無源光器件本章內(nèi)容4.1光纖連接器4.2光纖耦合器4.3光開關(guān)4.4光纖光柵4.5光濾波器4.6WDM合波/分波器4.7光隔離器與環(huán)形器4.8光鎖相環(huán)與非線性環(huán)鏡NLOM4.1光纖連接器一、光纖連接損耗二、光纖連接方法三、常用幾種連接器四、性能參數(shù)一、光纖連接損耗光纖連接的主要功能：

完成兩根光纖之間的連接光纖連接損耗可分為外部損耗和內(nèi)部損耗外部損耗又稱為機(jī)械對(duì)準(zhǔn)誤差或連接錯(cuò)位損耗，故名思意是由于光纖之間的連接錯(cuò)位引起的損耗，內(nèi)部損耗又稱為與光纖相關(guān)的損耗，這主要是由于光纖的波導(dǎo)特性和幾何特性差異導(dǎo)致的損耗。一、光纖連接損耗光纖連接的主要功能：

完成兩根光纖之間的連接光纖連接損耗：外部損耗一、光纖連接損耗光纖連接損耗：內(nèi)部損耗二、光纖連接方法光纖連接方法包括光纖熔接法、V型槽機(jī)械連接、和彈性管連接。第一種方法可產(chǎn)生永久性的連接，而后兩種連接方法在需要時(shí)可以將已連接的光纖拆開，為可拆卸活動(dòng)連接。光纖熔接是通過加熱的方法使已制備好的光纖端面連接在一起

V型槽機(jī)械連接方法彈性管連接二、光纖連接方法按外形結(jié)構(gòu)來分FC型、SC型、ST型等三、常用的幾種連接器SCSTFCFC型、SC型、ST型連接器的對(duì)準(zhǔn)方案三、常用的幾種連接器四、性能參數(shù)四、性能參數(shù)

機(jī)械性能插入損耗插入損耗（InsertionLoss）即連接損耗，是指

因連接器的導(dǎo)入而引起的鏈路有效光功率的損

耗。

要求：<0.5dB?；夭〒p耗回波損耗（ReturnLoss,ReflectionLoss）是

指連接器對(duì)鏈路光功率反射的抑制能力。

要求：>45dB。四、性能參數(shù)互換性與重復(fù)性

對(duì)于同一類型的光纖連接器，要求都可以任意組合使用、并可重復(fù)多次使用插拔次數(shù)

反復(fù)使用，連接效率不會(huì)下降（>1000次）抗拉強(qiáng)度

有外力、拉力施加在連接器上，性能不會(huì)明顯降低（不低于90N）環(huán)境適應(yīng)性：承受溫差（-40～70℃）、潮濕、化學(xué)侵蝕等的考驗(yàn)。

光學(xué)性能4.2光纖耦合器

主要功能：耦合器（又稱分支器）按要求將光信號(hào)功率在多根

光纖之間進(jìn)行分配，或組合來自多根光纖的光信號(hào)。

原理與實(shí)現(xiàn)

將兩根或多根光纖扭絞在一起，用微火炬對(duì)耦合部分加熱，在熔融過程中拉伸光纖，形成雙錐形耦合區(qū)。在錐形耦合區(qū)內(nèi)，在一根光纖波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)墓饽芰繒?huì)耦合進(jìn)另一根波導(dǎo)中。2×2耦合器4.2光纖耦合器耦合區(qū)拉錐區(qū)拉錐區(qū)L熔錐技術(shù)制造光纖耦合器的原理圖輸入端口輸出端口P1P2P1P2性能參數(shù)4.2光纖耦合器插入損耗附加損耗串?dāng)_（隔離度）分光比其他：端口數(shù)，偏振敏感性，環(huán)境適應(yīng)性

2123123414.3光開關(guān)主要功能：完成光路的切換，是實(shí)現(xiàn)光交換的核心器件開關(guān)速度插入損耗消光比隔離度開關(guān)尺寸功耗工作波長性能參數(shù)：

4.3光開關(guān)機(jī)械光開關(guān)MEMS：

實(shí)現(xiàn)原理：開關(guān)的功能通過機(jī)械的方法實(shí)現(xiàn)，如通過將鏡片移出或置入光路就可實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的通斷。舉例－MEMS開關(guān)：4.3光開關(guān)電光開關(guān)：

實(shí)現(xiàn)原理：利用光波導(dǎo)的電光、磁光、聲光等物理效

應(yīng)，通過電控實(shí)現(xiàn)光路的通斷與切換。舉例－LiNbO3電光開關(guān)：4.3光開關(guān)熱光開關(guān)：

實(shí)現(xiàn)原理：熱光開關(guān)基于MZI干涉儀，通過改變其中一個(gè)臂的折射率（受溫度的影響）使兩臂上光信號(hào)之間的相差有所改變，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)在輸入/出兩輸出端之間通斷。舉例－LiNbO3電光開關(guān)：4.3光開關(guān)SOA光開關(guān)：

實(shí)現(xiàn)原理：

基于半導(dǎo)體光放大器，通過改變SOA的偏置電壓就實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。當(dāng)偏置減少時(shí)，沒有粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，因而吸收光信號(hào)，當(dāng)偏置增加時(shí)，放大輸入信號(hào)。因而，當(dāng)SOA處于吸收和放大態(tài)時(shí)，通斷消光比很大，同時(shí)易于集成，開關(guān)速度快。4.4光纖光柵光纖光柵：光纖光柵（FiberBraggGrating，F(xiàn)BG）是利用光纖的光敏特性，采用紫外曝光的方法，在光纖纖芯上形成折射率沿軸向周期性分布的光波導(dǎo)器件?；痉诸惥鶆蛑芷诠鈻?。其折射率變化周期保持不變，可對(duì)特定波長的光產(chǎn)生很強(qiáng)的反射。啁啾光柵。其折射率周期性變化，可對(duì)一定波長范圍內(nèi)的光產(chǎn)生反射，且波長不同，等效反射點(diǎn)位置也不同。4.4光纖光柵

