光器件基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)隔離器光開(kāi)關(guān)演示文稿

光器件基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)隔離器光開(kāi)關(guān)演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二（優(yōu)選）光器件基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)隔離器光開(kāi)關(guān)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二光放大器現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二Basicparameters1、插入損耗：IL---InsertionLoss2、回波損耗：RL---ReturnLoss現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二IL測(cè)量現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二RL測(cè)量現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二3、方向性：DIR---Directivity4、過(guò)盈損耗：EL---ExcessLoss現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二5、損耗一致性：ILUniformity:ILmax-ILmin6、波長(zhǎng)依存損耗：WDL:WavelengthDependentLoss現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二PDL是光器件或系統(tǒng)在所有偏振狀態(tài)下的最大傳輸差值。它是光設(shè)備在所有偏振狀態(tài)下最大傳輸和最小傳輸?shù)谋嚷?。PDL定義如下：

PDL=-10log〔Tmax/Tmin〕

其中Tmax和Tmin分別表示測(cè)試器件（DUT）的最大傳輸和最小傳輸。現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二7、溫度依存損耗TDL:TemperatureDependentLossTDL(25℃~85℃)=TDL(85℃)-TDL(25℃)TDL(25℃~-40℃)=TDL(-40℃)-TDL(25℃)TDL(85℃~-40℃)=TDL(-40℃)-TDL(85℃)現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二TOSA現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二(1)在正常狀態(tài)下，電子處于低能級(jí)E1，在入射光作用下，它會(huì)吸收光子的能量躍遷到高能級(jí)E2上，這種躍遷稱(chēng)為受激吸收。電子躍遷后，在低能級(jí)留下相同數(shù)目的空穴.(2)在高能級(jí)E2的電子是不穩(wěn)定的，即使沒(méi)有外界的作用，也會(huì)自動(dòng)地躍遷到低能級(jí)E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量轉(zhuǎn)換為光子輻射出去，這種躍遷稱(chēng)為自發(fā)輻射。

(3)在高能級(jí)E2的電子，受到入射光的作用，被迫躍遷到低能級(jí)E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量產(chǎn)生光輻射，這種躍遷稱(chēng)為受激輻射?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二ROSA現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二3.Passivedevices

一個(gè)完整的光纖通信系統(tǒng)，除光纖、光源和光檢測(cè)器外，還需要許多其它光器件，特別是無(wú)源器件。這些器件對(duì)光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成、功能的擴(kuò)展或性能的提高，都是不可缺少的。雖然對(duì)各種器件的特性有不同的要求，但是普遍要求插入損耗小、反射損耗大、工作溫度范圍寬、性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、體積小、價(jià)格便宜，許多器件還要求便于集成。本節(jié)主要介紹無(wú)源光器件的類(lèi)型、原理和主要性能?，F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

3.1連接器和接頭連接器是實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸(活動(dòng))連接的器件，主要用于光纖線(xiàn)路與光發(fā)射機(jī)輸出或光接收機(jī)輸入之間，或光纖線(xiàn)路與其他光無(wú)源器件之間的連接。表3.5給出光纖連接器的一般性能。接頭是實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間的永久性(固定)連接，主要用于光纖線(xiàn)路的構(gòu)成，通常在工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。連接器件是光纖通信領(lǐng)域最基本、應(yīng)用最廣泛的無(wú)源器件。連接器有單纖(芯)連接器和多纖(芯)連接器，其特性主要取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工精度和所用材料。單纖連接器結(jié)構(gòu)有許多種類(lèi)型，其中精密套管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、效果良好，適宜大規(guī)模生產(chǎn)，因而得到很廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

表3.5光纖連接器一般性能現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

圖3.27示出精密套管結(jié)構(gòu)的連接器簡(jiǎn)圖，包括用于對(duì)中的套管、帶有微孔的插針和端面的形狀(圖中畫(huà)出平面的端面)。光纖固定在插針的微孔內(nèi)，兩支帶光纖的插針用套管對(duì)中實(shí)現(xiàn)連接。要求光纖與微孔、插針與套管精密配合。對(duì)低插入損耗的連接器，要求兩根光纖之間的橫向偏移在1μm以?xún)?nèi)，軸線(xiàn)傾角小于0.5°。普通的FC型連接器，光纖端面為平面。對(duì)于高反射損耗的連接器，要求光纖端面為球面或斜面，實(shí)現(xiàn)物理接觸(PC)型。套管和插針的材料一般可以用銅或不銹鋼，但插針材料用ZrO2陶瓷最理想。ZrO2陶瓷機(jī)械性能好、耐磨，熱膨脹系數(shù)和光纖相近，使連接器的壽命(插拔次數(shù))和工作溫度范圍(插入損耗變化±0.1dB)大大改善?，F(xiàn)在是42頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二圖3.27套管結(jié)構(gòu)連接器簡(jiǎn)圖現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

