常用光無源器件

1、光纖光纖(纜纜)活動連接器是實現(xiàn)光纖活動連接器是實現(xiàn)光纖(纜纜)之之間活動連接的光無源器件，它還具有將光間活動連接的光無源器件，它還具有將光纖纖(纜纜)與其他無源器件、光纖與其他無源器件、光纖(纜纜)與系統(tǒng)和與系統(tǒng)和儀表進行活動連接的功能。儀表進行活動連接的功能。光纖連接器基本上是采用某種機械和光纖連接器基本上是采用某種機械和光學(xué)結(jié)構(gòu)，使兩根光纖的纖芯對準(zhǔn)，保證光學(xué)結(jié)構(gòu)，使兩根光纖的纖芯對準(zhǔn)，保證90%以上的光能夠通過，目前有代表性并以上的光能夠通過，目前有代表性并且正在使用的光纖連接器主要有五種結(jié)構(gòu)。且正在使用的光纖連接器主要有五種結(jié)構(gòu)。套管結(jié)構(gòu)的連接器由插針和套筒組成。套管結(jié)構(gòu)的連接器由插

2、針和套筒組成。雙錐結(jié)構(gòu)連接器是利用錐面定位。雙錐結(jié)構(gòu)連接器是利用錐面定位。V形槽結(jié)構(gòu)的光纖連接器是將兩個插形槽結(jié)構(gòu)的光纖連接器是將兩個插針放入針放入V形槽基座中，再用蓋板將插針壓形槽基座中，再用蓋板將插針壓緊，利用對準(zhǔn)原理使纖芯對準(zhǔn)，緊，利用對準(zhǔn)原理使纖芯對準(zhǔn)，(如圖如圖3所所示示)。圖圖3 V形槽結(jié)構(gòu)形槽結(jié)構(gòu)球面定心結(jié)構(gòu)由兩部分組成，一部分球面定心結(jié)構(gòu)由兩部分組成，一部分是裝有精密鋼球的基座，另一部分是裝有是裝有精密鋼球的基座，另一部分是裝有圓錐面圓錐面(相當(dāng)于車燈的反光鏡相當(dāng)于車燈的反光鏡)的插針。的插針。透鏡耦合又稱遠場耦合，它分為球透透鏡耦合又稱遠場耦合，它分為球透鏡耦合和自聚焦透鏡耦

3、合兩種，其結(jié)構(gòu)分鏡耦合和自聚焦透鏡耦合兩種，其結(jié)構(gòu)分別如圖別如圖5、圖、圖6所示。所示。圖圖5 球透鏡耦合結(jié)構(gòu)球透鏡耦合結(jié)構(gòu)圖圖6 自聚焦透鏡耦合自聚焦透鏡耦合光纖活動連接器的品種、型號很多，光纖活動連接器的品種、型號很多，其中有代表性的有：其中有代表性的有：FC、ST、SC、D4、雙錐、雙錐、VFO(球面定心球面定心)、F-SMA、MT-RJ連接器等等。連接器等等。下面針對下面針對FC、SC和和ST這三種連接器這三種連接器作簡單的介紹。作簡單的介紹。FC型連接器是一種用螺紋連接，外部型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，它是我零件采用金屬材料制作的連接器，它是我國電信網(wǎng)

4、采用的主要品種，我國已制定了國電信網(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)。型連接器的國家標(biāo)準(zhǔn)。ST型連接器采用帶鍵的卡口式鎖緊機型連接器采用帶鍵的卡口式鎖緊機構(gòu)，確保連接時準(zhǔn)確對中。構(gòu)，確保連接時準(zhǔn)確對中。對于上述對于上述FC、SC、ST三種連接器，三種連接器，在對不同型號插頭連接時，需要轉(zhuǎn)換器進在對不同型號插頭連接時，需要轉(zhuǎn)換器進行連接。行連接。由于實際使用情況非常復(fù)雜，因而跳由于實際使用情況非常復(fù)雜，因而跳線的規(guī)格也多種多樣。在選擇跳線時，至線的規(guī)格也多種多樣。在選擇跳線時，至少有下述幾個參數(shù)是需要明確的。少有下述幾個參數(shù)是需要明確的。隨著用戶通信網(wǎng)規(guī)模的擴大、隨著用戶通信網(wǎng)