FBG制作：光纖光柵雙光束干涉法（a）雙光束干涉（b)掩膜板（c)紫外線寫入

光濾波器：4.5光濾波器光濾波器全稱為光學(xué)濾波器，與大家熟習(xí)的電濾波作用是一樣的，只是這里濾除的是特定波長光信號(hào)。

FP腔濾波器：陣列波導(dǎo)光柵AWG光纖光柵FBG濾波器4.5光濾波器

FP腔濾波器：光纖F-P腔型可調(diào)諧濾光器腔長由一段光纖和空氣隙組成，在腔體光纖的一端鍍上高反射膜，另一端鍍上抗反射膜，彼此之間留有適當(dāng)空隙。在電信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，PZT（壓電陶瓷）可進(jìn)行伸縮，造成空氣間隙變化，引起腔長的改變，從而實(shí)現(xiàn)波長的調(diào)諧。

AWG濾波器：4.5光濾波器陣列波導(dǎo)AWG是MZI（馬赫-曾德爾干波儀）的推廣。MZI可看作為一個(gè)器件，它將一路輸入信號(hào)分成兩路輸出光信號(hào)，然后讓它們分別經(jīng)歷不同的相移后，又將它們合一路信號(hào)輸出。AWG是以光集成技術(shù)為基礎(chǔ)的平面波導(dǎo)型器件，它將同一輸入信號(hào)分成若干路分別經(jīng)歷不同的相移后又將它們合在一起輸出。

FBG濾波器：4.5光濾波器FBG濾波器

1，

2，

3

，

4

2

1，

3

，

4

1，

2，

3

，

4

1

2

3

4均勻周期光柵線性啁啾光纖4.6WDM合波/分波器主要功能：把多個(gè)不同波長合成一路或把一路中不同的光波長重新分開。光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)中的關(guān)鍵器件之一。基本類型：根據(jù)光濾波原理的不同，波分去復(fù)用器可分為：

介質(zhì)薄膜

干涉型光纖光柵

性能參數(shù)：插入損耗、串?dāng)_（隔離度）、信道數(shù)、信道中心波長、通帶寬度4.6WDM合波/分波器多層介質(zhì)薄膜如果每層的厚度是λ／4，那么，當(dāng)入射角等于零時(shí)即垂直入射，波長為λ的光在通過每層后得到相位移π。因此，反射波與入射波相位相反，它們將相消性干涉，也就是相互抵消。換句話說，波長為λ的光將不被反射，這意味著這個(gè)光通過，所有其他的光將被反射，這就是濾波。如果每層厚度等于λ／2，那么反射波將成相長干涉，也就是它們和入射光將同相位并相互相加。這個(gè)結(jié)果將是高反射鏡。4.6WDM合波/分波器干涉型MZI是一種干涉器件，它利用兩個(gè)不同長度的干涉路徑來區(qū)分不同的波長實(shí)現(xiàn)濾波，其結(jié)構(gòu)是利用兩個(gè)3dB光纖耦合器將兩個(gè)路徑互連起來，是一個(gè)四端口光器件。4.6WDM合波/分波器FBG型反射光柵：三個(gè)波長的WDM合波分波器的原理結(jié)構(gòu)示意圖

1光纖光柵

2

3…

n

1

2

3…

nFBG可反射特定波長（布拉格波長）的光信號(hào)：4.7光隔離器與環(huán)形器光隔離器和環(huán)形器的工作原理基本一致，只是光隔離器為雙端口器件，即一個(gè)輸入和一個(gè)輸出端口，而光環(huán)形器為多端口器件，常用的有3端口和4端口器件，即從任一端口輸入從指定的端口輸出。4.7光隔離器與環(huán)形器光隔離器和環(huán)形器的工作原理基本一致，只是光隔離器為雙端口器件，即一個(gè)輸入和一個(gè)輸出端口，而光環(huán)形器為多端口器件，常用的有3端口和4端口器件，即從任一端口輸入從指定的端口輸出。1

三端囗光環(huán)型器23主要功能：作為一個(gè)單行的通道使光通過一系列的端口。進(jìn)入端口1的光只能傳送到端口2，進(jìn)入端口2的光只能傳送到端口3。

基本原理：光的雙折射磁致旋光效應(yīng)（法拉第效應(yīng)）

OPLL：4.8光鎖相環(huán)與非線性環(huán)鏡NLOM光鎖相環(huán)（OPLL）的工作原理與電鎖相環(huán)一樣，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)與本地振蕩信號(hào)即基準(zhǔn)信號(hào)的同頻同相，從而實(shí)現(xiàn)二者的同步。它由調(diào)諧激光器、光電二極管平衡器件和濾波器等構(gòu)成。平衡二極管器件檢測本地激光器的頻率與接收的光信號(hào)的頻率，當(dāng)兩個(gè)頻率完全相同時(shí)二極管平衡電路處于靜止?fàn)顟B(tài)，否則，這種靜止?fàn)顟B(tài)將被破壞使得二極管平衡電路有不平衡電流輸出，被放大后送濾波器濾除高頻分量，濾波后的低頻直流分量去控制本地激光器的輸出頻率，直至二者的頻率完全相同電路處于平衡狀態(tài)。圖中增益控制放大器使本地激光器和接收到的光功率電平相一致。

NLOM：4.8光鎖相環(huán)與非線性環(huán)鏡NLOM小結(jié)常用的無源光器件包括活動(dòng)連接器、耦合器、光環(huán)形器、光纖光柵、光開關(guān)、波分波/分波