光纖通信常用光無(wú)源器件ppt課件

1、光無(wú)源器件光無(wú)源器件第第4 4章章 常用光無(wú)源器件常用光無(wú)源器件光有源器件：光源光放大器光檢測(cè)器光無(wú)源器件： 光銜接器光耦合器光開關(guān)光隔離器光衰減器 光調(diào)制器光器件的分類光器件的分類作用 參數(shù) 原理 類型光環(huán)行器光波分復(fù)用器4.1 光纖銜接器光纖銜接器一、功能：一、功能：用于光纖設(shè)備和光纖之間，光纖和光纖之間, 光纖與其它部件之間，設(shè)備和設(shè)備之間的銜接。又叫活接頭。光源光中繼光檢測(cè)器尾纖光耦合器光測(cè)試儀器光跳線二、光纖銜接器的典型類型及任務(wù)原理二、光纖銜接器的典型類型及任務(wù)原理1、平面對(duì)接型光纖銜接器、平面對(duì)接型光纖銜接器 FC型型face connect構(gòu)造：套筒插針體插針體粘合劑光纖固定盤

2、光纖 FC 型光纖銜接器型光纖銜接器光銜接器 運(yùn)用方法： 將帶有接納光纖和發(fā)射光纖的插針體分別插入 套筒中，將螺旋擰緊，就實(shí)現(xiàn)了光纖的耦合。套筒插針體插針體粘合劑光纖固定盤光纖 資料：合金螺旋式銜接菲涅耳反射：光在不同折射菲涅耳反射：光在不同折射率的介質(zhì)平面的交界面上會(huì)率的介質(zhì)平面的交界面上會(huì)發(fā)生入射光的部分反射發(fā)生入射光的部分反射 。 問(wèn)題所在：?jiǎn)栴}所在：FC 型光纖銜接器的接頭時(shí)平面型，產(chǎn)生菲涅爾反射，型光纖銜接器的接頭時(shí)平面型，產(chǎn)生菲涅爾反射， 構(gòu)成損耗和引入噪聲構(gòu)成損耗和引入噪聲 。2、直接接觸型光纖銜接器PC型physical connect插針體包括光纖的端面研磨成凸面球，使得被銜

3、接的光纖的端面可以直接接觸，實(shí)現(xiàn) 物理構(gòu)造的直接銜接。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 減少了光的菲涅爾反射，防止了回波噪聲。資料：陶瓷端面的制備：光銜接器 3、矩形光銜接器、矩形光銜接器SCFC型PC型預(yù)留空間以便耦合部分旋轉(zhuǎn)，不能滿足高密度安裝要求。卡口式，能自鎖和開啟卡口式，能自鎖和開啟SC 型光纖銜接器型光纖銜接器4、ST型銜接器型銜接器插銷鎖定式銜接方式5、FO 型光纖銜接器型光纖銜接器構(gòu)造圖：作用：將帶狀光纖的光纖一根根分開，與單芯光纖銜接。6、MT型光纖銜接器型光纖銜接器構(gòu)造圖：作用：多模帶狀光纜的光纖的一次銜接。三、三、 光纖銜接器的參數(shù)光纖銜接器的參數(shù)1、插 入衰減意義：表征光銜接器插入后引起的

4、光路中的光信號(hào) 衰減的程度。定義： ac=10 Lg(Pin / Pout) (dB)影響光纖銜接器衰減的要素： 參數(shù)不匹配：折射率、纖徑 耦合缺陷：間隙橫向偏移傾斜角端面不平2、反復(fù)性意義：在運(yùn)用壽命期間允許實(shí)踐插入損耗值偏離標(biāo)稱值的最大變化量。 ac = ac-aci max3、互換性描畫同一種光纖銜接器在相互代換時(shí)允許插入損耗的最大差值。a = ac1-ac2max意義：定義：意義：表征銜接光陰纖端面對(duì)光的反射程度?；夭〒p耗反射損耗：10Lg(P入/P反)4、回波損耗5、任務(wù)壽命意義：可插拔的最大次數(shù)四、四、 光纖通訊對(duì)光銜接器的要求光纖通訊對(duì)光銜接器的要求銜接損耗低0.5dB銜接損耗5

5、km光纖損耗0.4dB反復(fù)性好壽命長(zhǎng)普通1000次強(qiáng)度高環(huán)境穩(wěn)定性好反射低 體積小，本錢低，操作方便五、陶瓷五、陶瓷PC型光纖銜接器的主要技術(shù)目的型光纖銜接器的主要技術(shù)目的插入損耗0.3dB重復(fù)性0.1dB互換性0.1dB反射損耗38dB壽命10000次溫度范圍40804.2 光纖耦合器光纖耦合器一 、光纖耦合器對(duì)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)分路、合路、插入、分配的一種無(wú)源器件。實(shí)現(xiàn)光功率的分配，對(duì)光的波長(zhǎng)沒有影響。功能：分路插入合路分配二、二、 參數(shù)參數(shù)1插入損耗插入損耗合路器：nai=10Lg( ) i=1Pi /Po(dB)分路器：ai=10Lg(Pi / Po )i=1n(dB)意義： 表征插入光方向耦

