光線傳感技術(shù)課件

光無源器件一、連接器和接頭二、光衰減器三、光耦合器

四、光隔離器五、光環(huán)行器六、光調(diào)制器七、光開關(guān)八、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器九、光濾波器十、光纖光柵3.1無源光器件無源光器件是除光源器件、光檢波器件之外不需要電源的光通路部件。無源光器件可分為連接用的部件和功能性部件兩大類。連接用的部件有各種光連接器，用做光纖和光纖、部件（設(shè)備）和光纖、或部件（設(shè)備）和部件（設(shè)備）的連接。功能性部件有分路器、耦合器、光合波/分波器、光衰減器、光開關(guān)和光隔離器等，用于光的分路、耦合、復(fù)用、衰減等方面。3.1光纖連接器光纖連接器，俗稱活接頭，ITU-T建議將其定義為“用以穩(wěn)定地，但并不是永久地連接兩根或多根光纖的無源組件”。光纖連接器主要用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與儀表、設(shè)備與光纖及光纖與光纖的非永久性固定連接等。（1）光纖連接器的基本構(gòu)成由三個(gè)部分組成的：兩個(gè)配合插頭和一個(gè)耦合管。兩個(gè)插頭裝進(jìn)兩根光纖尾端；耦合管起對(duì)準(zhǔn)套管的作用。如圖5-19所示。圖5-19

光纖活動(dòng)連接器基本結(jié)構(gòu)3.1光纖連接器（3）光纖連接器的性能①插入損耗（介入損耗），該值越小越好。平均損耗值應(yīng)不大于0.5dB。②回波損耗（或稱反射損耗、回?fù)p、回程損耗），是衡量從連接器反射回來并沿輸入通道返回的輸入功率分量的一個(gè)度量值，該值越大越好。其典型值應(yīng)不小于25dB。③互換性，每次互換后，其連接損耗變化量越小越好。④重復(fù)性，即每次插拔時(shí)連接損耗變化量要小。⑤插拔壽命（最大可插拔次數(shù)），光纖連接器的插拔壽命一般由元件的機(jī)械磨損情況決定。3.1光纖連接器（4）部分常見光纖連接器①FC型。其接頭的對(duì)接方式為平面對(duì)接。②PC型。是FC型的改進(jìn)型。其對(duì)接面由平面變?yōu)楣靶屯姑?。是我?guó)最通用的規(guī)格。③SC型。其結(jié)構(gòu)尺寸與FC型相同，端面處理采用拱型凸面或PC研磨方式。④DIN47256型。由德國(guó)開發(fā)。⑤雙錐型連接器。由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)研制。（5）固定連接光纖與光纖的連接有兩種，活動(dòng)連接和永久性連接。以上介紹了活動(dòng)連接。永久性連接有粘接法和熔接法，目前多用熔接法。光纖連接器的一般性能1）

性能

項(xiàng)目

型號(hào)或材料

性能插入損耗/dB

0.2---0.3重復(fù)性/dB

＜±0.1互換性/dB

＜±0.1反射損耗/dB

FC型

35---40PC型45---50壽命（插拔次數(shù)）

不銹鋼

103

陶瓷104工作溫度

不銹鋼－20----+70

陶瓷－40----+80光衰減器的基本原理在玻璃基片上蒸鍍透射系數(shù)（或反射系數(shù)變化很小的金屬膜，使通過鍍膜玻璃片的光功率被膜層材料吸收一部分，光強(qiáng)度受到衰減。金屬膜可以是鎳鉻等化合物材料，光的衰減量有膜的厚度進(jìn)行控制。固定衰減器固定衰減器對(duì)光功率衰減量固定不變，主要用于調(diào)整光纖傳輸線路的光損耗。輸入光纖輸出光纖光纖連接器光纖連接器透鏡透鏡衰減部分可變衰減器可變衰減器的衰減量可在一定范圍內(nèi)變化，用于測(cè)量光接收機(jī)靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。(a)光路和結(jié)構(gòu)(b)步進(jìn)衰減片(c)連續(xù)衰減片厚薄光耦合器類型

T型光耦合器——是一種2×2的3端耦合器，可把一根光纖輸入的光信號(hào)按一定比例分配給兩根光纖，或把兩根光纖的輸入光信號(hào)組合在一起，輸入一根光纖。主要用做不同分路比的功率分配器或組合器。

星型光耦合器——是一種n×m的耦合器，可把n根光纖輸入的光功率組合在一起，均勻地分配給m根光纖。

定向光耦合器——是一種2×2的3端或4端耦合器，用于分別驅(qū)除光纖中向不同方向傳輸?shù)墓庑盘?hào)。只用于作分路器，不能作合路器。

波分復(fù)用/解復(fù)用器——波分復(fù)用器是與波長(zhǎng)有關(guān)的耦合器，用于把多個(gè)不同波長(zhǎng)的發(fā)射機(jī)輸出的光信號(hào)組合在一起，輸入到一根光纖；解復(fù)用器用于把一根光纖輸出的多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分配給不同的光接收機(jī)。

