光纖通信 第五章 光纖線路技術及器件 光環(huán)形器 (2)課件

光纖通信

Fiber-OpticCommunicationTechnology2005/2006學年第二學期第五章光纖線路技術及器件

主要內容一、光隔離器和光環(huán)形器

二、光纖的連接三、光衰減器和光開關四、光纖耦合器五、光纖光柵六、波分復用器件七、平面及矩形光波導技術及器件八、光放大器九、色散補償技術無源器件和有源器件無源器件(passivedevice)：本身不發(fā)生光電或電光轉換的器件。如光隔離器、光耦合器、光環(huán)形器等實現(xiàn)連接光路、分配光功率以及合波和分波等作用。有源器件(activedevice)：本身會發(fā)生光電或電光轉換的器件，如激光器、光電檢測器、光放大器等。光隔離器(isolator)

光隔離器是一種只允許光沿一個方向通過而在相反方向阻擋光通過的光無源器件作用：防止光路中的后向傳輸光對光源以及光路系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響例如：半導體激光器、光纖放大器應用：光纖通信、光信息處理系統(tǒng)、光纖傳感以及精密光學測量系統(tǒng)等分類：偏振相關型和偏振無關型兩類

法拉第旋光效應光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應。法拉第效應是法拉第在1845年首先觀察到的不具有旋光性的材料在磁場作用下使通過該物質的光的偏振方向發(fā)生旋轉，也稱磁致旋光效應。沿磁場方向傳輸?shù)钠窆?，其偏振方向旋轉角度q=VBL(B磁場強度，L材料長度，V維爾德常數(shù)為材料的特性常數(shù))。偏振方向的旋轉只與磁場強度的方向有關，而與光傳播的方向無關。磁光材料有釔鐵石榴石（YIG）、鉍鐵石榴石（SIC）等。

偏振無關型光隔離器

主要技術指標

插入損耗回波損耗

隔離度偏振相關損耗（PDL）

偏振模色散（PMD）

插入損耗(IL)指在光隔離器通光方向上傳輸?shù)墓庑盘栍捎谝牍飧綦x器而產(chǎn)生的附加損耗。Pi：輸入的光信號功率，Po：經(jīng)過光隔離器后的功率，顯然，IL值越小越好。光隔離器的插入損耗來源于偏振器、法拉第旋轉器等各部分的插入損耗。PiPo隔離度指在逆光隔離器通光方向上傳輸?shù)墓庑盘栍捎谝牍飧綦x器而產(chǎn)生的損耗

Pi’：反向輸入光隔離器的光信號功率Po’：返回輸入端口的光功率值越大越好

偏振相關損耗和偏振模色散偏振相關損耗（PDL）：指輸入光偏振態(tài)發(fā)生變化而其它參數(shù)不變時，器件插入損耗的最大變化量，是衡量器件插入損耗受偏振態(tài)影響程度的指標。偏振模色散（PMD）：指通過器件的信號光不同偏振態(tài)之間的相位延遲差。

應用雙向通信中的重要器件，完成正反向傳輸光的分離單纖雙向通信、上/下話路、合波/分波及色散補償?shù)?/p>

結構光

纖準直器分束合束鏡偏振旋轉鏡光束變換器光

纖準直器偏振旋轉鏡分束合束鏡端口13端口24xyz123456分束/合束鏡

將任意狀態(tài)的輸入光變成分解成兩束偏振方向垂直的偏振分量雙折射平行平板、楔形雙折射晶體端口1→端口2

端口13端口24xyz123456端口2→端口3端口13端口24xyz123456技術指標

包括插入損耗、回波損耗、隔離度、串音、偏振相關損耗、偏振模色散等

串音指兩個不相鄰端口之間理論上不能接收到光信號但實際中由于種種原因而接收到的功率以dB表示的相對值，

光纖的連接光纖的連接將兩根光纖端面結合在一起，實現(xiàn)光信號的持續(xù)傳輸。根據(jù)連接方式的不同，可分為活動連接和固定連接。利用活動連接器是實現(xiàn)活動連接的主要方法熔接法是固定連接的主要方法

活動連接器連接兩根光纖或光纜使其成為光通路的可以重復裝拆的活接頭用于光源到光纖、光纖到光纖、光纖與深測器、器件之間等的連接必須具備損耗低、體積小、重量輕、可靠性高、便于操作、重復性和互換性好以及價格低廉等優(yōu)點。要求能承受機械振動和沖擊、適應一定的溫度和濕度環(huán)境條件、裝拆時防止雜質污染的保護措施。

