1、2022-6-191無源光器件2022-6-192主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、光纖的連接與光纖連接器一、光纖的連接與光纖連接器 二、光纖分路器及耦合器二、光纖分路器及耦合器三、光合波器、光分波器三、光合波器、光分波器四、光隔離器四、光隔離器 五、光開關(guān)五、光開關(guān)六、光可變衰減器六、光可變衰減器七、光纖光柵七、光纖光柵八、光鎖相環(huán)與非線性光環(huán)鏡八、光鎖相環(huán)與非線性光環(huán)鏡NLOM2022-6-193l概述概述 構(gòu)成一個完整的光纖傳輸系統(tǒng)，除了光源、構(gòu)成一個完整的光纖傳輸系統(tǒng)，除了光源、光檢測器及光纖外，還需要眾多的無源光器件，光檢測器及光纖外，還需要眾多的無源光器件，如如連接器連接器、衰減器衰減器、隔離

2、器隔離器、濾波器濾波器、分路器分路器、復(fù)用器復(fù)用器、光開關(guān)光開關(guān)和和調(diào)制器調(diào)制器等。等。 它們在系統(tǒng)中各起著光學連接、光功率分它們在系統(tǒng)中各起著光學連接、光功率分配、光波分復(fù)用、光信道切換及光信息的衰減、配、光波分復(fù)用、光信道切換及光信息的衰減、隔離和調(diào)制等。由此看來，無源光器件在光纖通隔離和調(diào)制等。由此看來，無源光器件在光纖通信系統(tǒng)中起著重要的作用。本講僅介紹幾種常用信系統(tǒng)中起著重要的作用。本講僅介紹幾種常用的無源光器件的原理及性能。的無源光器件的原理及性能。2022-6-194一、光纖的連接與光纖連接器一、光纖的連接與光纖連接器光纖連接器光纖連接器 fiber optic connecto

3、rfiber optic connector 又稱光纖活動連接器，俗稱活動接頭，用又稱光纖活動連接器，俗稱活動接頭，用于設(shè)備與光纖之間的連接。于設(shè)備與光纖之間的連接。 光纖連接器的作用是將需要連接起來的單光纖連接器的作用是將需要連接起來的單根或多根光纖芯線的斷面根或多根光纖芯線的斷面對準對準、貼緊貼緊，并能多，并能多次使用。次使用。 光纖連接器在工藝上應(yīng)滿足的條件：光纖連接器在工藝上應(yīng)滿足的條件： 1 1）連接損耗要小于）連接損耗要小于 0.5dB0.5dB； 2 2）裝、拆方便，重復(fù)性好；）裝、拆方便，重復(fù)性好； 3 3）體積小，成本低等。）體積小，成本低等。 光纖連接器軸心偏離、有夾角會引

4、起大的損耗。光纖連接器軸心偏離、有夾角會引起大的損耗。 2022-6-195 光纖與光纖的連接有兩種形式，一種是光纖與光纖的連接有兩種形式，一種是永久性永久性連接連接，另一種是，另一種是活動連接活動連接。 永久性連接具有永久性連接具有粘接法粘接法和和熔接法熔接法之分，目前之分，目前多采用多采用熔接法熔接法。 l光纖連接器的基本構(gòu)成光纖連接器的基本構(gòu)成 由三個部分組成的：兩個配合插頭和一個耦合由三個部分組成的：兩個配合插頭和一個耦合管。兩個插頭裝進兩根光纖尾端；耦合管起對準套管。兩個插頭裝進兩根光纖尾端；耦合管起對準套管的作用。如圖所示。管的作用。如圖所示。2022-6-196 光纖很細，單模光

5、纖的纖芯直徑要在光纖很細，單模光纖的纖芯直徑要在10um以下以下，因此熔接必須使用機器才行。，因此熔接必須使用機器才行。良好的接續(xù)是指在良好的接續(xù)是指在接續(xù)點上沒有光傳輸?shù)牟贿B續(xù)現(xiàn)象接續(xù)點上沒有光傳輸?shù)牟贿B續(xù)現(xiàn)象。 下圖中示出了纖芯不連續(xù)的幾種典型狀態(tài)，有下圖中示出了纖芯不連續(xù)的幾種典型狀態(tài)，有軸錯位、纖芯傾斜、空隙、端面傾斜和纖芯直徑及軸錯位、纖芯傾斜、空隙、端面傾斜和纖芯直徑及折射率的微小差異折射率的微小差異等等。由于這些不連續(xù)性，也會等等。由于這些不連續(xù)性，也會造成光功率的一部分變成散射損耗，或以反射波形造成光功率的一部分變成散射損耗，或以反射波形式返回發(fā)送端。有空隙時，因玻璃纖維和空氣

