光纖通信-第四章課件

1、第四章-常用光無源器件目 錄4.1光纖連接器 4.1.1光纖連接器的結(jié)構(gòu)與種類 4.1.2光纖連接器特性4.2光纖耦合器 4.2.1光纖耦合器的結(jié)構(gòu)與原理 4.2.2光纖耦合器的特性4.3波分復(fù)用/解復(fù)用器 4.3.1波分復(fù)用/解復(fù)用器的原理與分類 4.3.2波分復(fù)用/解復(fù)用器的特性4.4光開關(guān) 4.4.1光開關(guān)的種類 4.4.2光開關(guān)的特性參數(shù)4.5光纖光柵 4.5.1光纖光柵原理 4.5.2光纖光柵的特性與應(yīng)用4.6光隔離器及光環(huán)行器 4.6.1光隔離器 4.6.2光環(huán)形器概 述 光纖通信中所用的光器件可分成光有源器件和光無源器件兩大類。二者的區(qū)別在于器件在實(shí)現(xiàn)本身功能的過程中，其內(nèi)部是否

2、發(fā)生光電能量轉(zhuǎn)換。若出現(xiàn)光電能量轉(zhuǎn)換，則稱其為有源光器件；若未出現(xiàn)光電能量轉(zhuǎn)換，即便也需要一些電信號(hào)的介入，均稱為光無源器件。光無源器件有多種分類方法，目前最常用的是按功能分類。按照器件在光纖傳輸路上所發(fā)揮的功能可分為光隔離器、光纖連接器、光合/分路器光耦合器、光開關(guān)、光衰減器以及光極化控制器、光環(huán)形器濾波器等。 本章主要介紹目前常用的光無源器件的結(jié)構(gòu)、工作原理及特性參數(shù)。光纖連接器p 光纖連接器的結(jié)構(gòu)與種類光纖(纜)活動(dòng)連接器是實(shí)現(xiàn)光纖(纜)之間活動(dòng)連接的光無源器件，它還具有將光纖(纜)與其他無源器件、光纖(纜)與系統(tǒng)和儀表進(jìn)行活動(dòng)連接的功能。 是光纖應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的、應(yīng)用最廣光無源器件

3、之一。1.光纖連接器的結(jié)構(gòu)說明：說明：基本上是采用某種機(jī)械和光學(xué)結(jié)構(gòu)，使兩根光纖的纖芯對(duì)準(zhǔn)，保證90%以上的光能夠通過，目前有五種常用結(jié)構(gòu)。(1)套管結(jié)構(gòu)由插針和套筒組成，應(yīng)用廣泛，F(xiàn)C、SC、D4等連接器均采用此結(jié)構(gòu)。(2)雙錐結(jié)構(gòu)利用錐面定位，此結(jié)構(gòu)由AT&T創(chuàng)立和采用。(3)V形槽結(jié)構(gòu)將兩個(gè)插針放入V形槽基座中，再用蓋板將插針壓緊，利用對(duì)準(zhǔn)原理使纖芯對(duì)準(zhǔn)，精度較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件數(shù)量多。光纖連接器(4)球面定心結(jié)構(gòu)由兩部分組成，一部分是裝有精密鋼球的基座，另一部分是裝有圓錐面(相當(dāng)于車燈的反光鏡)的插針。鋼球開有一個(gè)通孔，通孔德內(nèi)徑比插針的外徑大。當(dāng)兩根插針插入基座時(shí)，球面與錐面接合將

4、纖芯對(duì)準(zhǔn)，并保證纖芯之間的間距控制在要求的范圍內(nèi)，這種設(shè)計(jì)思想是巧妙的，但零件形狀復(fù)雜，加工調(diào)整難度大。(5)透鏡耦合結(jié)構(gòu)又稱遠(yuǎn)場(chǎng)耦合，結(jié)構(gòu)分為球透耦合結(jié)構(gòu)和自聚焦透鏡耦合結(jié)構(gòu)兩種，這種結(jié)構(gòu)經(jīng)過透鏡來實(shí)現(xiàn)光纖的對(duì)準(zhǔn)。用透鏡將一根光纖的出射光變成平行光，再由另一透鏡將平行光聚焦導(dǎo)入另一光纖中去。其優(yōu)點(diǎn)是降低了對(duì)機(jī)械加工的精度要求，使耦合更容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大調(diào)整元件多、接續(xù)損耗大。總結(jié)：5種對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、批量加工的可行性及實(shí)用效果來看，精密套管占有明顯優(yōu)勢(shì)，目前應(yīng)用最廣，我國多采用這種結(jié)構(gòu)的連接器。光纖連接器2.光纖活動(dòng)連接器的種類光纖活動(dòng)連接器的品種、