6、合器后對(duì)鏈路的光信號(hào)的衰減。定義：普通要求ai20dB光銜接器 3、分路比、分路比分路時(shí)各個(gè)輸出端口的光功率之比。ij定義：Tij=Pi/Pj光方向耦合器 意義：普通要求T在0.1：110：1三、光纖耦合器的分類三、光纖耦合器的分類1、T型耦合器功能：將一個(gè)光纖的輸入光功率按照一定的比例分配給兩根光纖，或者將兩根光纖的輸入 光信號(hào)合在一同送入一根 光纖。用途： 光功率分配器或光功率組合器2、星型耦合器功能：將n根光纖的輸入光功率合 在一同，均勻的分給m 根光纖。用途：多端口功率分配器3、 定向耦合器功能： 取出光纖中向不同方向傳送的光信號(hào)12341234用途：只能用于功率分路器。四、根本構(gòu)造四

7、、根本構(gòu)造1、 光纖型將幾根光纖去涂覆后陳列在一同，用熔斷拉錐技術(shù)制形成光耦合器。任務(wù)原理：光功率的比例分配與錐形的長(zhǎng)度和包層的厚度有關(guān)2、 微光器件型 主要采用自聚焦?jié)u變透鏡半透鏡半透鏡ABGRIN圓柱透鏡圓柱透鏡GRIN圓柱透鏡圓柱透鏡3、波導(dǎo)型 在一個(gè)平面板的襯底上制造 需求外形的光波導(dǎo)，襯底既可以做支撐體也可以做波導(dǎo)的包層。玻璃玻璃 襯底襯底嵌嵌 入波導(dǎo)入波導(dǎo)4、對(duì)接型巧合器包層研磨包層研磨 匹配液匹配液 拼合拼合五、 耦合級(jí)聯(lián)12型22型級(jí)聯(lián)1N型NN型從22的光方向耦合器來(lái)推導(dǎo)NN型星型耦合器的參數(shù)特性：結(jié)論：結(jié)論：N 2N/ 2個(gè)個(gè)22的星型耦合器可以的星型耦合器可以按照這樣的思

8、緒組成按照這樣的思緒組成2 N級(jí)陣列，構(gòu)成級(jí)陣列，構(gòu)成NN型星型耦合器，其分路損耗為型星型耦合器，其分路損耗為32 NdB.4.34.3波分復(fù)用器波分復(fù)用器Wavelength-division Wavelength-division multiplexers (WDM)multiplexers (WDM) -波分復(fù)用器波分復(fù)用器-的方式的方式: : 3 3 端口器件端口器件 ( (第第4 4端口不用端口不用) ) 1310 / 1550 nm (“1310 / 1550 nm (“經(jīng)典經(jīng)典 WDM WDM技術(shù)技術(shù)) ) 1480 / 1550 nm 1480 / 1550 nm 和和 980

9、 / 1550 nm 980 / 1550 nm 用于光放大器用于光放大器( (后面章節(jié)詳述后面章節(jié)詳述) ) 1550 / 1625 nm 1550 / 1625 nm 用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 插入損耗和隔離度插入損耗和隔離度: : 對(duì)傳輸通道的波長(zhǎng)，具有低插入損耗對(duì)傳輸通道的波長(zhǎng)，具有低插入損耗 ( 1 dB) ( 1 dB) 傳輸通道波長(zhǎng)對(duì)另一波長(zhǎng)有高損耗傳輸通道波長(zhǎng)對(duì)另一波長(zhǎng)有高損耗 (20 to 50 dB) : (20 to 50 dB) : I10=-10log10P1(1)/P0 (1), I20=-I10=-10log10P1(1)/P0 (1), I20=-10log10

10、P2(1)/P0 (1)10log10P2(1)/P0 (1)Commonl1l1l2l2A、分類、分類熔錐型熔錐型(粗粗WDM)多層干涉濾光膜型多層干涉濾光膜型(細(xì)細(xì)WDM DWDM)棱鏡分光型棱鏡分光型(粗粗WDM)光柵型光柵型-體光柵、光纖光柵體光柵、光纖光柵(粗粗WDM，細(xì)，細(xì)WDM )陣列波導(dǎo)光柵陣列波導(dǎo)光柵(細(xì)細(xì)WDM DWDM)B、原理、原理直通臂(P1)耦合臂(P2)P0 熔錐型波分復(fù)用器P1=Pincos2K()zP2=Pinsin2K()z其中z是耦合區(qū)的長(zhǎng)度，K()為耦合系數(shù)，當(dāng)K()z= /2， P1=0， P2=Pin棱鏡分光型波分復(fù)用器Multiplexers (M

