第三章 光纖通信器件

第三章光纖通信器件第1頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月本章內(nèi)容3.1連接器3.2耦合器3.3光濾波器3.4波分復用/解復用器件3.5調(diào)制器3.6光開關3.7光隔離器3.8光環(huán)行器3.9光分插復用器3.10波長轉換器第2頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月連接器活動連接、固定連接連接器設計基礎---盡量減小連接損耗第3頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月連接損耗機理第4頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月活動連接器結構接口零件、光纖插針和對中三部分。插針結構及端面形狀第5頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月套管式連接器(a)連接插座；(b)連接插針第6頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月活動連接器的種類（FC、SC、ST、LC）FC型：用螺紋連接第7頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月SC型：軸向插拔矩形外殼第8頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月ST型：彈簧帶鍵卡口結構第10頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月LC型：所采用的插針和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，為1.25mm，提高了光配線架中連接器的密度。第11頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月表3.1.1各種單模光纖活動連接器的結構特點和性能指標

第12頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖固定連接---死接頭

光纖熔接機的不斷改進是應用微處理器，實現(xiàn)自動對準、自動熔接、自動檢測，并估算連接損耗。第13頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月機械連接第14頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月毛細管黏結連接把光纖插入精制的玻璃毛細管中，用紫外固化粘結劑固定，對端面進行拋光；在支架上用壓縮彈簧把毛細管擠壓在一起。調(diào)節(jié)光纖位置，使輸出功率達到最大，從而實現(xiàn)對中，用光學兼容環(huán)氧樹脂粘結形成接頭。這種連接方法接頭損耗很低。第15頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月耦合器功能：光功率分配基本結構第16頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月2×2熔拉雙錐耦合器總拉伸長度光約束在纖芯中傳播光纖半徑減小V明顯減小部分光在纖芯外傳播發(fā)生耦合P3P1P2P0光輸入后向反(散)射光直通功率耦合功率火焰寬度決定拉伸時決定分光原理：通過改變光纖間的消逝場相互耦合長度，以及改變光纖纖徑來實現(xiàn)不同大小的分支量。第17頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月熔拉雙錐星形耦合器第18頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月陣列波導光柵（AWG）星形耦合器相位中心星形耦合器外形原理圖自由空間區(qū)的設計1：輸入（出）波導輻射段法線方向直接指向輸出（入）陣列波導輻射段的相位中心P（Q）點第19頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月自由空間區(qū)的設計2：光柵圓中心耦合區(qū)原理圖輸入/輸出波導的位置滿足羅蘭圓和光柵圓規(guī)則，即輸入/輸出波導的端口以等間距設置在半徑為R的光柵圓周上，并對稱地分布在聚焦平板波導的兩側，輸入（出）波導端面法線方向指向右（左）側光柵圓的圓心P（Q）點，兩個光柵圓周的圓心在中心輸入/輸出波導的端部，并使中心輸入和輸出波導位于光柵圓和羅蘭圓的切點處。第20頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月方向耦合器把光功率發(fā)送到一個根據(jù)傳播方向確定的輸出端。基本原理與光開關類似。第21頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖耦合器第22頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月N×N1×N第23頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月光開關功能：轉換光路，以實現(xiàn)光信號的交換。分類：機械光開關微機電光開關波導光開關第25頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月機械光開關：利用電磁鐵或步進電機驅動光纖、棱

鏡、反射鏡等光學元件實現(xiàn)光路轉換。第26頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月棒透鏡棱鏡1×2移動棱鏡光開關第27頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月機械式光開關優(yōu)缺點優(yōu)點：插入損耗小，串擾小，適合各種光纖，技術成熟缺點：開關速度慢（幾十ms---ms），結構不緊湊，容易受振動、沖擊的影響，開關尺寸較大，而且不易集成。第28頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月微機電光開關（MEMS光開關）

一種在半導體襯底材料上，用傳統(tǒng)的半導體工藝制造出可前傾后仰、上下移動或旋轉的微反射鏡陣列，在驅動力的作用下，對輸入光信號可切換到不同輸出光纖的微機電系統(tǒng)?？缮滴⒎瓷溏RMEMS光開關第29頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月可旋轉微反射鏡MEMS光開關第30頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月可立臥微反射鏡MEMS光開關第31頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月MEMS光開關優(yōu)缺點具有機械光開關和波導光開關的優(yōu)點，卻克服了它們所固有的缺點；采用了機械光開關的原理，但又能象波導開關那樣，集成在單片硅基上；基于圍繞微機械中樞轉動的自由移動鏡面。主要開發(fā)商有美國Lucent、德克薩斯儀表公司和康寧等公司。第32頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月波導光開關：利用固體物理效應電光開關熱光開關磁光開關第33頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月馬赫-曾德爾1