5、型號(hào)很多，其中有代表性的有：FC、ST、SCD4、雙錐、VFo(球面定心)、F-SMA、MT-RJ連接器等。在我國用得最多的是FC系列的連接器，它是干線系統(tǒng)中采用的主要型號(hào)，在今后一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍是主要品種。SC型連接器是光纖局域網(wǎng)、CATV和用戶網(wǎng)的主要品種。除此之外，ST型連接器也有一定數(shù)量的應(yīng)用。(1)FC系列連接器是一種用螺紋連接，外部零件采用金屬材料制作的連接器，它是我國電信網(wǎng)采用的主要品種，我國已制定了FC型連接器的國家標(biāo)準(zhǔn)。(2)SC型連接器它的插針、套筒與FC完全一樣。外殼采用工程塑料制作、采用矩形結(jié)構(gòu)便于密集安裝。不用螺紋連接、可以直接插拔，使用方便，操作空間小可以密集安裝，

6、可以做成多芯連接器，因此應(yīng)用前景更為廣闊。光纖連接器(3)ST型連接器ST型連接器采用帶鍵的卡口式鎖緊機(jī)構(gòu)，確保連接時(shí)準(zhǔn)確對(duì)中。(4)不同型號(hào)插頭互相連接的轉(zhuǎn)換器在對(duì)不同型號(hào)插頭連接時(shí)，需要轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接。主要有以下幾種：ST/FC；FC/SC；FC/ST；SC/ST；ST/SC。(5)活動(dòng)連接器跳線的規(guī)格選擇跳線時(shí)，需要明確以下這些參數(shù)：插頭型號(hào)；光纖型號(hào)；光纖芯徑；光纖芯數(shù)；光纜外徑；插頭數(shù)；插頭損耗；回波損耗；插針材料；插針端面形狀；套筒材料。(6)新型多芯光纖連接器隨著用戶通信網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、WDM的普及、電信網(wǎng)/數(shù)據(jù)網(wǎng)的光纖化乃至多媒體大容量信息處理設(shè)備的發(fā)展均推動(dòng)著光纜向多芯、高密度

7、方向深入發(fā)展，帶狀多芯光纜需要用多芯光纖連接器進(jìn)行連接，多芯帶狀光纖MT連接器就應(yīng)運(yùn)而生。光纖連接器MT連接器是為接續(xù)多芯帶狀光纖而開發(fā)出的、采用塑料套管的一種光纖連接器，它具有優(yōu)良的高密度安裝能力和較低的成本。MT連接器的基本機(jī)理是用兩根導(dǎo)向銷精密的在套管內(nèi)確定好光纖位置，再用夾箍施壓挾持住對(duì)接部分從而保持接續(xù)狀態(tài)穩(wěn)定。MT連接器關(guān)鍵技術(shù)包括塑料成型套管、金屬導(dǎo)向銷、套管端面研磨拋光技術(shù)和檢查技術(shù)等，對(duì)精度的要求極高。MT套管大致分為4種：小型MT套管，最多容納4根光纖；4芯、8芯類普通MT套管，最大容納12根光纖；16MT套管可接續(xù)16根光纖；二維MT套管，最多可容納60根光纖。MT連接器

8、的安裝密度極高，其中16芯二維MT套管是普通16芯MT套管安裝密度的1.3倍，60芯、80芯二維MT連接器則是普通12芯MT連接器安裝密度的5倍。光纖連接器p 光纖連接器特性參數(shù)評(píng)價(jià)一個(gè)光纖連接器的主要性能指標(biāo)有4個(gè)，即插入損耗、回波損耗、重復(fù)性和互換性。1.插入損耗是指光纖中的光信號(hào)通過活動(dòng)連接器后，其輸出光功率相對(duì)輸入光功率的比率的分貝數(shù)，表達(dá)式為：式中： 為連接器插入損耗； 為輸入端的光功率； 為輸出端光功率。對(duì)于多模光纖連接器來講，注入的光功率應(yīng)當(dāng)經(jīng)過穩(wěn)模器，濾去高次模使光纖中的模式為穩(wěn)態(tài)分布，這樣才能準(zhǔn)確地衡量連接器的插入損耗。2.回波損耗又稱后向反射損耗，是指光纖連接處，后向反射光