11、UX) / Demultiplexers (DEMUX) DWDM的關(guān)鍵器件 技術(shù)分類： 串聯(lián)介質(zhì)濾光器 Cascaded FBGs Phased arrays (see later) 低串?dāng)_，有利于解復(fù)用干涉濾光片型波分復(fù)用器l l1l l16l l1l l15l l16l l1l l14l l15輸入光纖l1l4l3l2l0 (監(jiān)管信道)干涉濾光膜光柵型波分復(fù)用器-體光柵主最大強(qiáng)度的方向由下式給出：d sin=m / = m/ d cos其中d為光柵周期， 為衍射角， m = 0，1， 2，等等， 為角分別， 為波長(zhǎng)間隔。輸入光輸入光l l1l l4l l3l l21. 體光柵型體光柵型布

12、拉格光柵布拉格光柵l l1l l16l l1l l15l l16l l16l l16l l1l l15、l l16l l1l l15、l l16FBG環(huán)形器環(huán)形器光纖光柵型波分復(fù)用器其反射波長(zhǎng)成為布拉格波長(zhǎng) B 由下面的布拉格條件確定：2neff=B其中為光柵周期，neff為有效纖芯折射率。Array Waveguide Grating (AWG)l l1al l3al l2al l4al l1bl l3bl l2bl l4bl l1cl l3cl l2cl l4cl l1dl l3dl l2dl l4dl l1al l3cl l2dl l4bl l1bl l3dl l2al l4cl l1c

13、l l3al l2bl l4dl l1dl l3bl l2cl l4a行行. 轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為 . 列列自在空間扇型波導(dǎo)扇型波導(dǎo)波導(dǎo)光柵NTT：256波，間隔0.2nm，3dB帶寬0.12nm，插入損耗4.4-6.4dB，串?dāng)_-33dB，偏振相關(guān)波長(zhǎng)差0.03nm，需求溫控。光開關(guān) 4.4 光開關(guān)光開關(guān)一一 、功能、功能光開關(guān)是一種光路控制器，起轉(zhuǎn)換光路的作用。如：維護(hù)倒換光端機(jī)光端機(jī)光端機(jī)光端機(jī)12光開關(guān)光開關(guān)12光開關(guān)光開關(guān)光開關(guān) 全光交換：12空間光交換空間光交換12時(shí)隙光交換時(shí)隙光交換光纖延時(shí)線光纖延時(shí)線T.T3 T2 T1T4T1T2T3T4復(fù)合光交換2t4t6t光開關(guān)或耦合器光開關(guān)或耦

14、合器T2 T3 T4T1光開關(guān) 光開關(guān) 二、光開關(guān)的類型1機(jī)械式光開關(guān)挪動(dòng)光纖式挪動(dòng)棱鏡式原理光開關(guān) 光纖光纖1玻璃套筒玻璃套筒方空玻璃套筒方空玻璃套筒套管套管光光 纖纖2光纖光纖3光纖光纖1光纖光纖2光纖光纖3挪動(dòng)光纖式：光開關(guān) 挪動(dòng)棱鏡式：棱棱 鏡鏡自聚焦透鏡自聚焦透鏡光開關(guān) 新型的微光機(jī)電系統(tǒng)光開關(guān)微光機(jī)電系統(tǒng)MOEMS光開關(guān)微機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)與傳統(tǒng)的光技術(shù)的結(jié)合光開關(guān) 光開關(guān) 2電光式光開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶體高折射率玻璃棱鏡vVVt3熱光開關(guān)4SOA光開關(guān)半導(dǎo)體光放大器控制電壓光開關(guān) 二、 參數(shù)1插入損耗ai=10Lg(Pin/Pout) (dB)(2) 通斷消光比開關(guān)處于接通形狀的輸出光

15、功率和處于斷開形狀的輸出光功率之比。 a=10Lg(P通/P斷)光開關(guān) (3)壽命允許轉(zhuǎn)換光路的次數(shù)4轉(zhuǎn)換速度光通道的設(shè)置開關(guān)：110ms 維護(hù)倒換：110us分組交換：1ns外調(diào)制：10ps光隔離器 4.6 光隔離器一、 定義光隔離器是一種防止光沿傳輸光程前往的無(wú)源器件。光隔離器 光隔離器光隔離器光隔離器 二、任務(wù)原理基于法拉第效應(yīng)在偏振光的傳播方向外加電磁場(chǎng)時(shí)，其偏振方向會(huì)旋轉(zhuǎn)一定的角度。 =VBL (V費(fèi)爾德常數(shù)、L資料厚度、B磁場(chǎng) 強(qiáng)度)無(wú)論光的傳播方向如何，順著外加磁場(chǎng)的傳播方向察看，偏振光按順時(shí)針的方向旋轉(zhuǎn).光隔離器 BB光的不可逆光的不可逆 性性光隔離器 光隔離器的任務(wù)原理：偏振

