产生影响，主要是对倍增特性和暗电流的影响。不同温度时，APD倍增因子与外加偏压

的关系如下图所示。由图可知，APD的击穿电压Vb随温度而变化。当温度升高时，Vb也跟着上升。例如Si-APD的击穿电压Vb在20℃时为100V；当温度升高10℃时，Vb升高1伏。在一般情况下，其工作电压接近Vb。此时，曲线的斜变陡。在Vb随环境温度变化时，如果工作电压不变，倍增因子将发生变化，甚至可能使器件超出正常的工作区域。在一定的工作偏压下，随着温度的增加APD的倍增减小。

温度变化对APD光电检测器暗电流的影响也相当显著，结温每升高8℃左右，Si-APD的暗电流增大一倍左右。暗电流的增大将使接收机灵敏度下降。

三、光无源器件

（一）光纤连接器

光纤连接器又称光纤活动连接器，俗称活动接头。它用于设备（如光端机、光测试仪表等）与光纤之间的连接、光纤与光纤之间的的连接或光纤与其他无源器件的连接。它是组成光纤通信系统和测量系统不可缺少的一种重要无源器件。

光纤连接器的作用是将需要连接起来的单根或多根光纤芯线的端面对准、贴紧并能多次使用。光纤的芯径很细，是在微米级。因此，对其加工工艺和精度都有比较高的要求。为此，光纤连接器应满足如

下条件：

1.连接损耗要小：连接损耗是评价光纤连接器的主要指标。目前各种不同结构的单模光纤连接器的插入损耗为0.5dB左右。

2.装、折方便。

3.稳定性好：连接后，插入损耗随时间、环境的改变应变化不大。

4.重复性好：一般要求重复使用次数大于1000次。

5.互换性好：要求同一种型号的活动连接器可以互换。

6.体积小、成本低。

光纤连接器分为多芯连接和单芯连接，多芯连接可同时连接多对光纤，单芯连接则只能连接一对光纤。

光纤连接器又可分为活动连接器和固定连接器。活动连接器即可重复拆装，而固定连接器则一次成形。

在实用光纤通信系统中，光源与光纤的连接以及光纤与光电检测器的连接均采用光纤活动连接器。我国常用的有FC型活动连接器和PC型活动连接器，它是由一个珐琅盘和两个带尾纤单芯光缆的插针体组成的，由螺纹将其固定起来。FC型和PC型连接器之间的最大区别在于：FC型插针体光纤端面是平的，而PC型插针体端面是弧状的，反射很小。因此PC型活动连接器适用于高速光通信系统以及要求反射小的光纤系统。

另一种光纤活动连接器是插拔式活动连接器。它的连接方式是插拔式，不需旋螺纹，操作十分简单，有利于结构紧凑和容量大的配线架设计。实际上可将活动连接器的一端固定在设备或仪表的面板上，另一端可以自由插拔。

国内现在使用的连接器中还有一种固定连接器，这种固定连接器

能代替光纤熔接机，不用电弧焊接，适用于没有电的山区和野外操作，可对单模或多模光纤实现永久性连接，也适用于中、短距离的光纤通信系统和实验室的固定连接。特别是在光缆线路抢修中，灵活快速，不需电源、热源，连接时间2～3分钟即可。

光纤固定连接器是采用V型槽法将光纤连接起来的。首先连接光纤的端面加工，将光纤放入V型槽中，再将连接部位滴入匹配液。然后，盖起来，并固定。如果连接损耗不合要求，可以拆下来，再次连

接。光纤固定连接器的关键是V型槽的精度要相当高。

（二）光衰减器

光衰减器是调节光平不可缺少的器件。主要用于光纤通信系统指标测量、短距离通信系统的信号衰减以及系统试验等，它可分为固定衰减和可变衰减器两种。对光衰减器的要求是：体积小、重量轻、衰减精度高、稳定可靠、使用方便等。

光衰减器一般使用金属工艺蒸发镀膜滤光片作为衰减元件，依据镀膜厚度来控制衰减量。设计时，使金属蒸发镀膜滤光片与光轴形成一定的角度，以防止金属膜产生的反射光再次入射和多次反射。

固定衰减器用于光纤传输线路中，可对光平进行预定量的精确衰减。一般固定衰减器直接配有FC或PC型标准插座，可与FC、PC型活动连接器配套使用，也可以带尾纤直接熔接在线路中。目前国产固定衰减器的工作波长为1.31μm和1.55μm，衰减量分档为：5、10、15、20、25dB，各档误差均为±1dB，适应工作温度为－40～＋80℃。

可变衰减器通常是步进衰减与连续可变衰减相结合工作的。改

变金属蒸发膜的厚度，可以使衰减量连续变化。目前的可变衰减器一般由10dB×5步进衰减与0～15dB连续可变衰减构成的。其衰减量精确度为：小于15dB时±0.5dB；10～20dB时±1dB；30～40dB时±2dB；50dB时±3dB；最大衰减量65dB；插入损耗≤4dB；工作波长为1.3/1.55μm；使用单模光纤；输入输出用FC—PC型活动连接器直接耦合。

使用光衰减器时，要保持环境清洁干燥，不用时要盖好保护帽，

连接器应轻上轻下，严禁碰撞。

（三）光隔离器

光隔离器的基本原理是法拉第旋转效应。光隔离器主要由两个偏振器和一个法拉第旋转器组成。当光入射到某一光学器件时，其输出光为某一种形式的偏振光（如线偏振光），则这种光学器件就称为偏振器（如线偏振器）。在光隔离器中使用的是线偏振器。线偏振器中有一透光轴，当光的偏振方向与透光轴完全一致时，则光全部通过。如图中入射光经过偏振器1以后，为虚线所示的光。

法接第旋转器，是由某种旋光性材料制成的。按照法拉第效应理论，当线偏振光经过它以后，它使光的偏振面按顺时针方向旋转一定角度（如45度），而它放置的角度正好与偏振器2中的透光轴方向一致。

当正向光入射后，经过偏振器1全部透过，经过旋光器后旋转45度，与偏振器2的透光轴角度一致。因此，正向光功率全部射出。当反向光射入后，有一部分光经过偏振器2到达旋光器，被顺时针旋

转45度，正好和偏振器1中透光轴方向垂直。因此，被全部隔离。

（四）光开关

光开关是用于光传输线路转换的器件，小型光开关可用于用户系统或专用线路，大型光开关将来可用于交换机中。

光开关有两种：一种是机械式，它是通过移动光纤本身或移动棱镜、反射镜和透镜等中间物进行光的转换，其移动方式是通过人工或电磁的作用来完成的。另一种是非机械式的，它是利用光电效应和声光效应进行转换的。前者的转换速度一般为2～20ms，插入损耗为

2dB左右，重复性差为0.05dB。

（五）光波分复用器

光纤波分复用传输系统是目前发展的一个重要方向，而其中关键器件是复用器与去复用器。共同的要求是复用信道数量要足够、插入损耗小、串音衰减大和通带范围宽。从原理上讲，波分复用器与波分去复用器是相同的，只要改变输入输出方向。实际上，波分复用器与波分去复用器有所不同。由于去复用器的输出光纤直接与光检测器相连，芯径与数值孔径可以做得大些。这样既可减少损耗，又可降低加工精度要求，因此制造低插入损耗的去复用器并不太难。而复用器的输出光纤必须为传输光纤，不能任意加大芯径和数值孔径。若减小输入光纤的芯