5、規(guī)模的擴大、WDM的普及、電信網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)的光纖化乃至多的普及、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)展均推動著媒體大容量信息處理設(shè)備的發(fā)展均推動著光纜向多芯、高密度方向深入發(fā)展，帶狀光纜向多芯、高密度方向深入發(fā)展，帶狀多芯光纜需要用多芯光纖連接器進行連接，多芯光纜需要用多芯光纖連接器進行連接，多芯帶狀光纖多芯帶狀光纖MT連接器就應(yīng)運而生。連接器就應(yīng)運而生。評價一個連接器的主要指標(biāo)有評價一個連接器的主要指標(biāo)有4個，個，即插入損耗、回波損耗、重復(fù)性和互換性。即插入損耗、回波損耗、重復(fù)性和互換性。插入損耗是指光纖中的光信號通過活插入損耗是指光纖中的光信號通過活動連接器之后，其輸出光功率相

6、對輸入光動連接器之后，其輸出光功率相對輸入光功率的比率的分貝數(shù)，表達式為：功率的比率的分貝數(shù)，表達式為：Ac-10lgP1/P0(dB)式中：式中：Ac為連接器插入損耗；為連接器插入損耗；P0為輸入為輸入端的光功率；端的光功率；P1為輸出端的光功率。為輸出端的光功率?；夭〒p耗又稱為后向反射損耗。它是回波損耗又稱為后向反射損耗。它是指光纖連接處，后向反射光對輸入光的比指光纖連接處，后向反射光對輸入光的比率的分貝數(shù)，表達式為：率的分貝數(shù)，表達式為：Ar-10lgPR/P0 (dB)式中：式中：Ar表示回波損耗；表示回波損耗；P0表示輸入光功表示輸入光功率；率；PR表示后向反射光功率。表示后向反射光

7、功率。重復(fù)性是指光纖重復(fù)性是指光纖(纜纜)活動連接器多次活動連接器多次插拔后插入損耗的變化，用插拔后插入損耗的變化，用dB表示?；Q表示?；Q性是指連接器各部件互換時插入損耗的變性是指連接器各部件互換時插入損耗的變化，也用化，也用dB表示。表示。光耦合器是將光信號進行分路或合路、光耦合器是將光信號進行分路或合路、插入、分配的一種器件。插入、分配的一種器件。制作光耦合器可以有多種方法，大致制作光耦合器可以有多種方法，大致可分為分立光學(xué)元件組合型、全光纖型、可分為分立光學(xué)元件組合型、全光纖型、平面波導(dǎo)型等。平面波導(dǎo)型等。下面主要介紹熔融拉錐法的原理。下面主要介紹熔融拉錐法的原理。熔融拉錐法就是將兩

8、根熔融拉錐法就是將兩根(或兩根以上或兩根以上)除去涂覆層的光纖以一定的方式靠攏，在除去涂覆層的光纖以一定的方式靠攏，在高溫加熱下熔融，同時向兩側(cè)拉伸，最終高溫加熱下熔融，同時向兩側(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)，在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法。實現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法。在單模光纖中，傳導(dǎo)模是兩個正交的在單模光纖中，傳導(dǎo)模是兩個正交的基?；?HE11)信號。圖信號。圖9所示是單模光纖耦合所示是單模光纖耦合器的迅衰場耦合示意圖，其中歸一化頻率器的迅衰場耦合示意圖，其中歸一化頻率/)(22/12221nnaV在多模光纖中，傳導(dǎo)模是若干個分立在

9、多模光纖中，傳導(dǎo)模是若干個分立的模式，不僅應(yīng)在數(shù)值孔徑角內(nèi)，還要同的模式，不僅應(yīng)在數(shù)值孔徑角內(nèi)，還要同時滿足時滿足4an1sin=m(m=1，2，3，)。其其中，中，a為纖芯半徑，為纖芯半徑，n1是纖芯折射率，是纖芯折射率，為為傳導(dǎo)模與光軸的夾角，傳導(dǎo)模與光軸的夾角，為傳輸光的波長。為傳輸光的波長?？偟哪Ｊ綌?shù)為：總的模式數(shù)為：M=V2/2式中：式中：V為歸一化頻率。為歸一化頻率。插入損耗插入損耗(Insertin Loss，IL)定義為指定義為指定輸出端口的光功率相對全部輸入光功率定輸出端口的光功率相對全部輸入光功率的減少值。該值通常以分貝的減少值。該值通常以分貝(dB)表示，數(shù)表示，數(shù)學(xué)表達