6、折射式返回發(fā)送端。有空隙時，因玻璃纖維和空氣折射率的差異，也會引起反射，此現(xiàn)象又稱率的差異，也會引起反射，此現(xiàn)象又稱菲涅耳（菲涅耳（Fresnel）反射）反射。2022-6-197接續(xù)點上的不連續(xù)現(xiàn)象接續(xù)點上的不連續(xù)現(xiàn)象2022-6-198l 由于折射率不同引起的反射可用由于折射率不同引起的反射可用菲涅耳公式菲涅耳公式計算。計算。設(shè)玻璃的折射率為設(shè)玻璃的折射率為n1時，時，光功率的反射系數(shù)光功率的反射系數(shù)可用下式求可用下式求出：出： r =(n1 - n2 )/(n1 + n2)2 例如例如:當當 n1 1.45， n2 1，r 3.4%時，即有時，即有14.7dB的反射損耗。的反射損耗。 在

7、單模光纖連時接，除要求纖徑一致之外，更重要在單模光纖連時接，除要求纖徑一致之外，更重要的是要求在實質(zhì)上代表分布寬度的的是要求在實質(zhì)上代表分布寬度的模場直徑（模場直徑（MFD：Mode Field Diameter）一致。）一致。 目前工程中多采用高精度自動熔接機，光纖端面切目前工程中多采用高精度自動熔接機，光纖端面切割好后，光纖間的對準、調(diào)整、熔接及損耗測量等步驟割好后，光纖間的對準、調(diào)整、熔接及損耗測量等步驟都在微處理機的控制下自動完成，熔接質(zhì)量很好，接頭都在微處理機的控制下自動完成，熔接質(zhì)量很好，接頭附加損耗可控制在附加損耗可控制在0.1dB以下。以下。2022-6-199 使用連接器進行

8、光纖接續(xù)，由于菲涅耳反射等原因，對信使用連接器進行光纖接續(xù)，由于菲涅耳反射等原因，對信號產(chǎn)生不良影響。為了防止菲涅耳反射，設(shè)法把反射光的入射號產(chǎn)生不良影響。為了防止菲涅耳反射，設(shè)法把反射光的入射角余角調(diào)整到大于臨界角余角，角余角調(diào)整到大于臨界角余角，使反射光進入包層并最終泄漏使反射光進入包層并最終泄漏出去出去。為此把連接器的。為此把連接器的管芯端面按管芯端面按8進行傾斜研磨，就可以進行傾斜研磨，就可以實現(xiàn)。另外一種方法就是去掉連接之間的間隙。為此使管芯端實現(xiàn)。另外一種方法就是去掉連接之間的間隙。為此使管芯端面間處于緊貼而不留一絲隙縫。通常把這種連接器叫做面間處于緊貼而不留一絲隙縫。通常把這種連

9、接器叫做 PC(Physical Contact) 型連接器型連接器。實際使用的實際使用的PC型連接器如圖所型連接器如圖所示，把套管端面研磨成球面。示，把套管端面研磨成球面。PC接續(xù)的反射很小，它的反射接續(xù)的反射很小，它的反射損耗可達損耗可達25dB以上。如果經(jīng)以上。如果經(jīng)過精密加工研磨，就可將反射過精密加工研磨，就可將反射損耗指標提高到損耗指標提高到40dB以上。以上。2022-6-1910 光纖連接器又分為光纖連接器又分為多模連接器多模連接器和和單模連接器單模連接器。 多模連接器用于多模光纖系統(tǒng)，它有多模連接器用于多模光纖系統(tǒng)，它有U型型環(huán)路連接器、插座式連接器、現(xiàn)場裝配連接器環(huán)路連接器、

10、插座式連接器、現(xiàn)場裝配連接器（FA）以及）以及C型連接器等，它們的損耗在型連接器等，它們的損耗在0.4-0.5dB以下。以下。 單模光纖連接器有單模光纖連接器有PC型（直接接觸型）、型（直接接觸型）、FC型（平面對接型）、型（平面對接型）、SC型（矩形）、型（矩形）、ST型型等幾種。等幾種。2022-6-1911l FC型型(平面對接型平面對接型)連接器是由連接插頭、插座組成，其連接器是由連接插頭、插座組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。它主要使用在光纜線路與傳輸設(shè)備間的連接結(jié)構(gòu)如圖所示。它主要使用在光纜線路與傳輸設(shè)備間的連接，可以方便地進行光路的調(diào)整或線路的測試。連接器具有很，可以方便地進行光路的調(diào)整或線