一種常用的多纖連接器是用壓模塑料形成的高精度套管和矩形外殼，配合陶瓷插針構(gòu)成的，這種方法可以做成2纖或4纖連接器。另一種多纖連接器是把光纖固定在用硅晶片制成的精密V形槽內(nèi)，然后多片疊加并配合適當(dāng)外殼。這種多纖連接器配合高密度帶狀光纜，適用于接入網(wǎng)或局域網(wǎng)的連接。對(duì)于實(shí)現(xiàn)固定連接的接頭，國(guó)內(nèi)外大多借助專(zhuān)用自動(dòng)熔接機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行熱熔接，也可以用V形槽連接。熱熔接的接頭平均損耗達(dá)0.05dB/個(gè)?，F(xiàn)在是44頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

光耦合器耦合器的功能是把一個(gè)輸入的光信號(hào)分配給多個(gè)輸出，或把多個(gè)輸入的光信號(hào)組合成一個(gè)輸出。這種器件對(duì)光纖線(xiàn)路的影響主要是附加插入損耗，還有一定的反射和串?dāng)_噪聲耦合器大多與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，與波長(zhǎng)相關(guān)的耦合器專(zhuān)稱(chēng)為波分復(fù)用器/解復(fù)用器。

1.耦合器類(lèi)型圖3.28示出常用耦合器的類(lèi)型，它們各具不同的功能和用途。

T形耦合器這是一種2×2的3端耦合器，見(jiàn)圖3.28(a)，其功能是把一根光纖輸入的光信號(hào)按一定比例分配給兩根光纖，或把兩根光纖輸入的光信號(hào)組合在一起，輸入一根光纖?，F(xiàn)在是45頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二圖3.28常用耦合器的類(lèi)型

現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

這種耦合器主要用作不同分路比的功率分配器或功率組合器。星形耦合器這是一種n×m耦合器，見(jiàn)圖3.28(b)，其功能是把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，m和n不一定相等。這種耦合器通常用作多端功率分配器。定向耦合器這是一種2×2的3端或4端耦合器，其功能是分別取出光纖中向不同方向傳輸?shù)墓庑盘?hào)。見(jiàn)圖3.28(c)，光信號(hào)從端1傳輸?shù)蕉?，一部分由端3輸出，端4無(wú)輸出；光信號(hào)從端2傳輸?shù)蕉?，一部分由端4輸出，端3無(wú)輸出。定向耦合器可用作分路器，不能用作合路器?，F(xiàn)在是47頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

波分復(fù)用器/解復(fù)用器(也稱(chēng)合波器/分波器)這是一種與波長(zhǎng)有關(guān)的耦合器，見(jiàn)圖3.28(d)。波分復(fù)用器的功能是把多個(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)用器是把一根光纖輸出的多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，分配給不同的接收機(jī)。

2.基本結(jié)構(gòu)耦合器的結(jié)構(gòu)有許多種類(lèi)型，其中比較實(shí)用和有發(fā)展前途的有光纖型、微器件型和波導(dǎo)型，圖3.29~圖3.32示出這三種類(lèi)型的有代表性器件的基本結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是48頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

圖3.29光纖型耦合器

(a)定向耦合器；(b)8×8星形耦合器；(c)由12個(gè)2×2耦合器組成的8×8星形耦合器現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

光纖型把兩根或多根光纖排列，用熔拉雙錐技術(shù)制作各種器件。這種方法可以構(gòu)成T型耦合器、定向耦合器、星型耦合器和波分解復(fù)用器。圖3.29(a)和(b)分別示出單模2×2定向耦合器和多模n×n星形耦合器的結(jié)構(gòu)。單模星形耦合器的端數(shù)受到一定限制，通?？梢杂?×2耦合器組成，圖3.29(c)示出由12個(gè)單模2×2耦合器組成的8×8星形耦合器。圖3.29(a)所示定向耦合器可以制成波分復(fù)用/解復(fù)用器。如圖3.30，光纖a(直通臂)傳輸?shù)妮敵龉夤β蕿镻a，光纖b(耦合臂)的輸出光功率為Pb，根據(jù)耦合理論得到