10、式為學(xué)表達式為其中：其中：ILi是第是第i個輸出端口的插入損個輸出端口的插入損耗；耗；Pouti是第是第i個輸出端口測到的光功率值；個輸出端口測到的光功率值；Pin是輸入端的光功率值。是輸入端的光功率值。)(lg10.dBPPLIinoutii附加損耗附加損耗(Excess Loss，EL)定義為所定義為所有輸出端口的光功率總和相對于全部輸入有輸出端口的光功率總和相對于全部輸入光功率的減小值。該值以分貝光功率的減小值。該值以分貝(dB)表示的表示的數(shù)學(xué)表達式為數(shù)學(xué)表達式為式中：式中：Pouti為第為第i個輸出口的輸出功率；個輸出口的輸出功率；Pin為輸入光功率。為輸入光功率。)(lg10.dB

11、PPLEiniouti分光比分光比(Coupling Ratio，CR)是光耦是光耦合器所特有的技術(shù)術(shù)語，它定義為耦合器合器所特有的技術(shù)術(shù)語，它定義為耦合器各輸出端口的輸出功率相對輸出總功率的各輸出端口的輸出功率相對輸出總功率的百分比，在具體應(yīng)用中常用數(shù)學(xué)表達式表百分比，在具體應(yīng)用中常用數(shù)學(xué)表達式表示為示為例如對于標(biāo)準(zhǔn)例如對于標(biāo)準(zhǔn)X形耦合器，形耦合器，1 1或或50 50代表了同樣的分光比，即輸出為均分的器代表了同樣的分光比，即輸出為均分的器件。件。%100.ioutioutiPPRC方向性也是光耦合器所特有的一個技方向性也是光耦合器所特有的一個技術(shù)術(shù)語，它是衡量器件定向傳輸性的參數(shù)。術(shù)術(shù)語，

12、它是衡量器件定向傳輸性的參數(shù)。以標(biāo)準(zhǔn)以標(biāo)準(zhǔn)X形耦合器為例，方向性定義為在形耦合器為例，方向性定義為在耦合器正常工作時，輸入端非注入光端口耦合器正常工作時，輸入端非注入光端口的輸出光功率的輸出光功率(圖圖8中的中的I2)與總注入光功率與總注入光功率的比值，以分貝的比值，以分貝(dB)為單位的數(shù)學(xué)表達式為單位的數(shù)學(xué)表達式為：為：式中：式中：Pin1代表總注入光功率；代表總注入光功率；Pin2代代表輸入端非注入光端口的輸出光功率。表輸入端非注入光端口的輸出光功率。)(lg10.12dBPPLDININ均勻性就是衡量均分器件的均勻性就是衡量均分器件的“不均勻不均勻程度程度”的參數(shù)。它定義為在器件的工作

13、帶的參數(shù)。它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)表達式為化量。其數(shù)學(xué)表達式為式中：式中：MIN(Pout)為最小輸出光功率；為最小輸出光功率；MAX(Pout)為最大輸出光功率。為最大輸出光功率。)()()(lg10.dBPMAXPMINLFoutout偏 振 相 關(guān) 損 耗偏 振 相 關(guān) 損 耗 ( P o l a r i z a t i o n Dependent Loss，PDL)是衡量器件性能對是衡量器件性能對于傳輸光信號的偏振態(tài)的敏感程度的參量。于傳輸光信號的偏振態(tài)的敏感程度的參量。它是指當(dāng)傳輸光信號的偏振態(tài)發(fā)生它是