11、路的測試。連接器具有很高的精度。高的精度。2022-6-1912l SF型連接器是室外用連接器，具有防水功能和型連接器是室外用連接器，具有防水功能和良好的溫度特性。由于使用了塑料套管，其價格便良好的溫度特性。由于使用了塑料套管，其價格便宜，可以和宜，可以和FC型連接器進行互換。型連接器進行互換。lMF型連接器用于隧型連接器用于隧（通）道里敷設(shè)光纜（通）道里敷設(shè)光纜的纜間接續(xù)中，可以的纜間接續(xù)中，可以對帶狀對帶狀5芯光纖進行一芯光纖進行一次性連接，由于體積次性連接，由于體積小，可以裝在標準接小，可以裝在標準接頭盒內(nèi)，實現(xiàn)光纖的頭盒內(nèi)，實現(xiàn)光纖的高密度接續(xù)，其結(jié)構(gòu)高密度接續(xù)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。如圖所

12、示。2022-6-1913二、光纖分路器及耦合器二、光纖分路器及耦合器l 圖表示了圖表示了波導型分支器波導型分支器的結(jié)構(gòu)。它是一種的結(jié)構(gòu)。它是一種Y型型分支，一根芯線一端輸入的光可用它加以分支，一根芯線一端輸入的光可用它加以等分等分。當分支器分支路的開角增大時當分支器分支路的開角增大時,向包層中泄露的光向包層中泄露的光將增多以致增加了過剩損耗。開角一般在將增多以致增加了過剩損耗。開角一般在12左右，因此左右，因此分支器分支器的長度不可能太短。的長度不可能太短。2022-6-1914l光纖耦合器光纖耦合器 fiber optic coupler 將不同方向的光信號將不同方向的光信號耦合耦合送入一

13、根光纖中傳輸，或送入一根光纖中傳輸，或者相反。結(jié)構(gòu)：者相反。結(jié)構(gòu)：棱鏡耦合式棱鏡耦合式光纖耦合式光纖耦合式Port 1Port 1Port 4Port 4Port 3Port 3Port 2Port 22022-6-1915l 2x2定向耦合器及定向耦合器及l(fā)xN、NxN星形星形 耦合器大多數(shù)采用耦合器大多數(shù)采用熔融熔融漸變雙錐漸變雙錐的制造方法，即將多根的制造方法，即將多根裸裸光纖絞合在一光纖絞合在一 起，火焰起，火焰加熱到軟化溫度后適當拉加熱到軟化溫度后適當拉 伸，在熔融區(qū)形成漸變雙錐結(jié)構(gòu)伸，在熔融區(qū)形成漸變雙錐結(jié)構(gòu)。 圖圖b是是 X型型22定向耦合器。定向耦合器。2022-6-1916圖

14、圖c c為為8 8路傳輸型星型耦合器路傳輸型星型耦合器圖圖d d為為8 8路反射型星型耦合器路反射型星型耦合器2022-6-1917l 光纖耦合器的光纖耦合器的指標指標有插入損耗、分光比與隔離度有插入損耗、分光比與隔離度（或方向性）等。例如（或方向性）等。例如2x2定向耦合器定向耦合器插入損耗插入損耗為：為： L1,2 =10lg(P1,2 /(P 3+P 4) (dB) 式中，式中， P1,2 為從輸入端為從輸入端1或或2輸入的光功率，輸入的光功率， P 3,P 4 為輸出端為輸出端3、4的輸出功率。定向耦合器的的輸出功率。定向耦合器的分光比為輸分光比為輸出端的功率分配比出端的功率分配比，即

15、，即 = P 3/P 4 隔離度反映定向耦合器隔離度反映定向耦合器反向散射信號的大小反向散射信號的大小。當從。當從1端注入光功率，端注入光功率，3、4端輸出功率時，端輸出功率時，2端對端對1端的端的隔離隔離度度定義為：定義為： I=10lg(P 3+P 4) / P2 ) (dB) 光纖定向耦合器的插入損耗為光纖定向耦合器的插入損耗為0.21dB,分光比分光比199（根據(jù)需要（根據(jù)需要)，隔離度可大于，隔離度可大于65dB。2022-6-1918l 星形耦合器的星形耦合器的插入損耗插入損耗為從輸入端口把光功率為從輸入端口把光功率耦合到所有輸出口的光功率損耗，即耦合到所有輸出口的光功率損耗，即

16、Lin=10lgPj/Pi j=1.N 式中式中Pj為從各端口輸出的功率，為從各端口輸出的功率，Pi為從某個輸為從某個輸入端上輸入的功率。對傳輸型耦合器，入端上輸入的功率。對傳輸型耦合器，N為輸出端為輸出端數(shù)；對于反射型耦合器，數(shù)；對于反射型耦合器，N為輸入端數(shù)與輸出端數(shù)為輸入端數(shù)與輸出端數(shù)之和。之和。 進入星形耦合器的光功率分配是進入星形耦合器的光功率分配是等分等分到到N個輸個輸出端口，即任一個輸出端口得到的光等于各個輸出出端口，即任一個輸出端口得到的光等于各個輸出端口輸出的功率和的端口輸出的功率和的1N，它稱為，它稱為功率分配系數(shù)功率分配系數(shù)。 另外，可用多個另外，可用多個22定向耦合器來