9、對(duì)輸入光的比率的分貝數(shù)，表達(dá)式為：式中， 表示回波損耗； 表示輸入光功率； 表示后向反射光功率?；夭〒p耗愈大愈好，以減少反射光對(duì)光源和系統(tǒng)的影響。1010lg/()cAPP dB cA0P1P010lg/rRAPP rA0PRP光纖連接器3.重復(fù)性和互換性重復(fù)性是指光纖(纜)活動(dòng)連接器多次插拔后插入損耗的變化，用dB表示互換性是指連接器各部件互換時(shí)插入損耗的變化，用dB表示。這兩項(xiàng)指標(biāo)可以考核連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝的合理性，也是表明連接器實(shí)用化的重要標(biāo)志。另外，還有連接器的溫度特性，是指活動(dòng)連接器隨環(huán)境溫度變化后的插入損耗的變化。連接器的配件一般分為跳線和轉(zhuǎn)換器兩部分。光纖耦合器p 光纖耦合

10、器定義定義：簡(jiǎn)稱耦合器，是將光信號(hào)進(jìn)行分路或合路、插入、分配的一種器件。簡(jiǎn)單地講，光耦合器就是一類能使傳輸中的光信號(hào)在特殊結(jié)構(gòu)耦合區(qū)發(fā)生耦合，并進(jìn)行再分配的器件。分類分類：光纖耦合器目前已形成一個(gè)多功能、多用途的系列產(chǎn)品。從功率上看：分為功率分配器和光波長(zhǎng)(合/分波)耦合器；從端口形式上劃分：分為X形(2x2)耦合器、Y形(1x2)耦合器、星形(NxNN2)耦合器、樹形(1xN，N2)耦合器；從工作帶寬的角度劃分：分為單工作窗口的窄帶耦合器或標(biāo)準(zhǔn)耦合器(Standard Coupler，SC)、單工作窗口的寬帶耦合器、雙工作窗口的寬帶耦合器；從傳導(dǎo)模式劃分：分為多模耦合器和單模耦合器。光纖耦合

11、器p 光纖耦合器的結(jié)構(gòu)與原理制作方法制作方法：分立光學(xué)元件組合型、全光纖型、平面波導(dǎo)型。其中屬于全光纖型的光纖熔融拉錐法因?yàn)榫哂懈鞣N優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前光耦合器的主要制作方法。熔融拉錐法熔融拉錐法：將兩根(或兩根以上)除去涂覆層的光纖以一定的方式靠攏，在高溫加熱下熔融，同時(shí)向兩側(cè)拉伸，最終在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法。光纖耦合器熔融拉錐法的工作原理熔融拉錐法的工作原理：入射光功率在雙錐體結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生功率再分配,一部分光功率從“直通臂”繼續(xù)傳輸，另一部分則由“耦合臂”傳到另一光路。單模耦合器和多模耦合器具有完全不同的耦合機(jī)理。(1)熔融拉錐型單模光纖耦合器光纖

12、歸一化頻率先減小，然后增加包層為芯，空氣為包層構(gòu)成新波導(dǎo)光功率以特定比例“捕獲”。(2)熔融拉錐型多模光纖耦合器較高階模式被捕獲，獲得耦合光功率；低階模不參與耦合，只能從直通臂輸出；改進(jìn)后的工藝保證了直通臂和耦合臂的輸出模式一致。光纖耦合器p 光纖耦合器的特性參數(shù)光纖耦合器除了具有光無源器件的一般技術(shù)術(shù)語外，還有一些體現(xiàn)自身特點(diǎn)的技術(shù)術(shù)語。1.插入損耗插入損耗(Inserting Loss，IL)定義為指定輸出端口的光功率相對(duì)全部輸入光功率的減小值。該值通常以分貝表示，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：其中：ILi是第i個(gè)輸出端口的插入損耗； 是第i個(gè)輸出端口測(cè)到的光功率值； 是輸入端的光功率值。2.附加損耗附加