套管結構由插針和套管組成，都是精密的機械結構和光學結構

光纖固定在插針里，兩個插針在套管中對接并保證兩根光纖的對準套管插針光纖光纖插針可用不銹鋼、陶瓷、玻璃、塑料等材料制作陶瓷材料具有極好的溫度穩(wěn)定性，線膨脹系數(shù)很小，且與石英光纖的線膨脹系數(shù)接近，使用最多

f2.499±0.0005f0.125±0.0014套管常用開口套管，選用彈性好的材料如磷青銅、鈹青銅、氧化鋯陶瓷制作f2.5f3.2-0.002-0.007+0-0.020.005±0.0001雙錐結構利用錐面定位錐型插針雙錐套筒光纖光纖V型槽結構壓蓋光纖V形槽插針主要性能指標插入損耗：一般在0.5dB以下?；夭〒p耗：一般應大于45dB。重復性：每次插拔后其損耗的變化范圍，一般應小于0.1dB?；Q性：是指同一種連接器不同插針替換時損耗的變化范圍，一般應小于0.1dB。插拔次數(shù)：連接器具有上述損耗參數(shù)范圍內插拔的次數(shù)，一般應在千次以上。工作溫度：在工作溫度范圍內（-25～＋70℃范圍內），連接器的損耗變化量應在0.2dB范圍內變化。影響插入損耗的因素光纖連接時，產(chǎn)生的損耗主要來自制造技術和光纖本身的不完善。光纖的橫向錯位、角度傾斜、端面間隙、端面形狀、端面光潔度以及纖芯直徑、數(shù)值孔徑、折射率分布的差異和光纖的橢圓度、偏心度等都會影響連接質量。

(a)橫向錯位(b)端面間隙(c)角度傾斜(d)端面形狀(d)纖芯直徑差異改進回波損耗的辦法光纖連接器存在回波損耗是由于光線在遇到折射率不同的界面時會出現(xiàn)菲涅爾反射

如果兩光纖對接處存在端面間隙或者光纖端面存在高折射率的變質層或者光纖端面存在劃痕、凹坑、污物都會引起光線在對接處產(chǎn)生菲涅爾反射從而造成了光纖連接器的回波損耗將原來的平面接觸更改為球面接觸、斜球面接觸等球面接觸斜球面接觸連接器的表示/

：表示外部連接方式，有FC、SC、ST、FDDI、D4、MU、MC、E2000等

：表示插針端面形狀，有FC、PC、UPC、APC等常用術語連接器插頭(plugconnetor)光纜跳線(jumpercable)轉換器:(adaptor)插座、法蘭盤變換器(converter)裸光纖轉接器FCConnector

STConnector

SCConnector

SMAConnector

Opt-JackConnector

MT-RJ

FDDIConnector

MPOConnector

MUConnector

LCConnector

E2000Connector

D4Connector

BiconicConnector

adaptoradaptorconverter裸光纖轉接器PolisherPolisher實際器件指標光纖的固定連接使一對光纖之間形成永久性的連接，用于不需要拆卸或重復使用的場合。有熔接法、V型槽法、毛細管法等。熔接法在實際中應用最為普遍，是光纖通信干線中光纖連接的主要方法，它是利用電弧放電、氫焰或激光等方法加熱從而將光纖熔融結合在一起。電弧放電是熔接法中應用最廣的方法。利用電弧放電進行光纖熔接的設備稱為光纖熔接機。光纖熔接機由光纖的準直與夾持機構、光纖對準機構、電弧放電機構以及控制機構等四部分構成

熔接步驟制備光纖:利用光纖剝皮鉗去除光纖外的套塑層，利用光纖切割刀切割光纖端面，達到端面平整，并使端面與光纖軸線垂直，偏差小于1o。對準光纖:將制備好端面的光纖放入準直與夾持機構中固定，通過手動或自動裝置使纖芯在空間三個方向上移動，保證需要熔接的兩根光纖完全對準，消除纖芯的橫向錯位、角度偏差，并將端面之間的間距調整到預定大小。

熔接步驟熔接光纖:根據(jù)光纖的類型，選擇合適的放電電流、放電時間，進行電弧放電，對端面加熱，實現(xiàn)光纖的熔接。接點的保護:熔接結束后加熱縮管對光纖熔接處進