17、構(gòu)成定向耦合器來構(gòu)成NN的的星形耦合器。星形耦合器。 2022-6-1919三、光合波器、光分波器三、光合波器、光分波器 光合波器和光分波器是用于波分復(fù)用等傳光合波器和光分波器是用于波分復(fù)用等傳輸方式中的無源光器件。輸方式中的無源光器件?？蓪⒉煌ㄩL的多個可將不同波長的多個光信號合并在一起耦合到一根光纖中傳輸光信號合并在一起耦合到一根光纖中傳輸，或，或者反過來說，者反過來說，將從一根光纖傳輸來的不同波長將從一根光纖傳輸來的不同波長的復(fù)合光信號，按不同光波長分開的復(fù)合光信號，按不同光波長分開。前者稱為。前者稱為合波器，后者稱為光分波器。合波器，后者稱為光分波器。 如下圖所示，可分為棱鏡型，多層電

18、介質(zhì)如下圖所示，可分為棱鏡型，多層電介質(zhì)干涉膜（干涉膜濾波器）型以及衍射光柵型等干涉膜（干涉膜濾波器）型以及衍射光柵型等幾種類型。幾種類型。 2022-6-1920光合波器和光分波器的類型光合波器和光分波器的類型 2022-6-1921直通臂直通臂耦合臂耦合臂 1 2P 0 P1 P2熔錐光纖型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)和特性熔錐光纖型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)和特性 公共臂公共臂2022-6-1922衍射光柵型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖衍射光柵型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖光光 纖纖透透 鏡鏡光光 柵柵 1 2 3 1 2 3 1+ 2+ 3 1+ 2+ 32022-6-1923采用棒透鏡的光柵型采用棒透鏡的光柵型WDM光光 纖

19、纖棒棒 透透 鏡鏡光光 柵柵 1+ 2+ 3 1 2 3+ + 3 1 2 32022-6-1924l 圖中給出了一種利用圖中給出了一種利用多層膜制成的濾光器多層膜制成的濾光器，這是一種，這是一種波導型分波濾光器。其結(jié)構(gòu)是一直線形單模波導的中間開波導型分波濾光器。其結(jié)構(gòu)是一直線形單模波導的中間開一斜槽，且在其中插入一多層膜濾光器。當一斜槽，且在其中插入一多層膜濾光器。當1.55um的光進的光進入時可通過該濾光器繼續(xù)前進，而當入時可通過該濾光器繼續(xù)前進，而當1.3um的光進入時則的光進入時則被該濾光器反射，沿另一斜置的多模波導被分離出來。這被該濾光器反射，沿另一斜置的多模波導被分離出來。這種結(jié)構(gòu)

20、種結(jié)構(gòu)可用來作為分波器可用來作為分波器，但若反向使用時卻不能做合波，但若反向使用時卻不能做合波器用，這是因為多模一側(cè)損耗大的緣故器用，這是因為多模一側(cè)損耗大的緣故。2022-6-1925l 多層電介質(zhì)干涉膜型合波分波器，是把具有接近多層電介質(zhì)干涉膜型合波分波器，是把具有接近 /2或者或者 /4光學厚度的高折射率電介質(zhì)膜和低折射率電光學厚度的高折射率電介質(zhì)膜和低折射率電介質(zhì)膜交替重塑形成薄膜，于是介質(zhì)膜交替重塑形成薄膜，于是對于特定波長表現(xiàn)出對于特定波長表現(xiàn)出較強的選擇性較強的選擇性。這種波長選擇性主要依賴于電介質(zhì)膜。這種波長選擇性主要依賴于電介質(zhì)膜的層數(shù)、膜的厚度、膜的材料等。的層數(shù)、膜的厚度

21、、膜的材料等。2022-6-1926 采用電子射束蒸鍍方法，可將采用電子射束蒸鍍方法，可將SiO2（低折射率材料，（低折射率材料，n=1.46）和）和 TiO2（高折射率材料，（高折射率材料，n 2.3）積層）積層 2040層，層，實現(xiàn)帶通濾波器（實現(xiàn)帶通濾波器（BPF）、長波長帶通濾波器（）、長波長帶通濾波器（LWPF）、短）、短波長帶通濾波器波長帶通濾波器(SWPF)等各種濾波特性。等各種濾波特性。 這種帶通濾波器的實際結(jié)構(gòu)如圖所示。這種帶通濾波器的實際結(jié)構(gòu)如圖所示。2022-6-1927四、光隔離器四、光隔離器l 半導體激光器及光放大器等對來自連接器、熔接點、半導體激光器及光放大器等對來

