光纖通信系統(tǒng)（第3版） 課件 第五章 光路無源器件

光纖通信系統(tǒng)2本章要點(diǎn)光纖通信系統(tǒng)中除了光源和光檢測(cè)器外，還有許多無源器件，它們?cè)谙到y(tǒng)中承擔(dān)了連接、耦合、開關(guān)和偏振作用。本章主要介紹常用無源器件。本章教學(xué)課時(shí)2學(xué)時(shí)。35.1光纖連接器光纖連接器是兩根光纖之間完成活動(dòng)連接的器件，主要用于各類有源及無源光器件之間、光器件與光纖線路之間、各類測(cè)試儀器與光纖通信系統(tǒng)或光纖線路間的活動(dòng)連接。

活動(dòng)連接主要是指可以進(jìn)行多次重復(fù)連接，且重復(fù)性能好。與之相對(duì)的是，光纖線路中的光纖與光纖之間的連接（光纖接續(xù)）是一個(gè)永久性（固定）連接，一般不具備重復(fù)性。45.1.1光纖連接損耗及影響因素光纖連接時(shí)引起的損耗與多種因素有關(guān)，諸如光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)（如纖芯直徑、數(shù)值孔徑等）、光纖的相對(duì)位置（如橫向位移、縱向間隙等）以及端面狀態(tài)（如形狀、平行度等），如圖5-1所示。5圖5-1產(chǎn)生光纖連接損耗因素65.1.2光纖連接器類型按結(jié)構(gòu)：分為調(diào)心型和非調(diào)心型

按連接方式：分為對(duì)接耦合式和透鏡耦合式按光纖相互接觸關(guān)系：平面接觸式和球面接觸式使用最多的是非調(diào)心型對(duì)接耦合式光纖活動(dòng)連接器。7插針－套筒式光纖連接器連接器主要由帶有微孔（Φ125μm）的插針體a、插針體b與用于對(duì)中的套筒等幾部分構(gòu)成。需要連接的光纖去除涂覆層后插入插針中心微孔，并用環(huán)氧樹脂類粘結(jié)劑固定。將插針體a、b同時(shí)插入套筒中，就可完成光纖的對(duì)接耦合。插針和套筒之間通過精密公差配合，可以保證兩根光纖的軸對(duì)準(zhǔn)，再采用彈簧等機(jī)械裝置保證插針－套筒之間的位置固定，即可實(shí)現(xiàn)光纖的活動(dòng)連接。套筒和插針材料通常采用堅(jiān)硬耐久的金屬材料如不銹鋼等，但現(xiàn)在多使用性能更加穩(wěn)定的氧化鋯。8光纖連接器的分類FC型光纖活動(dòng)連接器

SC型光纖活動(dòng)連接器

ST型光纖活動(dòng)連接器

雙錐型光纖活動(dòng)連接器DIN光纖活動(dòng)連接器MT-RJ型光纖活動(dòng)連接器LC型光纖活動(dòng)連接器MU型光纖活動(dòng)連接器9FC型光纖活動(dòng)連接器示意10SC型光纖活動(dòng)連接器11光纖帶光纖帶插座插頭導(dǎo)針光纖光纖陣列式連接器12常用連接器實(shí)物FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType13插針形式 為了進(jìn)一步減小插入損耗和反射損耗，活動(dòng)連接器的插針也有不同的形式。常用的插針體有PC（物理接觸）、SPC（球面物理接觸）、APC（角度物理接觸）等。PC插針體端面之間直接接觸，使得光纖端面間微小空氣間隙引起的損耗大為減少。SPC型將插針端面研磨成球面，利用自聚焦特性獲得較小的插入損耗。APC型將插針制成8°傾角，這樣可以大大提高回波損耗。14表5-1PC型活動(dòng)連接器主要性能指標(biāo)類型指標(biāo)單模光纖活動(dòng)連接器插入損耗（dB）≤0.2重復(fù)性（dB）≤±0.1互換性（dB）≤±0.01最大插入損耗（dB）≤0.5反射損耗（dB）≥40壽命（插拔次數(shù)）2000使用溫度范圍－20～＋70℃5.1.3光纖連接器性能參數(shù)光學(xué)性能插入損耗回波損耗

互換性或重復(fù)性抗拉強(qiáng)度溫度插拔次數(shù)15165.2光纖耦合器

光纖耦合器的功能是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的分路/合路，就是把一個(gè)輸入的光信號(hào)分配給多個(gè)輸出或者把多個(gè)輸入的光信號(hào)組合成一個(gè)輸出。一般是對(duì)同一波長(zhǎng)的光功率進(jìn)行分路或合路。

光纖耦合器的使用將會(huì)對(duì)光纖線路帶來一定的附加插入損耗以及一定的串?dāng)_和反射。17分路器

(3端口)N星型耦合器（多端口）合波器分波器合路器

(3端口)耦合器

(4端口)圖5-3光纖耦合器的分類光耦合器結(jié)構(gòu)

熔錐型光纖耦合器

研磨型光纖耦合器

微光元件型光纖耦合器

集成光波導(dǎo)型耦合器1819N×N1×NP1/NP1/NP1/N2×2光耦合器實(shí)物光纖耦合器性能參數(shù)