常用光耦合器類型示意圖1（b）星型（c）定向型（d）波分復(fù)用型（a）T型423λ1λ2λNλ1+λ2+…λN

2．主要性能指標(biāo)表示光纖耦合器性能指標(biāo)的參數(shù)有：隔離度、插入損耗和分光比等。下面以2×2定向耦合器為例來說明。（1）隔離度A

如圖5-20（c）所示，由端1輸入的光功率P1應(yīng)從端2和端3輸出，端4理論上應(yīng)無光功率輸出。但實(shí)際上端4還是有少量光功率輸出（P4），其大小就表示了1、4兩個(gè)端口的隔離程度。隔離度A表示為

一般情況下，要求。光分路耦合器（3）分光比T

分光比等于兩個(gè)輸出端口的光功率之比，如從端1輸入光功率，則端2和端3分光比

一般情況下，定向耦合器的分光比為1︰1～1︰10。3.4光隔離器光隔離器——是一種非互易性器件，只允許光波往一個(gè)方向傳輸，阻止光波往其他方向尤其是反方向傳輸。一般用在激光器或光放大器后。插入損耗值為1dB,隔離度的典型值為40--50dB。光隔離器工作原理假設(shè)入射光是垂直偏振光，起偏振器的透振方向是在垂直方向，故入射光順利通過它射向法拉第旋轉(zhuǎn)器，法拉第旋轉(zhuǎn)器由旋光材料制成，能使光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一定角度，如45°，并且其旋轉(zhuǎn)方向與光傳播方向無關(guān)。法拉第旋轉(zhuǎn)器后的檢偏振器透振方向若在45°方向上，則經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)45°后的光能通過檢偏振器，即光沿正方向（從左到右）通過這些器件是沒有損耗的。但沿反方向（從右到左）傳送的反射光，其偏振態(tài)也在45°，當(dāng)反射光經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器再旋轉(zhuǎn)45°后，偏振態(tài)達(dá)到90°，變?yōu)樗狡窆猓瑒t無法通過起偏振器。

3．光隔離器的性能指標(biāo)插入損耗和隔離度是光隔離器的兩個(gè)主要性能參數(shù)，另還有回波損耗，偏振相關(guān)損耗和偏振模色散。（1）插入損耗插入損耗是指在光隔離器通光方向上傳輸?shù)墓庑盘?hào)由于引入光隔離器而產(chǎn)生的附加損耗。如果輸入的光信號(hào)功率為Pi，經(jīng)過光隔離器后的功率為Po，則插入損耗IL為

顯然，其值越小越好。3.4光隔離器（2）回波損耗回波損耗是指由于構(gòu)成光隔離器的各元件、光纖以及空氣折射率失配引起的反射造成的對(duì)入射光信號(hào)的衰減?；夭〒p耗RL為

其中，Pi為正向輸入光隔離器的光信號(hào)功率，Pr為返回輸入端口的光功率。RL值越大越好。（3）隔離度隔離度是指在逆光隔離器通光方向上傳輸?shù)墓庑盘?hào)由于引入光隔離器而產(chǎn)生的損耗。有

其中，為反向輸入光隔離器的光信號(hào)功率，為反向通過光隔離器的光功率。隔離度越大越好。3.4光隔離器與光環(huán)形器（4）偏振相關(guān)損耗（PDL）是指輸入光偏振態(tài)發(fā)生變化而其他參數(shù)不變時(shí)，器件插入損耗的最大變化量。它是衡量器件插入損耗受偏振態(tài)影響程度的指標(biāo)。（5）偏振模色散（PMD）是指通過器件的信號(hào)光不同偏振態(tài)之間的相位延遲。

注：一般情況下，光通信系統(tǒng)對(duì)光隔離器的主要技術(shù)指標(biāo)要求為：插入損耗≤1.0dB；隔離度≥35dB；回波損耗≥50dB；PDL≤0.2dB；PMD≤0.2ps。常用光環(huán)行器示意圖1231234(a)三端口(b)四端口

光環(huán)形器用于單纖雙向通信示意圖3.6光調(diào)制器光調(diào)制器——外調(diào)制方式中采用，把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開，

可避免對(duì)光源直接調(diào)制產(chǎn)生線性調(diào)頻的限制。調(diào)制器一般用電光效應(yīng)或聲光效應(yīng)使折射率改變，或用磁光效應(yīng)使光的透過率變化實(shí)現(xiàn)光調(diào)制。

3.8波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器：使信號(hào)從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)波長(zhǎng)的器件。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器根據(jù)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換機(jī)理可分為光電型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和全光型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。（1）光電型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器如圖所示。由于速度受電子器件限制，不適應(yīng)高速大容量光纖通信系統(tǒng)。

光電型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器3.8波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（2）全光型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器其波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)主要由半導(dǎo)體光放大器（SOA）構(gòu)成，如圖所示。波長(zhǎng)為λ1的光信號(hào)與需要轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)為λ2的連續(xù)光信號(hào)同時(shí)送入半導(dǎo)體光放大器，SOA對(duì)入射光功率存在增益飽和特性，結(jié)果使得輸入光信號(hào)所攜帶的信息轉(zhuǎn)換到λ2

上，通過濾波器取出λ2

光信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)從λ1到λ2

的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。

全光型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器3.9光濾波器光濾波器：在光纖通信系統(tǒng)中，只允許一定波長(zhǎng)的光信號(hào)通過的器件。如果所通過的光波長(zhǎng)可以改變，則稱為波長(zhǎng)可調(diào)諧光濾波器。目前，結(jié)