22、自連接器、熔接點、濾波器等的反射光非常敏感，并導致性能惡化。因此需要濾波器等的反射光非常敏感，并導致性能惡化。因此需要用光隔離器阻止反射光。用光隔離器阻止反射光。光隔離器是一種只允許單向光通光隔離器是一種只允許單向光通過的無源光器件過的無源光器件，其工作原理是基于，其工作原理是基于法拉弟旋轉(zhuǎn)的非互易法拉弟旋轉(zhuǎn)的非互易性性。l偏振器偏振器: :一種光學器件，偏振器中有一透光軸，一種光學器件，偏振器中有一透光軸，其輸出光為某一種形式的偏振光。當光的偏振方其輸出光為某一種形式的偏振光。當光的偏振方向與透光軸水平時，則光全部通過；垂直時，則向與透光軸水平時，則光全部通過；垂直時，則光全部隔離。光全部隔

23、離。2022-6-1928隔離器隔離器工作原理如下圖所示。工作原理如下圖所示。 這里假設(shè)入射光只是這里假設(shè)入射光只是，第一個偏振器的透振方，第一個偏振器的透振方向也在垂直方向，向也在垂直方向， 因此輸入光能夠通過第一個偏振器。因此輸入光能夠通過第一個偏振器。 緊接第一個偏振器的是緊接第一個偏振器的是，法拉弟旋轉(zhuǎn)器由，法拉弟旋轉(zhuǎn)器由旋旋光光材料制成，能使光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一定角度，例如材料制成，能使光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一定角度，例如45，并且，并且其旋轉(zhuǎn)方向與光傳播方向無關(guān)。其旋轉(zhuǎn)方向與光傳播方向無關(guān)。 回憶一下：回憶一下：光偏振光偏振(極化極化) 單模光纖中傳輸?shù)墓獾膯文９饫w中傳輸?shù)墓獾钠駪B(tài)偏振態(tài)(S

24、OP：State of Polarization) 是在垂直于光傳輸方向的平面上電場矢量的振動方向。是在垂直于光傳輸方向的平面上電場矢量的振動方向。 在任何時刻，電場矢量都可以分解為兩個正交分量，這兩在任何時刻，電場矢量都可以分解為兩個正交分量，這兩個正交分量分別稱為水平模和垂直模。個正交分量分別稱為水平模和垂直模。 2022-6-1929偏振器偏振器法拉弟法拉弟旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)器偏振器偏振器反射光反射光阻塞阻塞入射光入射光SOP隔離器工作原理隔離器工作原理2022-6-1930 法拉弟旋轉(zhuǎn)器法拉弟旋轉(zhuǎn)器后面跟著的是第二個偏振器，后面跟著的是第二個偏振器， 這個偏振器的這個偏振器的透振方向在透振方向

25、在45方向上，因此經(jīng)過法拉弟旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)方向上，因此經(jīng)過法拉弟旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)45后的光后的光能夠順利地通過第二個偏振器，也就是說光信號從左到右通過這能夠順利地通過第二個偏振器，也就是說光信號從左到右通過這些器件些器件(即正方向傳輸即正方向傳輸)是沒有損耗的是沒有損耗的(插入損耗除外插入損耗除外)。 另一方面，假定在右邊存在某種反射另一方面，假定在右邊存在某種反射(比如接頭的反射比如接頭的反射)， 反反射光的偏振態(tài)也在射光的偏振態(tài)也在45方向上，當反射光通過方向上，當反射光通過時再時再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)45，此時就變成了，此時就變成了。不能通過不能通過左面偏振器左面偏振器(第一個偏振器第一個偏振器)，于

26、是就達到，于是就達到隔離效果隔離效果。 然而在實際應(yīng)用中，入射光的偏振態(tài)然而在實際應(yīng)用中，入射光的偏振態(tài)(偏振方向偏振方向)是任意的，是任意的，并且隨時間變化，因此必須要求并且隨時間變化，因此必須要求的工作與入射光的的工作與入射光的無關(guān)，于是無關(guān)，于是的結(jié)構(gòu)就變復(fù)雜了。的結(jié)構(gòu)就變復(fù)雜了。 一種小型的與入射光的一種小型的與入射光的偏振態(tài)無關(guān)的偏振態(tài)無關(guān)的結(jié)構(gòu)如下圖所示。結(jié)構(gòu)如下圖所示。2022-6-1931一種與輸入光的偏振態(tài)無關(guān)的隔離器一種與輸入光的偏振態(tài)無關(guān)的隔離器 光纖輸出光纖輸出SWP半波片半波片法拉弟旋轉(zhuǎn)器法拉弟旋轉(zhuǎn)器SWPSOP光纖輸入光纖輸入(a)光纖輸出光纖輸出SWP半波片半波片