14、指當(dāng)傳輸光信號的偏振態(tài)發(fā)生360變變化時，器件各輸出端口輸出光功率的最大化時，器件各輸出端口輸出光功率的最大變化量：變化量：在實際應(yīng)用中，光信號偏振態(tài)的變化在實際應(yīng)用中，光信號偏振態(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偏振相使用效果往往要求器件有足夠小的偏振相關(guān)損耗。關(guān)損耗。)()()(lg10.dBPMAXPMINLDPoutjoutjj隔離度是指某一光路對其他光路中的隔離度是指某一光路對其他光路中的信號的隔離能力。隔離度高，也就意味著信號的隔離能力。隔離度高，也就意味著線路之間的線路之間的“串話串話”小。其數(shù)學(xué)表達式為

15、小。其數(shù)學(xué)表達式為式中：式中：Pt是某一光路輸出端測到的其他光是某一光路輸出端測到的其他光路信號的功率值；路信號的功率值；Pin是被檢測光信號的輸是被檢測光信號的輸入功率值。入功率值。)(lg10dBPPIint衍射光柵型波分復(fù)用器件是近年發(fā)展衍射光柵型波分復(fù)用器件是近年發(fā)展起來的。衍射光柵是利用硅襯底單晶各向起來的。衍射光柵是利用硅襯底單晶各向異性腐蝕制作的光柵與棱鏡分光相比具有異性腐蝕制作的光柵與棱鏡分光相比具有更大優(yōu)勢，常用來制作波分復(fù)用器的主要更大優(yōu)勢，常用來制作波分復(fù)用器的主要分光元件。分光元件。圖圖15所示是一種波導(dǎo)陣列光柵型波分所示是一種波導(dǎo)陣列光柵型波分復(fù)用器件。它是由輸入、輸

16、出波導(dǎo)、空間復(fù)用器件。它是由輸入、輸出波導(dǎo)、空間耦合器和波導(dǎo)陣列光柵構(gòu)成。耦合器和波導(dǎo)陣列光柵構(gòu)成。圖圖15 波導(dǎo)陣列光柵型波導(dǎo)陣列光柵型DWDM光纖光柵是利用光纖制造中的缺陷，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用紫外光照射，使得光纖纖芯折射率分布呈周期性變化圖呈周期性變化圖17光纖光柵濾波作用，在光纖光柵濾波作用，在滿足布拉格光柵條件的波長上全反射，而滿足布拉格光柵條件的波長上全反射，而其余波長通過的是一種全光纖陷波濾波器，其余波長通過的是一種全光纖陷波濾波器，如圖如圖17所示。所示。圖圖17 光纖光柵濾波作用光纖光柵濾波作用干涉法是利用雙光束干涉原理，將一

17、干涉法是利用雙光束干涉原理，將一束紫外光分成兩束平行光，并在光纖外形束紫外光分成兩束平行光，并在光纖外形成干涉場，調(diào)節(jié)兩干涉臂長，使得形成的成干涉場，調(diào)節(jié)兩干涉臂長，使得形成的干涉條紋周期滿足制作光纖光柵的要求。干涉條紋周期滿足制作光纖光柵的要求。 相位掩膜板法，是利用預(yù)先制作的膜相位掩膜板法，是利用預(yù)先制作的膜板，當(dāng)紫外光通過相位板時產(chǎn)生干涉，從板，當(dāng)紫外光通過相位板時產(chǎn)生干涉，從而在光纖圓柱面形成干涉場，將光柵寫入而在光纖圓柱面形成干涉場，將光柵寫入光纖。光纖。以光信號波長為函數(shù)的解復(fù)用器的主以光信號波長為函數(shù)的解復(fù)用器的主要光學(xué)特性有以下幾點。要光學(xué)特性有以下幾點。(1) 中心波長中心波

18、長(或通帶或通帶)1、2n+1(2) 中心波長工作范圍中心波長工作范圍1、2(3) 中心波長對應(yīng)的最小插入損耗中心波長對應(yīng)的最小插入損耗L1式中：式中：P1代表波長為代表波長為1的光束在輸出端的的光束在輸出端的光功率；光功率；P01分別代表波長為分別代表波長為1的光束在輸?shù)墓馐谳斎攵撕下沸盘栔械墓夤β?。入端合路信號中的光功率?111log10PPL式中：式中：P1代表波長為代表波長為1的光束在輸出的光束在輸出端串?dāng)_到端串?dāng)_到2的輸出端口處的光功率，的輸出端口處的光功率，P2分分別代表波長為別代表波長為2的光束在輸出端口處的輸?shù)墓馐谳敵龆丝谔幍妮敵龉夤β?。出光功率?121log10PPL

