光通信器件3

1光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学4.5其他光通信器件为什么光纤需要接续?光纤接续的方法?如何实现光纤的接续?光纤接续的过程如何?4.5.1连接器2光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学1、光纤连接的类型和方法光纤的连接固定接接是永久性连接，一般用于光纤传输线路的两段光纤的连接。连接方法：熔接法和粘接法；活动连接是可拆卸连接，通常用活动连接器在光纤与设备或仪表的尾纤之间连接。3光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学2、光纤固定连接光纤熔接的基本原理是使被接光纤的轴心对准以后，用加热的方式将光纤端面熔化而使其熔为一体。最常用的方法是电弧熔接法，它是利用两个电极之间的高压电弧产生高温使被接光纤的端面熔接的方法。电弧熔接法操作步骤①光纤端面的制备②光纤的电弧熔接③接头的保护4光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学光纤端面的制备①先将任意一段待接光纤套上一根热可缩保护套管，以备接续后保护接头。②用专用光纤剥线钳剥出约40mm的裸光纤，并用干净的软纸或无水酒精棉球将其擦干净。③用专用光纤切割器切割出平整无倾斜的光纤端面。5光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学刀口拉紧状态拉紧状态裂缝处切割的原理6光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学光纤的电弧熔接将制备好的两段光纤放入光纤熔接机调整架的V型槽中固定，并将两光纤的端面置于熔接的电极之间，相距适当距离。调节调整架，使光纤轴心对准。预放电对光纤端面进行加热整形，使光纤端面无毛刺、清洁、平整。将光纤沿轴向稍加推进，使两端面直接接触并有一定相互挤压时停止移动。继续放电直至光纤端面充分熔融连为一体。7光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学接头的保护将预先套好的热可缩管轻轻移到接头处。把套有热可缩管的光纤放入加热器中，加热至热可缩管熔化成可塑状，紧贴光纤对接头部位进行保护。8光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学粘接法是将轴心对准的光纤用折射率与纤芯接近的粘接剂粘接固定的方法。一般分为槽接法和套管法。槽接法是把两根光纤放入精密的V型槽中并加以调整，然后该上盖板对光纤加压是光纤轴心对准后再用粘接剂固定。套管法是从玻璃套管的两端分别插入待接的光纤，通过套管内径使轴心对准后，从套管中部的横向孔注入粘接剂将光纤粘接固定。待连接的光纤在此处使用环氧化物将光纤端面粘贴在一起或将光纤夹紧以定位V型槽基底9光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学3、光纤活动连接连接器和接头连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件，主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输入之间，或光纤线路与其他光无源器件之间的连接。光纤套管插针粘结剂连接器的分类：单纤(芯)连接器和多纤(芯)连接器。10光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学4.光纤连接器的特性：插入损耗：连接器的一个最重要的性能参数是插入损耗。存在各种可能的原因引起光的损耗。这个损耗一般在0.5dB以下。为了减小插入损耗，一般使用三种方法。第一种方法是使用保护套来最小化连接和拆开光缆时产生的弯曲损耗。第二种方法是将加固件与连接器连接在一起，这样就释放了光纤自身的张力。第三种方法就是用插针体来保护裸光纤。11光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学回波损耗：对连接器来说，回波损耗的问题起源于一个简单的矛盾现象：为了最小化插入损耗，需要尽可能地将光纤端面抛光，而抛光的端面对光的反射增强，这样回波损耗就产生了。回射发生在纤芯之间空气的交界面上，为此安装人员提出了有效的解决方法：将两个连接器通过物理接触(PC)来减小它们之间的空气缝隙。现在多数连接器都是利用这种方法安装的。由于制造完美的平面来实现理想的物理接触是不可能的，因此制造商将插针体的端面做成不同的形状，如圆弧形等。一般应大于45dB12光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学重复性（耐用性）：连接器是作为临时连接使用的，应在多次插拔之后仍保持它们的特性。所以可重复性是连接器的一个重要特性。资料表明，连接器在多次插拔之后其插入损耗将增加，通常多次次插拔之后其损耗的变化范围应小于0.1dB。互换性：是指同一种连接器不同插针替换时损耗的变化范围，一般应小于0.1dB插拔次数：一般应在千次以上工作温度：在工作温度范围内（一般在-25～＋70℃），损耗变化应在0.2dB范围内13光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学连接类型一般插入损耗:typ.0.5dB回波损耗:14dB普通多模光纤连接有缝隙插入损耗0.25dB普通的单模光纤连接物理平角连接(PC)回波损耗40dB有线电视，高性能系统有角度物理连接(APC)插入损耗：0.4to0.9dB回波损耗60dB8º5.几种常用的光纤连接器14光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学连接头类型15光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType16光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学光纤耦合器（OpticfiberCoupler）是一种定向耦合器，它是一种四端口器件（两个输入口，两个输入口）是光波技术中必不可少的一部分。它的功能是将一光场分为相干的两部分，光输入端口的一个端口入射，直接耦合进两个输出端口，因为输出耦合到两个不同的方向，所以这样的器件也称为定向耦合器。