27、法拉弟旋轉(zhuǎn)器法拉弟旋轉(zhuǎn)器SWP光纖輸入光纖輸入(b)2022-6-1932 具有任意具有任意的入射光首先通過一個的入射光首先通過一個空間分離偏振器空間分離偏振器(SWP: Spatial Walk off Polarizer)。 這個這個的作用是將入射光分解為兩個的作用是將入射光分解為兩個，讓垂直分量直線通過，讓垂直分量直線通過， 水平分量偏折通過。水平分量偏折通過。 這個半波片的作用是將從左向右傳播的光的這個半波片的作用是將從左向右傳播的光的順時針順時針旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)45，將從右向左傳播的光的，將從右向左傳播的光的逆時針旋轉(zhuǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)45。 因而因而與半波片的組合可以使與半波片的組合可以使變?yōu)樽優(yōu)?/p>

28、，反之亦然。，反之亦然。 最后兩個分量的光在輸出端由另一個最后兩個分量的光在輸出端由另一個合在一起輸出。合在一起輸出。 兩個分量都要通過兩個分量都要通過， 其偏振態(tài)都要旋轉(zhuǎn)其偏振態(tài)都要旋轉(zhuǎn)45。法拉弟旋轉(zhuǎn)器后面跟隨的是一塊半波片。法拉弟旋轉(zhuǎn)器后面跟隨的是一塊半波片 (/2 plate或或halfwave plate)。 2022-6-1933 另一方面，另一方面， 如果存在反射光在反方向上傳輸，半波片如果存在反射光在反方向上傳輸，半波片和和的旋轉(zhuǎn)方向正好相反，當兩個分量的光通的旋轉(zhuǎn)方向正好相反，當兩個分量的光通過這兩個器件時，過這兩個器件時， 其旋轉(zhuǎn)效果相互抵消，其旋轉(zhuǎn)效果相互抵消，維持不變，

29、維持不變，在輸入端不能被在輸入端不能被再組合在一起，如圖所示，于是就起再組合在一起，如圖所示，于是就起到隔離作用。到隔離作用。 除了有多個端口外，其工作原理與除了有多個端口外，其工作原理與隔離器隔離器類似。類似。 如圖所示，典型的如圖所示，典型的環(huán)行器環(huán)行器一般有三個或四個端口。一般有三個或四個端口。 在三端口環(huán)行器中，端口在三端口環(huán)行器中，端口1輸入的光信號在端口輸入的光信號在端口2輸出，輸出，端口端口2輸入的光信號在端口輸入的光信號在端口3輸出，端口輸出，端口3輸入的光信號由端輸入的光信號由端口口1輸出。輸出。 光環(huán)行器光環(huán)行器主要用于主要用于光分插復(fù)用器光分插復(fù)用器中。中。2022-6-

30、1934 光環(huán)行器光環(huán)行器 (a) 三端口；三端口； (b) 四端口四端口 132(a)(b)13242022-6-1935五、光開關(guān)五、光開關(guān) 光開關(guān)在光纖通信技術(shù)中作光開關(guān)在光纖通信技術(shù)中作光路切換光路切換之用，如為了之用，如為了提高系統(tǒng)可靠性用于主開關(guān)切換等。光開關(guān)大體可分提高系統(tǒng)可靠性用于主開關(guān)切換等。光開關(guān)大體可分為兩種為兩種: 一種一種是以機械方式驅(qū)動光纖和棱鏡等光學器件進是以機械方式驅(qū)動光纖和棱鏡等光學器件進行行光路光路的轉(zhuǎn)換；的轉(zhuǎn)換； 一種一種是利用光電效應(yīng)和聲光效應(yīng)來轉(zhuǎn)換電路，而沒是利用光電效應(yīng)和聲光效應(yīng)來轉(zhuǎn)換電路，而沒有機械動作。有機械動作。 前者為前者為機械式機械式光開關(guān)

31、，后者為光開關(guān)，后者為電子式電子式光開關(guān)。二光開關(guān)。二者相比，目前機械式光開關(guān)的光路轉(zhuǎn)移速度慢，但因者相比，目前機械式光開關(guān)的光路轉(zhuǎn)移速度慢，但因它具有較低的主損耗和較低的串光量優(yōu)點，在實際中它具有較低的主損耗和較低的串光量優(yōu)點，在實際中得到應(yīng)用。一般損耗典型值為得到應(yīng)用。一般損耗典型值為0.5 dB，最大，最大1.2 dB，隔，隔離度可達離度可達80 dB，響應(yīng)速度約為，響應(yīng)速度約為 15 ms，其結(jié)構(gòu)原理示，其結(jié)構(gòu)原理示意圖如下圖所示。意圖如下圖所示。2022-6-1936微電機械光開關(guān)微電機械光開關(guān)MEMSMEMS 近來由于微電機械系統(tǒng)即近來由于微電機械系統(tǒng)即MEMSMEMS的出現(xiàn)，的出