19、偏振相關(guān)損耗是指光信號以不同的偏偏振相關(guān)損耗是指光信號以不同的偏振狀態(tài)輸入時振狀態(tài)輸入時(如線偏振、圓偏振、橢圓偏如線偏振、圓偏振、橢圓偏振等振等)，對應(yīng)輸出端口插入損耗最大變化量。，對應(yīng)輸出端口插入損耗最大變化量。以光信號波長為函數(shù)的復(fù)用器的光學(xué)以光信號波長為函數(shù)的復(fù)用器的光學(xué)特性，可用于給定的輸入端口特性，可用于給定的輸入端口(1#至至N#端口為輸入端口，端口為輸入端口，0#端口為輸出端口端口為輸出端口)。機械式光開關(guān)是最傳統(tǒng)的光開關(guān)，一機械式光開關(guān)是最傳統(tǒng)的光開關(guān)，一種實用化的機械式多模光纖光開關(guān)的插入種實用化的機械式多模光纖光開關(guān)的插入損耗小于損耗小于1dB，開關(guān)時間小于開關(guān)時間小于1

20、ms。微光機電系統(tǒng)光開關(guān)是微光機電系統(tǒng)技微光機電系統(tǒng)光開關(guān)是微光機電系統(tǒng)技術(shù)與傳統(tǒng)光技術(shù)相結(jié)合的新型機械式光開關(guān)。術(shù)與傳統(tǒng)光技術(shù)相結(jié)合的新型機械式光開關(guān)。毛細(xì)管效應(yīng)光開關(guān)是采用了電毛細(xì)管效毛細(xì)管效應(yīng)光開關(guān)是采用了電毛細(xì)管效應(yīng)或熱毛細(xì)管效應(yīng)的光開關(guān)結(jié)構(gòu)。應(yīng)或熱毛細(xì)管效應(yīng)的光開關(guān)結(jié)構(gòu)。金屬薄膜光開關(guān)使用了金屬膜與無源波金屬薄膜光開關(guān)使用了金屬膜與無源波導(dǎo)相結(jié)合的構(gòu)形，其結(jié)構(gòu)如圖導(dǎo)相結(jié)合的構(gòu)形，其結(jié)構(gòu)如圖23所示。所示。圖圖23 使用了金屬膜與無源波導(dǎo)相結(jié)合的光開關(guān)結(jié)構(gòu)使用了金屬膜與無源波導(dǎo)相結(jié)合的光開關(guān)結(jié)構(gòu)液晶光開關(guān)是在硅襯底材料上制作出液晶光開關(guān)是在硅襯底材料上制作出偏振光束分支波導(dǎo)，再把每個分

21、支波導(dǎo)交偏振光束分支波導(dǎo)，再把每個分支波導(dǎo)交叉點刻蝕成有一定角度的槽，槽內(nèi)裝上折叉點刻蝕成有一定角度的槽，槽內(nèi)裝上折射匹配的液晶，液晶槽下面是電熱器。射匹配的液晶，液晶槽下面是電熱器。熱光效應(yīng)光開關(guān)是利用加熱光波導(dǎo)，熱光效應(yīng)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，從而實現(xiàn)光開的分支波導(dǎo)間的光耦合，從而實現(xiàn)光開/關(guān)關(guān)的器件。的器件。插入損耗是指輸入與輸出端口之間光功率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：的減少，以分貝來表示：式中：式中：P0為進入輸入端的光功率；為進入輸入端的光功率；P1為輸為輸出端接收的光功率。插入損耗與開關(guān)的狀出端接收的光功率。插入損耗與開關(guān)的狀態(tài)有關(guān)。態(tài)有關(guān)。01log10PPIL回波損耗回波損耗(也稱反射損耗或反射率也稱反射損耗或反射率)是是指從輸入端返回的光功率與輸入光功率的指從輸入端