4.5.2光纤耦合器17光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学N×N1×N2×2P1/NP1/NP1/N18光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学T形(a)……星形(b)定向(c)2314…l1l2lNl1＋l2＋lN(d)波分19光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学耦合区W锥形区L锥形区L拉伸区2L+WL：由拉伸时决定W：由加热的火焰宽度决定2×2光纤耦合器20光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学P1和P2跟什么因素有关?P2P1光耦合示意21光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学zPP202sinzPPPP20201cos假设耦合器无损耗是耦合系数P1和P2与拉伸区宽度有关z耦合器内的光功率分布：随位移的变化22光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学P1和P2与入射波长有关例如成品上会标注：1550nm50:50耦合器内的光功率分布：随波长的变化23光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学NNlog101log10分路损耗NiioutinPP1,log10附加损耗多根光纤一起熔融技术难度大，主要是众多光纤之间的耦合响应控制比较困难，因此难以制作大规模的光耦合器PP/NN×N星型耦合器24光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学级联的办法构造大规模光耦合器25光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学光纤耦合器主要参数（1）插入损耗它表示耦合器总的功率衰减量。定义为：其中，Poi对应于输入端第m根光纤中输入光功率Pim时，输出端第i根光纤的输出光功率。,.....),(m(dB)PPILnimoi21)lg(10126光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学（2）均匀性表示耦合器输出各端口的功率与功率平均值的最大偏差。偏差越小，表示光功率分配越均匀。dB)()(lg10outoutPMAXPMINFL（3）分光比（耦合比）它定义为耦合器各输出端口的输出功率的比值，常用相对输出总功率的百分比来表示。如50:50,30:70等。对于2×2耦合器，有：%100212PPPSR27光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学例：2×2双锥形光纤耦合器的输入光功率为P0=200mW，另外两个端口的输出功率分别为P1=90mW，P2=85mW，可以求得为：48.6%%100859085%100122PPP耦合比dB58.08590200log10log10120PPP附加损耗dB3.4790200log10log10)10(10PP端口端口到插入损耗dB3.7285200log10log10)20(20PP端口端口到插入损耗28光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学1.薄膜干涉滤波器多层介质膜：通过某一波长，阻止其它波长4.5.3光滤波器29光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学Thin-FilmresonantMulticavityFilter(TFMF)薄膜多共振腔滤波器TFMF的传输特性：腔越多滤波器顶越平边缘越陡30光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学31光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学光纤F-P滤波器2可调谐滤波器32光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学FrequencyFFSR＝C/2nd高反射率窄带滤波器RRFFSRF133光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学•可调光纤F-P滤波器(FFP)34光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学马赫－曾德干涉滤波器MZI长度相差L的两根波导，用来在两臂间产生与波长有关的相移对输入信号进行分路的3dB耦合器在输出端将信号复合的3dB耦合器通过分裂输入光束以及在一条通路上引进一个相移，重组的信号将在一个输出端产生相加性干涉，而在另一个输出端产生相消性干涉，信号最后只会在一个输出端口出现。35光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学Input1Output2Output1/2+L+/2=L+/2+L-/2=LL=2neffL/l=kk为偶数Output2k为奇数Output136光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学太强的光可能使接收机过载，这时需要一种能过减弱光信号的器件——光衰减器。光衰减器是用来稳定地、准确地减小光信号的无源器件。光衰减器通常吸收多余的光能量，这些能量对于衰减器来说很弱，不会引起显著的热量；光衰减器不能将不需要的光返回，否则会引起系统的噪声。4.5.4光衰减器大部分光衰减器都以分贝来定义衰减的大小。其定义式类似于光纤衰减的定义。衰减器按其衰减量的变化情况可以分为固定衰减器，步进式衰减器，连续可变衰减器等。光衰减器的主要技术指标：插入损耗，衰减的变化范围，衰减的稳定性等。37光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学实用光衰减器的工作原理38光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学光开关的功能是转换光路，实现光信号的交换。对光开关的要求是插入损耗小、串音低、重复性高、开关速度快、回波损耗小、消光比大、寿命长、结构小型化和操作方便。4.5.4光开关光开关分类机械光开关包括机械式光开关、微机械光开关波导光开关利用电光、磁光、热光和声光效应39光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学移动臂光纤准直头固定输出光纤1234NN光纤旋转轴反射镜输入光纤-1（a）1N移动光纤开关（b）12移动反射镜开关（1）机械光开关优：在插入损耗、隔离度、消光比和偏振敏感性方面具有良好的性能；缺：开关时间较长（几十毫秒到毫秒量级）；开关尺寸较大，而且不易集成。40光通信原理课程物理与材料科学学院@安徽大学利用电光效应原理也可以构成波导光开关。由两个Y形LiNbO3波导构成的马赫-曾德尔11光开关，与幅度调制器类似，在理想的情况下，输入光功率在C点平均分配到两个分支传输，在输出端D干涉，其输出幅度与两个分支光通道的相位差有关。当A、B分支的相位差0时输出功率最大，当2时，两个分支中的光场相互抵消，使输出功率最小，在理想的情况