光纖通信-ch4 常用的光無源器件

第四章常用的光無源器件4.1

光纖的連接光纖的融接（fusionsplicing）（補(bǔ)充）光纖融接機(jī)：

連接器是實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸(活動)連接的器件，主要用于光纖線路與光發(fā)射機(jī)輸出或光接收機(jī)輸入之間，或光纖線路與其他光無源器件之間的連接。4.1.1光纖連接器圖4.3精密套管結(jié)構(gòu)連接器簡圖

Connectionprinciple：FCConnector：STConnector:光纖跳線＋適配器FCConnector，具有螺旋口。SCConnector，直接插進(jìn)、拔出。光纖適配器（轉(zhuǎn)換器）:該圖為FC/PC型光纖跳纖（非正規(guī)叫法是雙頭尾纖），英文名為PATCHCORD即兩頭帶光纖連接器的軟光纖。光跳線顏色為黃色，表示單模跳纖。

該圖為MTRJ-SC型光纖跳纖，光跳線顏色為橙色，表示多模跳纖。

4.1.2光纖連接器特性1.插入損耗

Ac：插入損耗

P1：輸入端光功率P2：輸出端光功率2.回波損耗

Ar：回波損耗

P0：輸入端光功率PR：后向反射光功率4.2光纖耦合器

當(dāng)傳導(dǎo)模進(jìn)入熔錐區(qū)時，隨著纖芯的不斷變細(xì)，V值逐漸減小，越來越多的光功率深入光纖包層中。在熔錐區(qū)，兩光纖包層合并在一起，纖芯足夠逼近，形成弱耦合，一根光纖構(gòu)成對另一根光纖的擾動。4.2.1光纖耦合器的結(jié)構(gòu)與原理(1)單模光纖耦合方程：假設(shè)：自耦合系數(shù)和可以忽略；互耦合系數(shù)C取決于光纖參數(shù)（兩個光纖芯之間的距離）和光波長。

耦合方程簡化為：（自學(xué)）耦合方程的解（一般解）：其中：K0和K1：零階和一階修正的第二類貝賽爾函數(shù)d：兩光纖中心的間距（自學(xué)）假定光功率由一根光纖注入，初始條件為F2：光纖之間的最大耦合功率；兩根光纖相同（identical），C取決于光纖參數(shù)（兩個光纖芯之間的距離d）和光波長。熔錐光纖型耦合器/波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)和特性P1(z)最大，P2(z)為零。(2)且(1)P1(λ1)最大，P2(λ1)為零；但P1(λ2)為零，P2(λ2)最大。(對于同一個長度z)假設(shè)：特定波長λ1和λ2，選擇光纖參數(shù)，調(diào)整有效作用長度使得：(1)當(dāng)光纖a輸出Pa(λ1)最大時，光纖b輸出Pb(λ1)=0(2)當(dāng)Pa(λ2)=0時，Pb(λ2)最大→解復(fù)用器例子：λ1和λ2分別為1.31μm和1.55μm的光纖型解復(fù)用器，可以做到附加損耗為0.5dB，波長隔離度大于20dB。1，221直通臂耦合臂1

21212121

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21

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2公共臂Figure:WavelengthdivisionmultiplexingcouplerresponsemadeofthreeidenticalcouplersinseriesFigure:SpectralresponseofaMach-Zehnderinterferometerfordensewavelengthdivisionmultiplexingapplication.Thephasedifferencecomesfromtheadiabatictaperingofoneofthearms.(2)多模光纖

熔錐區(qū)特點(diǎn)：

(1)纖芯變細(xì)，V值減小，纖芯中束縛的模式數(shù)減少，較高階的模進(jìn)入包層，形成包層模；

(2)兩光纖的包層合并。導(dǎo)致：耦合臂纖芯“捕獲”包層中較高階模，獲得耦合

注意：直通臂纖芯中傳輸?shù)牡碗A模，只能從直通臂輸出

模式敏感：多模耦合器兩輸出端的傳導(dǎo)模一般不同。

現(xiàn)在：可使模式混合，各階模式均參與耦合過程，使輸出端的模式一致，消除模式敏感。4.2.2光纖耦合器的特性

1.插入損耗（insertionloss）

2.附加損耗（excessloss）（dB）

3.分光比（CouplingRatio）（dB）

4.隔離度（Isolation）（dB）Pt：某一光路輸出端測到其它光路信號的功率值；Pin：被檢測光信號的輸入功率值。波長耦合器的隔離度一般要達(dá)到40dB以上。

光纖型耦合器

(a)定向耦合器；(b)8×8星形耦合器；(c)由12個2×2耦合器組成的8×8星形耦合器(switchingfabric)-40~+70-40~+70工作溫度/oC1~1.250.8~2.0穩(wěn)定性/dB40~55方向性/dB04×47~88×811~1232×3217~193.45.6/1.810.8/0.7插入損耗/dB分路比0.5/0.50.3/0.70.1/0.91.31或1.551.31或1.55工作波長/n×n星型2×2型耦合器表3.6耦合器的一般特性產(chǎn)品：1×2耦合器產(chǎn)品：1×N耦合器4.4光開關(guān)定義：進(jìn)行光路切換，實(shí)現(xiàn)光通道的通斷和轉(zhuǎn)換。應(yīng)用：(1)主用光纖和備用光纖之間的切換；