1光開關電光效應是在電場作用下改變材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或偏振等使光強突變或光路轉變。第34頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月熱光波導開關熱光效應是通過電流加熱的方法，使介質的溫度變化，導致光在介質傳輸?shù)恼凵渎屎拖辔话l(fā)生改變的物理效應。第35頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月磁光開關法拉第（Faraday）磁致旋光效應——在外加磁場作用下，某些原本各向同性的介質變成旋光性物質，偏振光通過該物質時其偏振面發(fā)生旋轉。磁致旋光不可逆性第36頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月磁光式光開關第37頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月波導光開關優(yōu)缺點優(yōu)點：開關速度快，重復性好，可靠性高，使用壽命長，尺寸小，可單片集成缺點：插入損耗大，串擾大，應予改進第38頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月濾波器功能：從包含多個頻率分量的信號中提出所需頻率的信號。第39頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月種類法布里

珀羅（F-P）濾波器馬赫-曾德爾（M-Z）濾波器光纖布拉格（Bragg）光柵濾波器第40頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月F-P濾波器結構由兩塊平行鏡面組成的諧振腔，一塊固定，另一塊可移動鏡面是經(jīng)過精細加工并鍍有金屬反射膜或多層介質膜的玻璃板第41頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖F-P干涉儀通過外加電壓使壓電陶瓷產(chǎn)生電致伸縮作用來改變諧振腔的長度第42頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月第43頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月工作原理---光多次干涉和諧振形成駐波的條件？第44頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月諧振腔的諧振頻率fm？模間隔Δfm

=自由頻譜范圍（FSR）？頻譜寬度δfm

？諧振腔的精細度F？第45頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月例:考慮一個空隙間隙長為100微米的F-P諧振腔，鏡面反射系數(shù)為0.9，請計算靠近波長900nm的模式、模式間隔和每個模式的頻譜寬度？第46頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月F-P濾波器的傳輸特性第47頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月雙腔F-P濾波器的級聯(lián)第48頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月M-Z濾波器結構工作原理？基于兩個相干單色光經(jīng)過不同的光程傳輸后的干涉理論。第49頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月級聯(lián)M-Z干涉濾波器要求：輸入光波的頻率間隔必須精確地控制在的整數(shù)倍。第50頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖布拉格光柵（FBG）濾波器第51頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)部寫入法干涉法第52頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月相位掩模板法芯層包層+1級-1級相位掩模板第53頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月光纖光柵帶通濾波器第54頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月波分復用/解復用器件第55頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月種類棱鏡型衍射光柵型陣列波導光柵型M-Z干涉濾波器型第56頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月棱鏡解復用器第57頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月衍射光柵第58頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月三種不同的衍射光柵第59頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月光柵型解復用器（a)普通透鏡反射光柵（b)漸變折射率透鏡反射光柵第60頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月AWG型第61頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月M-Z干涉濾波器型第62頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)制方式比較（按光源與調(diào)制信號的關系）光調(diào)制器是通過電壓或電場的變化最終調(diào)控輸出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。直接調(diào)制是用電信號直接調(diào)制激光器的驅動電流，使輸出光隨電信號變化而實現(xiàn)的。第63頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)制器種類電光調(diào)制器電吸收波導調(diào)制器第64頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月電光效應線性電光效應系數(shù)二階電光效應系數(shù)線性電光效應（珀克效應）二階電光效應（克爾效應）第65頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月橫向線性電光效應相位調(diào)制器施加的外電壓在兩個電場分量間產(chǎn)生一個可調(diào)整的相位差，因此出射光波的偏振態(tài)可被外電壓控制第66頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月橫向線性電光效應強度調(diào)制器第67頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月第68頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月電吸收波導調(diào)制器（EAM）I層由多量子阱波導構成，I層對光的吸收損耗與外加的調(diào)制電壓有關。第69頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月光隔離器功能:只允許單方向傳輸光第70頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月光隔離器結構及實物圖第71頁，課件共76頁，創(chuàng)作于2023年2月光環(huán)形器功能：把光信號流按一個方向從一個端口送到另一個端口，并防止光信號沿錯誤的方向傳播而引起不必要的串