Pa=cos2(CλL)(3.28a)Pb=sin2(CλL)現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二圖3.30光纖型波分解復(fù)用器原理現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

式中，L為耦合器有效作用長(zhǎng)度，Cλ為取決于光纖參數(shù)和光波長(zhǎng)的耦合系數(shù)。設(shè)特定波長(zhǎng)為λ1和λ2，選擇光纖參數(shù)，調(diào)整有效作用長(zhǎng)度，使得當(dāng)光纖a的輸出Pa(λ1)最大時(shí)，光纖b的輸出Pb(λ1)=0；當(dāng)Pa(λ2)=0時(shí)，Pb(λ2)最大。對(duì)于λ1和λ2分別為1.3μm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(zhǎng)隔離度大于20dB。

微器件型用自聚焦透鏡和分光片(光部分透射，部分反射)、濾光片(一個(gè)波長(zhǎng)的光透射，另一個(gè)波長(zhǎng)的光反射)或光柵(不同波長(zhǎng)的光有不同反射方向)等微光學(xué)器件可以構(gòu)成T型耦合器、定向耦合器和波分解復(fù)用器，如圖3.31所示。現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

圖3.31微器件型耦合器(a)T形耦合器；(b)定向耦合器；(c)濾光式解復(fù)用器；(d)光柵式解復(fù)現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

波導(dǎo)型在一片平板襯底上制作所需形狀的光波導(dǎo)，襯底作支撐體，又作波導(dǎo)包層。波導(dǎo)的材料根據(jù)器件的功能來(lái)選擇，一般是SiO2，橫截面為矩形或半圓形。圖3.32示出波導(dǎo)型T型耦合器、定向耦合器和用濾光片作為波長(zhǎng)選擇元件的波分解復(fù)用器。

現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二圖3.32波導(dǎo)型藕合器現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

光隔離器與光環(huán)行器耦合器和其他大多數(shù)光無(wú)源器件的輸入端和輸出端是可以互換的，稱(chēng)之為互易器件。然而在許多實(shí)際光通信系統(tǒng)中通常也需要非互易器件。隔離器就是一種非互易器件，其主要作用是只允許光波往一個(gè)方向上傳輸，阻止光波往其他方向特別是反方向傳輸。隔離器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到該器件致使器件性能變壞。插入損耗和隔離度是隔離器的兩個(gè)主要參數(shù)，對(duì)正向入射光的插入損耗其值越小越好，對(duì)反向反射光的隔離度其值越大越好，目前插入損耗的典型值約為1dB，隔離度的典型值的大致范圍為40~50dB?，F(xiàn)在是58頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

首先介紹一下光偏振(極化)的概念。單模光纖中傳輸?shù)墓獾钠駪B(tài)(SOP：StateofPolarization)是在垂直于光傳輸方向的平面上電場(chǎng)矢量的振動(dòng)方向。在任何時(shí)刻，電場(chǎng)矢量都可以分解為兩個(gè)正交分量，這兩個(gè)正交分量分別稱(chēng)為水平模和垂直模。隔離器工作原理如圖3.34所示。這里假設(shè)入射光只是垂直偏振光，第一個(gè)偏振器的透振方向也在垂直方向，因此輸入光能夠通過(guò)第一個(gè)偏振器。緊接第一個(gè)偏振器的是法拉弟旋轉(zhuǎn)器，法拉弟旋轉(zhuǎn)器由旋光材料制成，能使光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一定角度，例如45°，并且其旋轉(zhuǎn)方向與光傳播方向無(wú)關(guān)。現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二圖3.34隔離器的工作原理現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有63頁(yè)\編輯于星期二

法拉弟旋轉(zhuǎn)器后面跟著的是第二個(gè)偏振器，這個(gè)偏振器的透振方向在45°方向上，因此經(jīng)過(guò)法拉弟旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)45°后的光能夠順利地通過(guò)第二個(gè)偏振器，也就是說(shuō)光信號(hào)從左到右通過(guò)這些器件(即正方向傳輸)是沒(méi)有損耗的(插入損耗除外)。