(2)光交換機(jī)中的光路切換等。工藝：目前光開關(guān)的制作工藝比較多，這里介紹其中兩種。

MOEMSswitch:(micro-optical-electricalmechanicalSystems)MEOMS:micro-electro-opto-mechanicalSystemMEMS+optics1.機(jī)械式光開關(guān)4.4.1光開關(guān)的種類Figure.MicromirrorSystemMEMSFigure.2DMEMSarrayFigure.3DMEMSFigure4:MirroractuatorMOEMSProductsSIEMENSLUCENTFromOADMtoOXCP:88D:128128R:10001000Figure:All-fiberMach-Zehnderinterferometer.

2.熱光效應(yīng)光開關(guān)Mach-Zehnder干涉儀：

在第二個耦合器處產(chǎn)生相長或相消干涉，使輸出有或無。Figure.Thermoopticswitch熱光效應(yīng)：通過對光波導(dǎo)進(jìn)行加熱，達(dá)到改變光波導(dǎo)的折射率的現(xiàn)象。即：通過加熱改變玻璃材料的折射率。熱光效應(yīng)光開關(guān)：基于M-Z干涉儀。利用加熱一條光波導(dǎo)，改變這條光波導(dǎo)的折射率，調(diào)制輸出耦合光的相位差，實(shí)現(xiàn)光開關(guān)。原理：

M－Z干涉儀由兩端兩個耦合器和中間兩個單波導(dǎo)組成。當(dāng)一束振幅為A的光輸入到輸入耦合器后，被分成振幅和相位完全相同的兩束光。如果兩平行臂完全對稱，兩分路光束在輸出耦合器內(nèi)重新合并成振幅為A的光輸出。如果對一個臂進(jìn)行調(diào)制(如利用熱光效應(yīng))，這個臂的折射率發(fā)生改變，從而使得兩平行臂中兩束光的相位發(fā)生改變，即產(chǎn)生了一相對相位差Δφ。這兩束光在輸出耦合器內(nèi)發(fā)生干涉，光強(qiáng)將隨Δφ的不同而變化，也即輸出光強(qiáng)受到了調(diào)制。

Δφ＝ΔβL其中Δβ＝kΔn＝(2π／λ)Δn是傳播常數(shù)Δn：由于熱光效應(yīng)引起波導(dǎo)層中折射率的變化。

當(dāng)Δφ＝2nπ（n＝0，1，2…）時，Iout＝Iin

相當(dāng)于沒有受到調(diào)制，輸出仍然為基模；(2)當(dāng)Δφ＝(2n＋1)π（n＝0，1，2…）時，Iout＝0

調(diào)制后進(jìn)入輸出耦合器的兩束光反相----抵消，無輸出。應(yīng)用：依據(jù)調(diào)制電壓Va不同而不同。強(qiáng)度調(diào)制器：當(dāng)Va連續(xù)變化，輸出光強(qiáng)隨之連續(xù)變化。光開關(guān)：Va為階躍信號，Iout＝Iin或0，輸出或有或無。

Figure:2X2DigitalOpticalSwitch(DOS)

Figure：Thermo-opticalswitchmatrixarchitecture3.安捷倫（Agilent）噴墨液晶氣泡光開關(guān)（自學(xué)）

Agilent于1999年將它成熟的噴墨打印技術(shù)與Si平面光路（PlanarLightwaveCircuit－PLC）結(jié)合，推出噴墨液晶開關(guān)器件。原理：在Si襯底材料上制作出偏振光束分支波導(dǎo)（PBS），并在每個分支波導(dǎo)交叉點(diǎn)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。不加熱時，光束直通；當(dāng)Si材料中相關(guān)點(diǎn)被加熱器加熱時，其上的液晶產(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，反射到要求輸出的波導(dǎo)上------路由器。開關(guān)速度：數(shù)十微秒量級?？煊贛OEMS光開關(guān)。4.4.2光開關(guān)的特性參數(shù)1.開關(guān)時間:

指開關(guān)從某一狀態(tài)轉(zhuǎn)為另一狀態(tài)所需的時間。即由“開”到“關(guān)”，或反過來所需的時間。

MOEMS開關(guān)：ms量級（非常大型的光開關(guān)）

熱光效應(yīng)開關(guān)：μs～ms量級

液晶光開關(guān)：μs量級2.隔離度：

指對輸出光功率的隔離程度。

指從i端口輸入時，n端口測得的輸出光功率。

書上文字有誤用DWDM+光開關(guān)可構(gòu)成OADM、OXC等光交換系統(tǒng)本節(jié)點(diǎn)信息輸入光纖1234DEMMUX輸出光纖123411223344RXTX123412341

2

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2

3412341234動態(tài)交叉連接光開關(guān)西門子利用OMM光開關(guān)制作的光交換機(jī)IOION公司的光開關(guān)板

AT&TselectsSiemensforall-opticaltransition

20November2003

UScarrierAT&Thassignedanagreementtobegintestingnext-generatio