32、現(xiàn)， 使得機使得機械開關(guān)備受人們的重視。械開關(guān)備受人們的重視。 MEMSMEMS采用了毫微米技術(shù)的工采用了毫微米技術(shù)的工藝藝, , 可以像半導體工藝一樣在一個基片上制造出很微可以像半導體工藝一樣在一個基片上制造出很微小的機械，小的機械， 如傳動齒輪裝置、如傳動齒輪裝置、 步進電機、步進電機、 高度拋光高度拋光的金平板（反射鏡）、的金平板（反射鏡）、 螺桿等。螺桿等。 這樣的微機械可以與電的傳動機械相連安排在這樣的微機械可以與電的傳動機械相連安排在光路上，光路上， 來控制反射鏡使其運動，來控制反射鏡使其運動， 從而改變光的方從而改變光的方向。向。 MEMSMEMS技術(shù)已發(fā)展到能在同一個芯片上集成

33、按陣列技術(shù)已發(fā)展到能在同一個芯片上集成按陣列排放的許多反射鏡，排放的許多反射鏡， 有望獲得低損耗連接、有望獲得低損耗連接、 小型化小型化設(shè)計及大的互連矩陣。設(shè)計及大的互連矩陣。 下圖給出了一個下圖給出了一個MEMSMEMS開關(guān)的原開關(guān)的原理，理， 和相應(yīng)的實例和相應(yīng)的實例2022-6-1937 微機械反射鏡開關(guān)MMS(a) MEMS開關(guān)的原理； (b) 實例2022-6-1938l 波導型光開關(guān)波導型光開關(guān)采用采用LiNbO3或或GaAs等半導體材料為等半導體材料為襯底，制造兩條（或多條）條形光波導，形成襯底，制造兩條（或多條）條形光波導，形成定向耦合定向耦合器器，通過電極上的調(diào)制電壓控制兩個

34、輸出臂間的光功率，通過電極上的調(diào)制電壓控制兩個輸出臂間的光功率通斷。波導光開關(guān)的主要優(yōu)點是開關(guān)速率高，可達幾個通斷。波導光開關(guān)的主要優(yōu)點是開關(guān)速率高，可達幾個GHz以上，開關(guān)電壓以上，開關(guān)電壓5 V10V，但插入損耗相對較大，但插入損耗相對較大，可達幾可達幾dB（分貝）。（分貝）。2022-6-1939六、光可變衰減器六、光可變衰減器l 光可變衰減器光可變衰減器是對光功率有一定衰減量的器件是對光功率有一定衰減量的器件。為了。為了衰減光的強度，衰減光的強度，一般采用使一部分光功率被物質(zhì)吸收的方一般采用使一部分光功率被物質(zhì)吸收的方法法。這可以在玻璃基片上蒸鍍透射系數(shù)（和反射系數(shù)）變。這可以在玻璃基

35、片上蒸鍍透射系數(shù)（和反射系數(shù)）變化很小的金屬膜來實現(xiàn)。金屬薄膜使用鎳（化很小的金屬膜來實現(xiàn)。金屬薄膜使用鎳（NiNi）、鉻（）、鉻（CrCr）等化合物材料，光的衰減量大小可由薄膜的）等化合物材料，光的衰減量大小可由薄膜的厚度厚度進行控進行控制。制。l 光可變衰減器可以分為：能改變光衰減量而尺寸比較光可變衰減器可以分為：能改變光衰減量而尺寸比較大的大的可變衰減器可變衰減器和衰減量為一定值的和衰減量為一定值的固定衰減器固定衰減器兩種。兩種。l 光可變衰減器用在測定光接收機靈敏度時，把它置于光可變衰減器用在測定光接收機靈敏度時，把它置于光接收機的輸入端，用來調(diào)整接收機光電平的大小。光接收機的輸入端，

36、用來調(diào)整接收機光電平的大小。2022-6-1940l 此外，可變衰減器也可以作為一個器件在光學測量此外，可變衰減器也可以作為一個器件在光學測量中使用，中使用， 下圖示出了光衰減器的基本構(gòu)成。對應(yīng)于衰減下圖示出了光衰減器的基本構(gòu)成。對應(yīng)于衰減元件元件A的旋轉(zhuǎn)角，通過的旋轉(zhuǎn)角，通過連續(xù)連續(xù)改變蒸鍍薄膜的厚度，實現(xiàn)衰改變蒸鍍薄膜的厚度，實現(xiàn)衰減量的連續(xù)調(diào)整。衰減元件減量的連續(xù)調(diào)整。衰減元件B對于入射的光束而言是按對于入射的光束而言是按傾傾斜狀態(tài)斜狀態(tài)設(shè)計的，這樣可以防止反射光返回與光衰減器相設(shè)計的，這樣可以防止反射光返回與光衰減器相連接的光纖中。連接的光纖中。2022-6-1941l 固定衰減器主要