13、損耗(Excess Loss，EL)定義為所有輸出端口的光功率總和相對(duì)于全部輸入光功率的減小值。該值以分貝表示的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：10lg()outiiinPILdBP outiPinP10lg()outiiinPELdBP 光纖耦合器式中： 為第i個(gè)輸出口的輸出功率； 為輸入光功率。應(yīng)特別指出的是，光纖耦合器的附加損耗是體現(xiàn)器件制造工藝質(zhì)量的指標(biāo)，反映的是器件制作過程帶來的固有損耗；而插入損耗則表示的是各個(gè)輸出端口的輸出功率狀況，不僅有固有損耗的因素，而且也有分光比的影響。因此，不同類型的光纖耦合器之間，插入損耗的差異，并不能反映器件制作質(zhì)量的優(yōu)劣。3.分光比分光比(Coupling Ratio

14、，CR)是光耦合器所特有的技術(shù)術(shù)語，定義為耦合器各輸出端口的輸出功率相對(duì)輸出總功率的百分比，在具體應(yīng)用中常用數(shù)字表達(dá)式表示為：outiPinP100%outioutiiPCRP光纖耦合器4.方向性方向性也是光耦合器所特有的一個(gè)技術(shù)術(shù)語，它是衡量器件定向傳輸性的參數(shù)以標(biāo)準(zhǔn)X形耦合器為例，方向性定義為在耦合器正常工作時(shí)，輸入端非注入光端口的輸出光功率與總注入光功率的比值，以分貝為單位的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中： 代表總注入光功率； 代表輸入端非注入光端口的輸出光功率。5.均勻性均勻性是衡量均分器件的“不均勻程度”的參數(shù)。定義為在器件的工作帶寬范圍內(nèi)各輸出端口輸出功率的最大變化量。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中：M

15、IN(Pout)為最小輸出光功率；MAX(Pout)為最大輸出光功率。實(shí)際制作要求均勻分光的耦合器時(shí)，因?yàn)楣に嚨木窒蓿豢赡茏龅浇^對(duì)的均分。2110lg()ininPDLdBP 1inP2inP()10lg()()outoutMIN PFLdBMAX P 光纖耦合器6.偏振相關(guān)損耗偏振相關(guān)損耗(Polarization Dependent Loss，PDL)是衡量器件性能對(duì)于傳輸光信號(hào)的偏振態(tài)的敏感程度的參量。它是指當(dāng)傳輸光信號(hào)的偏振態(tài)發(fā)生360o變化時(shí)，器件各輸出端口輸出光功率的最大變化量：在實(shí)際應(yīng)用中，光信號(hào)偏振態(tài)的變化是經(jīng)常發(fā)生的，因此，為了不影響器件的使用效果往往要求器件有足夠小的

16、偏振相關(guān)損耗。7.隔離度隔離度是指某一光路對(duì)其他光路中的信號(hào)的隔離能力。隔離度高,也就意味著線路之間的“串話”小。實(shí)際工程中，可直接用于反映WDM器件對(duì)不同波長(zhǎng)光信號(hào)的分離能力，對(duì)于分波耦合器往往需要隔離度達(dá)到40dB以上的器件；而合波耦合器的隔離度要求并不苛刻，20dB左右即可。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中： 是某一光路輸出端測(cè)到的其他光路信號(hào)的功率值； 是被檢測(cè)光信號(hào)的輸入功率值。()10lg()()outyjoutjMIN PPDLdBMAX P tPinP10lg()tinPIdBP 波分復(fù)用/解復(fù)用器p 概述光波分復(fù)用器是對(duì)光波波長(zhǎng)進(jìn)行分離與合成的光無源器件光波分復(fù)用器是對(duì)光波波長(zhǎng)進(jìn)行分離與