插入損耗

附加損耗

耦合比

串?dāng)_20215.3光衰減器光衰減器是一種用來降低（改變）光功率的器件，它可分為可變光衰減器和固定光衰減器兩種?？勺児馑p器主要用于調(diào)節(jié)光線路電平，在測(cè)量光接收機(jī)靈敏度時(shí)，需要用可變光衰減器進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)來觀察接收機(jī)的誤碼率。在校正光功率計(jì)時(shí)也需要光可變衰減器。固定光衰減器主要用于調(diào)整光纖通信線路電平，若光纖通信線路的電平太高，就需要串入固定光衰減器。22圖5-8光衰減器示意圖光纖光纖自聚焦透鏡自聚焦透鏡衰減片衰減片輸入輸出23圖5-9光可變衰減器光輸入光輸出尾纖尾纖圓盤式衰減片圓盤式衰減片棱鏡活動(dòng)接頭活動(dòng)接頭245.4光隔離器和光環(huán)行器光隔離器是一種只允許光波往一個(gè)方向傳播，阻止光波往其他方向特別是反方向傳輸?shù)囊环N無源器件，主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回導(dǎo)致器件性能變壞。環(huán)行器除了有多端口以外，其工作原理與隔離器相似，光環(huán)行器主要用在光分插復(fù)用器中。2545o45o入射光出射光光軸光軸起偏器檢偏器旋光器圖5-10光隔離器26圖5-13光環(huán)行器示意圖275.5光調(diào)制器在光纖通信系統(tǒng)中，對(duì)光源的調(diào)制可采用內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制技術(shù)。目前在光纖通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的直接強(qiáng)度調(diào)制技術(shù)是一種內(nèi)調(diào)制技術(shù)。

這種調(diào)制方式受到了LD極限調(diào)制頻率的限制。在相干光通信中采用外調(diào)制方式，把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開，需要用專門的調(diào)制器。在調(diào)制器上加上外電壓使調(diào)制器的某些物理特性發(fā)生變化，當(dāng)光源產(chǎn)生的恒定光信號(hào)射入調(diào)制器時(shí)，其輸出端可得到已調(diào)制的光信號(hào)?？梢岳秒姽庑?yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)等來制成調(diào)制器。電折射調(diào)制器電折射調(diào)制器是利用了晶體材料的電光效應(yīng)：當(dāng)晶體的折射率與外加電場(chǎng)幅度成正比時(shí)，稱為線性電光效應(yīng)，即普克爾效應(yīng)；當(dāng)晶體的折射率與外加電場(chǎng)的幅度平方成正比變化時(shí)，稱為克爾效應(yīng)，電光調(diào)制主要采用普克爾效應(yīng)。28LiNbO3波導(dǎo)電壓長(zhǎng)度L光輸入已調(diào)光輸出M-Z型調(diào)制器

調(diào)制器是由一個(gè)Y型分路器、兩個(gè)相位調(diào)制器和Y型合路器組成，其中的相位調(diào)制器就是電折射調(diào)制器。

輸入光信號(hào)被Y型分路器分成完全相同的兩部分，兩個(gè)部分之一受到相位調(diào)制，然后兩部分再由Y型合路器耦合起來。按照信號(hào)之間的相位差，兩路信號(hào)在Y型合路器的輸出產(chǎn)生相消和相長(zhǎng)干涉，在輸出就得到了“通”和“斷”的信號(hào)。29LiNbO3觸點(diǎn)光輸入已調(diào)光輸出觸點(diǎn)相位調(diào)制聲光布拉格調(diào)制器聲波（主要指超聲波）在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)引起介質(zhì)的折射率發(fā)生疏密變化，因此受超聲波作用的晶體相當(dāng)于形成了一個(gè)布拉格光柵，光柵的條紋間隔等于聲波的波長(zhǎng)，當(dāng)光波通過此晶體介質(zhì)時(shí)，將被介質(zhì)中的光柵衍射，衍射出光的強(qiáng)度、頻率、相位、方向等隨聲波場(chǎng)而變化，這種效應(yīng)稱為聲光效應(yīng)。聲光布拉格調(diào)制器由聲光介質(zhì)、電聲換能器、吸聲（反射）裝置等組成。外加超聲波使介質(zhì)的折射率沿傳播方向隨時(shí)交替變化，當(dāng)一束平行光束通過它時(shí)，由于聲光效應(yīng)產(chǎn)生的光柵使出射光束就是一個(gè)周期性變化的光波。30電吸收MQW調(diào)制器多量子阱MQW調(diào)制實(shí)際上是類似于半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)，對(duì)光具有吸收作用。通常情況下電吸收MQW調(diào)制器對(duì)發(fā)送波長(zhǎng)是透明的，一旦加上反向偏壓，吸收波長(zhǎng)在向長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)的過程中產(chǎn)生光吸收，利用這種效應(yīng)，在調(diào)制區(qū)加上零伏到負(fù)壓之間的調(diào)制信號(hào)，就能對(duì)DFB激光器產(chǎn)生的光輸出進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。31P型N型MQW疊層DFB有源層N型襯底DFB區(qū)調(diào)制區(qū)電壓信號(hào)電極325.6光開關(guān)光開關(guān)是光纖通信系統(tǒng)和光纖測(cè)試技術(shù)中不可缺少的無源器件，光開關(guān)的主要功能是切換光路。光開關(guān)主要有機(jī)械式光開關(guān)和非機(jī)械式光開關(guān)兩種。33機(jī)械式光開關(guān)示例機(jī)械驅(qū)動(dòng)AB輸入輸出