37、用于固定衰減器主要用于調(diào)整光纖傳輸線路的光損耗調(diào)整光纖傳輸線路的光損耗。因為在光接收端，如果光功率過大，可能會燒壞光。因為在光接收端，如果光功率過大，可能會燒壞光電檢測器件，或使其飽和。在光接收機輸入端用固定電檢測器件，或使其飽和。在光接收機輸入端用固定衰減器給出一定的衰減量以確保接收光功率大小在衰減器給出一定的衰減量以確保接收光功率大小在合適的范圍以內(nèi)。合適的范圍以內(nèi)。2022-6-1942lWG 光可變衰減器光可變衰減器l產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱: 光衰減器光衰減器 l型型 號號: OLA-15l生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家: WG l產(chǎn)產(chǎn) 地地: 德國德國l適用范圍適用范圍: 郵電工程與維護郵電工程與維護

38、CATV 工程工程與維護與維護 綜合布線系統(tǒng)綜合布線系統(tǒng) 其它光纖工程其它光纖工程2022-6-1943l產(chǎn)品主要特點產(chǎn)品主要特點l1. 可對可對1310nm和和1550nm單模衰減單模衰減. l2. 可提供良好的回波抑制可提供良好的回波抑制.l 3. 衰減范圍寬衰減范圍寬,顯示精確顯示精確.l4. 低插入損耗低插入損耗,使測試更精確使測試更精確.l 5. 防水防振防水防振, 結(jié)構(gòu)堅固結(jié)構(gòu)堅固.l 6. 全數(shù)字顯示全數(shù)字顯示,方便直觀方便直觀. 2022-6-1944 技術(shù)指標技術(shù)指標l波長范圍波長范圍: 1260nm- 1600nm l光纖類型光纖類型: 9/125 um l衰減范圍衰減范圍

39、: 3-60 dB l插入損耗插入損耗: 40 dB l電池時間電池時間: 45 小時小時 l光接頭光接頭 : 可選可選2022-6-1945七七 光光 纖纖 光光 柵柵l 光纖光柵由一段折射率沿其長度周期性變化光纖光柵由一段折射率沿其長度周期性變化的光纖構(gòu)成。的光纖構(gòu)成。 利用摻鍺石英光纖受到利用摻鍺石英光纖受到240 nm 附附近紫外光照射時纖芯折射率會增大這一現(xiàn)象，近紫外光照射時纖芯折射率會增大這一現(xiàn)象， 將將光纖沿中心軸線切開，光纖沿中心軸線切開， 從光纖切面照射呈空間周從光纖切面照射呈空間周期性變化的紫外光，期性變化的紫外光， 纖芯部位就會出現(xiàn)周期性折纖芯部位就會出現(xiàn)周期性折射率變化

40、，射率變化， 這就形成了光柵這就形成了光柵(FG)，其結(jié)構(gòu)如下圖，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。所示。 2022-6-1946光纖光柵的結(jié)構(gòu)圖光纖光柵的結(jié)構(gòu)圖柵距光柵包層纖芯光纖(a)紫外光掩膜板(b)2022-6-1947l 光纖光柵光纖光柵(FG)以其特有的高波長選擇性能，以其特有的高波長選擇性能，易與光纖耦合，易與光纖耦合， 插入損耗低，插入損耗低， 結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)簡單， 體積體積小等優(yōu)點，小等優(yōu)點， 日益受到人們的關(guān)注，日益受到人們的關(guān)注， 其應(yīng)用范圍其應(yīng)用范圍不斷擴展到諸如光纖激光器、不斷擴展到諸如光纖激光器、 WDM合波合波/分波分波器、器、 超高速系統(tǒng)中的色散補償器、超高速系統(tǒng)中的色散補償器、 EDFA增益增益均衡器等光纖通信及溫度、均衡器等光纖通信及溫度、 應(yīng)變傳感領(lǐng)域中，應(yīng)變傳感領(lǐng)域中， 而把光柵式全光器件集成于同一根光纖中的應(yīng)用而把光柵式全光器件集成于同一根光纖中的應(yīng)用將有更加令人鼓舞的發(fā)展前景。將有更加令人鼓舞的發(fā)展前景。 2022-6-1948布拉格光纖光柵布拉格光纖光柵BFG 如果光注入光柵如果光注入光柵FG后，后， 與折射率變化周期與折射率變化周期相對應(yīng)的特定波長的光能夠被逆向反射回去，相對應(yīng)的特定波長的光能夠被逆向反射回去， 則稱具有這種功能的光柵為短周期則稱具有這種功能的光柵