17、合成的光無源器件。具有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)波分復(fù)用器與解復(fù)用器共同的要求是：復(fù)用信道數(shù)量要足夠多、插入損耗小、串音衰減大和通帶范圍寬。波分復(fù)用器與波分解復(fù)用器的不同點(diǎn)在于：解復(fù)用器的輸出光纖直接與光檢測(cè)器相連，芯徑與數(shù)值孔徑可以做得大些，因此，制造低插入損耗的解復(fù)用器并不太難；而復(fù)用器的輸出光纖必須為傳輸光纖，不能任意加大芯徑和數(shù)值孔徑，而減小輸入光纖的芯徑和數(shù)值孔徑，又會(huì)增加光源到輸入光纖的耦合損耗，所以復(fù)用器的插入損耗一般比較大。解復(fù)用器要求如下： 給定工作波長(zhǎng)應(yīng)具有最低的插入損耗； 其他端口對(duì)該光信號(hào)應(yīng)具有理想隔離；波分復(fù)用/解復(fù)用器p 波分復(fù)用/解復(fù)用器的原理與分類光復(fù)用器和解復(fù)用器可分

18、為波長(zhǎng)選擇性和非波長(zhǎng)選擇性兩種，如下圖所示，下面只介紹廣泛應(yīng)用的光波分復(fù)用系統(tǒng)的器件制造方法和原理。波分復(fù)用/解復(fù)用器1.光柵型是近年發(fā)展起來的，常用來制作波分復(fù)用器的主要分光元件。原理原理：入射光射到光柵表面，不同波長(zhǎng)的衍射角不同，就可以使不同的光送到不同的光纖中去。器件更緊湊、小巧，具有良好的溫度特性，可滿足工程需要。波分復(fù)用/解復(fù)用器2.波導(dǎo)陣列光柵型下圖是一種波導(dǎo)陣列光柵型波分復(fù)用器件，它由輸入、輸出波導(dǎo)、空間耦合器和波導(dǎo)陣列光柵構(gòu)成。原理原理：空間耦合器的作用是將各種波長(zhǎng)的輸入信號(hào)，通過空間耦合器進(jìn)入陣列波導(dǎo)輸入端，由于陣列波導(dǎo)是由若干條其光程差為 的波導(dǎo)構(gòu)成，根據(jù)衍射理論，在波導(dǎo)陣

19、列光柵輸出端，按波長(zhǎng)長(zhǎng)短順序排列輸出，并通過空間耦合器傳輸?shù)较鄳?yīng)的輸出波導(dǎo)端口，達(dá)到分波的目的()/ 2Ln 波分復(fù)用/解復(fù)用器3.光纖光柵是利用光纖制造中的缺陷，用紫外光照射，使得光纖纖芯折射率分布呈周期性變化，在滿足布拉格光柵條件的波長(zhǎng)上全反射，而其余波長(zhǎng)通過的是一種全光纖陷波濾波器。光纖布拉格光柵制作方法一般分為干涉法相位掩膜板法及逐點(diǎn)寫入法。波分復(fù)用/解復(fù)用器p 波分復(fù)用/解復(fù)用器的特性1.解復(fù)用器解復(fù)用器以光信號(hào)波長(zhǎng)為函數(shù)的解復(fù)用器的主要光學(xué)特性如下：(1)中心波長(zhǎng)中心波長(zhǎng)(或通帶或通帶)是由設(shè)計(jì)、制造者根據(jù)相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H應(yīng)用要求選定的。密集型波分復(fù)用器ITU-T規(guī)定

20、在1550nm區(qū)域，1552.52nm為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。其他波長(zhǎng)規(guī)定間隔100G(0.8nm)，50G(0.4nm)等，或取其整數(shù)倍作復(fù)用波長(zhǎng)。(2)中心波長(zhǎng)工作范圍中心波長(zhǎng)工作范圍對(duì)于每一工作通道，器件必須給出一個(gè)適應(yīng)于光源譜寬的范圍。該參數(shù)限定了我們所選用的光源(LED或LD)的譜寬寬度及中心波長(zhǎng)位置。它以1.0nm表示或者是以平均信道之間間隔的10%表示。波分復(fù)用/解復(fù)用器(3)中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的最小插入損耗式中： 代表波長(zhǎng)為 的光束在輸出端的光功率； 代表波長(zhǎng)為 的光束在輸入端合路信號(hào)中的光功率。該參數(shù)是衡量解復(fù)用器的一項(xiàng)重要指標(biāo)，越小越好，可以用輸入端到N個(gè)輸出端的各信道的波長(zhǎng)插入損耗關(guān)系曲線