16、器偏振器法拉第旋轉(zhuǎn)器法拉第旋轉(zhuǎn)器B偏振器偏振器45454590NO PASS45光隔離器 三、參數(shù)1正向插入衰減 沿光傳播方向的衰減。a fi=10Lg (Pin/Pout)dB(2)隔離度反向衰減，反向光被阻止的程度。A=10Lg(Pin/Pout) (dB)以反向方向?yàn)閰⒖挤较蚬猸h(huán)行器 光環(huán)形器光環(huán)形器根本功能：123用途：用于光放大器和光時(shí)域反射儀。要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié)1、光器件與電器件的比較、光器件與電器件的比較電源電源電探頭電探頭電阻電阻電混頻器電混頻器電插頭電插頭二極管二極管激光器激光器光檢測(cè)器光檢測(cè)器光衰減器光衰減器波分復(fù)用器波分復(fù)用器光纖銜接器光纖銜接器隔離器隔離器分支器三通分支器

17、三通光方向耦合器光方向耦合器MODEL光調(diào)制器光調(diào)制器要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié)2、 FC 型光纖銜接器的構(gòu)造、缺陷型光纖銜接器的構(gòu)造、缺陷光纖光纖插針體插針體套筒套筒平面對(duì)接型光纖銜接器產(chǎn)生菲涅爾反射平面對(duì)接型光纖銜接器產(chǎn)生菲涅爾反射要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié)3、PC 型光纖銜接器、型光纖銜接器、SC 型型 光纖銜接器、光纖銜接器、FO型光纖銜接器各自的特點(diǎn)。型光纖銜接器各自的特點(diǎn)。PC 型光纖銜接器：型光纖銜接器：物理接觸型，實(shí)現(xiàn)物理上的直接接觸，抑制了菲涅爾反射。物理接觸型，實(shí)現(xiàn)物理上的直接接觸，抑制了菲涅爾反射。SC 型型 光纖銜接器：光纖銜接器：矩形，方便安裝，降低精度要求矩形，方便安裝，降低精度要求F

18、O型光纖銜接器：用于將帶狀光纖的每型光纖銜接器：用于將帶狀光纖的每 一根光纖一根光纖單獨(dú)分別出來(lái)單獨(dú)分別出來(lái)要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié)3、 光耦合器與光波分復(fù)用器的區(qū)別：光耦合器與光波分復(fù)用器的區(qū)別：光耦合器光耦合器光功率的合與分光功率的合與分光波分復(fù)用器光波分復(fù)用器光波長(zhǎng)的分與合光波長(zhǎng)的分與合要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié)4、 22型光纖耦合器的級(jí)聯(lián)型光纖耦合器的級(jí)聯(lián)利用利用N 2N/ 2個(gè)個(gè)22的星型耦合器可以組成的星型耦合器可以組成2 N級(jí)陣列，級(jí)陣列， 構(gòu)成構(gòu)成NN型星型耦合器，其型星型耦合器，其 分路損耗分路損耗為為32 N dB.要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié)6、光開關(guān)在光纖通訊中的用途、光開關(guān)在光纖通訊中的用途倒換備用倒換備用光交換光交換空分光交換空分光交換時(shí)分光交換時(shí)分光交換復(fù)合光交換復(fù)合光交換要點(diǎn)總結(jié)要點(diǎn)總結(jié)7、 光隔離器的作用及任務(wù)光隔離器的作用及任務(wù) 原理原理光隔離器是一種防止光沿傳輸光程光隔離器是一種防止光沿傳輸光程 前往的無(wú)源器件。前往的無(wú)源器件。基于法拉第效應(yīng)基于法拉第效應(yīng)在偏振光的傳播方向外加電磁場(chǎng)時(shí)在偏振光的傳播方向外加電磁場(chǎng)時(shí) ，其，其偏振方向會(huì)旋轉(zhuǎn)一定的角度。偏振方向會(huì)旋轉(zhuǎn)一定的角度。 =VBL 無(wú)論光的傳播方向如何，順著外加磁場(chǎng)無(wú)論光的傳播方向如何，順著外加磁場(chǎng)的傳播方向察看，偏振光按順