21、來表達(dá)。以小于“X“dB表示。1L110110lgPLP 1P101P1波分復(fù)用/解復(fù)用器(4)相鄰信道之間串音耦合最大值式中： 代表波長(zhǎng)為 的光束在輸出端串?dāng)_到 的輸出端口處的光功率； 代表波長(zhǎng)為 的光束在輸出端口處的輸出光功率。該參數(shù)是衡量解復(fù)用器的另一項(xiàng)重要指標(biāo)。數(shù)字通信中一般大于30dB，模擬通信中則應(yīng)大于50dB。以大于”Y”dB表示。(5)偏振相關(guān)損耗偏振相關(guān)損耗是指光信號(hào)以不同的偏振狀態(tài)輸入時(shí)(如線偏振、圓偏振、橢圓偏振)，對(duì)應(yīng)輸出端口插入損耗最大變化量。2.復(fù)用器以光信號(hào)波長(zhǎng)為函數(shù)的復(fù)用器的光學(xué)特性，可用于給定的輸入端口(1#N#端口為輸入端口，0#端口為輸出端口)。每一端口的

22、各種光學(xué)參數(shù)與解復(fù)用器中對(duì)應(yīng)的參數(shù)定義相類似。12L112210lgPLP 1P122P2光開關(guān)p 概述是光纖通信系統(tǒng)重要的光器件，隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)據(jù)通信和密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)的應(yīng)用，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)可靠、靈活的網(wǎng)管產(chǎn)生了強(qiáng)烈的需求。DWDM城域網(wǎng)和接入網(wǎng)應(yīng)用對(duì)具有插/分和交換功能的光開關(guān)的需求更加迫切。光開關(guān)的主要任務(wù)是切換光路，下圖是1X2光開關(guān)切換光路的示意圖。光開關(guān)p 光開關(guān)的種類光開關(guān)根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)方式可分為機(jī)械式光開關(guān)和非機(jī)械式光開關(guān)，根據(jù)工作工作原理原理可分為機(jī)械式光開關(guān)、液晶光開關(guān)、電光式光開關(guān)和熱光式光開關(guān)系統(tǒng)對(duì)光開關(guān)的要求要求歸納為：小的串音、小的

23、消光比、低的插入損耗、小的驅(qū)動(dòng)電流(或電流)、無極化依賴性、與光纖有高的耦合效率、緊湊的器件尺寸、根據(jù)需求而定的開關(guān)速度和頻率帶寬。下面介紹幾種光開關(guān)1.機(jī)械式光開關(guān)是最傳統(tǒng)的光開關(guān)，已無法滿足光纖通信網(wǎng)的要求，已研制出新型的機(jī)械式光開關(guān)。(1)微光機(jī)電系統(tǒng)光開關(guān)它是微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)(MEMS)與傳統(tǒng)光技術(shù)相結(jié)合的新型機(jī)械式光開關(guān)?？梢詽M足DWDM的全光傳輸網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求。(2)毛細(xì)管效應(yīng)光開關(guān)采用了電毛細(xì)管效應(yīng)或熱毛細(xì)管效應(yīng)的光開關(guān)結(jié)構(gòu)。光開關(guān)(3)金屬薄膜光開關(guān)采用了金屬膜與無源波導(dǎo)相結(jié)合的構(gòu)形。2.液晶光開關(guān)是在硅襯底材料上制作出偏振光束分支波導(dǎo)，再把每個(gè)分支波導(dǎo)交叉點(diǎn)刻蝕成有一定角度的槽

24、，槽內(nèi)裝上折射匹配的液晶，液晶槽下面是電熱器。不加熱時(shí)，光束直通；當(dāng)硅材料中相關(guān)點(diǎn)被加熱器加熱時(shí)，其上的液晶內(nèi)產(chǎn)生一種氣泡，經(jīng)過它的全反射，使來自輸入波導(dǎo)的光改變方向反射到要求的波導(dǎo)上。3.熱光效應(yīng)光開關(guān)簡(jiǎn)稱熱光開關(guān)，是利用加熱光波導(dǎo)，改變光波導(dǎo)的折射率，引起主波導(dǎo)與需要的分支波導(dǎo)間的光耦合，從而實(shí)現(xiàn)光開/關(guān)的器件。熱光開關(guān)是由分支波導(dǎo)與其上的薄膜加熱器控制，光的開與關(guān)由沉淀在薄膜上的加熱器控制。光開關(guān)p 光開關(guān)的特性參數(shù)1.插入損耗插入損耗是指輸入與輸出端口之間光功率的減少，以分貝來表示：式中： 為進(jìn)入輸入端的光功率； 為輸出端接收的光功率。2.隔離度隔離度是指兩個(gè)相隔離輸出端口光功率的比值

25、，以分貝來表示：式中： 為開關(guān)的兩個(gè)隔離端口( )； 是光從 端口輸入時(shí) 端口的輸出功率， 是光從 端口輸入時(shí)在 端口測(cè)得的光功率。 1010lgPILP 0P1P,10lginn mimPIP , n mnminPinimPim光開關(guān)3.回波損耗也稱反射損耗或反射率，是指從輸入端返回的光功率與輸入光功率的比值，以分貝表示：式中： 為進(jìn)入輸入端的光功率； 為輸入端口接收到的返回光功率。4.遠(yuǎn)端串?dāng)_是指光開關(guān)的接通端口的輸出光功率與串入另一端口的輸出光功率的比值。表達(dá)式為：5.近端串?dāng)_是指當(dāng)其他端口接終端匹配，連接的端口與另一個(gè)名義上是隔離的端口的光功率之比。1010lgPRLP 0P1P212

26、110lgPFCP 212110lgPNCP 光開關(guān)6.消光比是兩個(gè)端口處于導(dǎo)通和非導(dǎo)通狀態(tài)的插入損耗之差。式中： 為 ， 端口導(dǎo)通時(shí)的插入損耗； 為兩個(gè)端口非導(dǎo)通時(shí)的插入損耗。7.開關(guān)時(shí)間是指開關(guān)端口從某一初始狀態(tài)轉(zhuǎn)為通或斷所需的時(shí)間，開關(guān)時(shí)間從開關(guān)上施加或撤去轉(zhuǎn)換能量的時(shí)刻算起。0nmnmnmERILILnmILnm0nmIL光隔離器及光環(huán)行器p 光隔離器互易器件互易器件：允許雙向光通行，即輸入光與輸出光可以互換的無源器件。光隔離器光隔離器：是一種光單向傳輸?shù)姆腔ヒ仔云骷?，即光的單向器。光隔離器的用途光隔離器的用途：主要用在激光器或光放大器的后面，以防止來自連接器、熔接點(diǎn)、濾波器等的反射光

27、影響激光器或放大器的穩(wěn)定性。1.光隔離器的原理法拉第旋轉(zhuǎn)器法拉第旋轉(zhuǎn)器：用旋光材料制成法拉第旋轉(zhuǎn)器，是通過它的光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一定角度，且旋轉(zhuǎn)方向與光傳播方向無關(guān)。光隔離器的工作原理光隔離器的工作原理是基于法拉第旋轉(zhuǎn)的非互異性非互異性。光隔離器的組成光隔離器的組成：起偏器、檢偏器、法拉第旋轉(zhuǎn)器三部分。各部分作用各部分作用：起偏器允許垂直偏振光順利通過；檢偏器允許45o方向上的偏振光順利通過；法拉第旋轉(zhuǎn)器使通過它的光的偏振方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45o單模光纖隔離器的特點(diǎn)單模光纖隔離器的特點(diǎn)：是隔離器的工作與入射光的偏振態(tài)有關(guān)，即必須是垂直偏振。光隔離器及光環(huán)行器隔離器的工作過程隔離器的工作過程：當(dāng)入射光從左向右傳輸時(shí)，由于單模光纖傳輸光的偏振態(tài)與起偏器的透振方向一致，故入射光無損地通過起偏器。由于法拉第旋轉(zhuǎn)器的作用，使光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)到45o方向上，由于檢偏器的透振方向也在45o方向上，于是經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)45o后的光能順利通過檢偏器，這樣，正向傳輸入射光無損地通過隔離器。當(dāng)反射波向反