光通信原理与技术第4章2

光通信原理与技术光路无源器件构成一个完整的实用的光纤通信系统。除了要有光端机，能够传输光信号的光纤以及能够完成电/光和光/电转换任务的有缘光器件以外，在光纤线路中还必须有一些作用不同的无源器件：光纤连接器光纤定向耦合器光衰减器光隔离器对光无源器件的要求：插入损耗小使用方便规格标准可靠性高能反复操作温度效应小耐冲击体积小光纤连接器光纤连接器主要指光纤活动连接器，俗称活动接头或法兰盘它用于设备（如光端机，光测试仪表等）与光纤之间的连接、光纤与光纤之间的连接或光纤与其他无源器件的半永久连接它是组成光纤通信系统和测量系统不可缺少的一种重要无源器件光纤连接器的结构精密套管结构连接器光纤连接器的结构特点简单的说，光纤连接器是由两个插头、一个插座三部分构成，关键是：光纤的纤芯中心要与插头、插座的中心完全一致。对于光纤连接，最重要的是如何需要连接的两根光纤的轴心对准。因为两根光纤轴心的偏离或两根光纤的端面之间有夹角等等都会引起连接损耗光纤连接器的耦合方式目前按常用的光纤连接器是以端面直接耦合为基础的端面对接连接器。单模光纤连接器即属于这一种单模光纤连接器，在套管与插头之间置有精密陶瓷套管，能够比较精确地校准两插头成一直线，这种连接器的链接损耗可以达到0.2dB以下光纤连接器的要求光纤连接器的作用：将需要连接起来的单根或多根光纤芯线的端面对准、贴紧并能多次使用光纤连接器满足条件：1、连接损耗小：连接损耗是评价光纤连接器的主要指标，目前各种不同结构的单模光纤连接器的插入损耗为0.1-0.5dB左右2、装拆方便3、稳定性好。连接后，插入损耗随时间、环境的改变变化不大4、重复性好。一般要求重复使用次数大于1000次5、互换性好。要求同一种型号的活动连接器可以互换6、体积小，成本低光纤连接器的种类PC-FC接头SC接头(收发一体光模块)光纤跳线光纤连接器的一般性能光纤定向耦合器光通信中经常需要把多个光信号耦合到一起，或将光信号分到多根光纤中，光耦合器可以实现这些功能按光强分配按光波长分配光纤定向耦合的种类按端口分类：•X形（2×2）•Y形（1×2）•星形（N×N，N2）•树形（1×N，N2）按基本结构分类•光纤型•微器件型•波导型光纤定向耦合器结构光纤型•用两根或多根光纤排列，用熔拉双锥技术制作各种器件。•可以制成波分复用/解复用器（a）定向耦合器（b）8×8星形耦合器光纤a（直通臂）传输的输出光功率为Pa，光纤b（耦合臂）传输的输出光功率为Pb，根据耦合理论得到：Pa=cos2(CλL)Pb=sin2(CλL)L为耦合器有效作用长度，Cλ为取决于光纤参数和光波长的耦合系数。设特定波长为λ1和λ2，选择光纤参数，调整有效作用长度，使得：当光纤a的输出Pa(λ1)最大时，光纤b的输出Pb(λ1)=0；当Pa(λ2)=0，Pb(λ2)最大。对于λ1和λ2分别为1.3μm和1.55μm的光纤型解复用器，可以做到附加损耗为0.5dB，波长隔离度大于20dB熔锥光纤型波分复用器结构和特征微器件型用白聚焦透镜和分光片（光部分透射，部分反射）、滤光片（一个波长的光透射，另一个波长的光反射）或光栅（不同波长的光有不同的反射方向）等微光学器件构成波导型在一片平板衬底上制作所需要的光波导，衬底作支撑体，又作波导包层。波导的材料根据器件的功能来选择，一般是sio2，横截面为矩形或半圆形（a）T形耦合器（b）定向耦合器（c）波分解复用器光纤式定向耦合器的主要参数耦合比CR是一个指定输出端的光功率Poc和全部输出端的光功率总和Pot的比值，用%表示。是光分配参数附加损耗Le由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，是全部输入端的光功率总和Pit和全部输出端的光功率总和P0t的比值，用分贝表示NnonocotocPPPPCR1]lg[10lg1011NnonNninotitePPPPL插入损耗Lt一个指定输入端的光功率Pit和一个指定输出端的光功率Poc的比值，用分贝表示方向性DIR（隔离度）是一个输入端的光功率Pic和由耦合器反射到其它端的光功率Pr的比值，用分贝表示一致性U是不同输入端得到的耦合比的均匀性，或者不同输出端耦合比的等同性ocictPPLlg10ricPPDIRlg10耦合器的一般特性光衰减器将输入光功率保持在某一范围使光接收机不产生失真满足光线路中某种测试的需要须对输入光信号进行一定程度的衰减常用的光衰减器衰减光功率的方法：采用金属蒸发膜来吸收光能量进行光衰减。衰减量的大小与膜的厚度成正比光衰减器分类：固定衰减器可变衰减器固定衰减器•衰减量是一定的，用于调节传输线路中某一区间的损耗•要求：体积小、重量轻•规格：3、6、10、20、30、40dB•误差：10%可变衰减器•分类：连续可变、分档可变•连续可变衰减范围可达到60dB以上•误差：10%•通常将两种可变衰减器组合起来使用光隔离器光隔离器是保证光信号只能正向传输的器件。避免线路中反射光再次进入激光器，影响激光器的工作稳定性基本原理：法拉第旋转效应组成：主要由两个偏振器和一个法拉第旋转器组成当光入射到某一光学器件时，其输出光为某一形式的偏振光（如线偏振光），则这种光学器件就称为偏振器（如线偏器）。在光隔离器中使用的是线偏振器。线偏振器有一透光轴，当光的偏振方向与透光轴完全一致时，则光全部透过法拉第旋转器由某种旋光性材料制成。按照法拉第效应理论，当线性偏振光经过它以后，它使光的偏振面按顺时针方向旋转一定角度(如45°)，而它旋转的角度正好与偏振器2中的透光轴方向一致当正向光入射后，经过偏振器1全部透过，经过旋光器后，旋转45°，和偏振器2的透光轴角度一致，因此，正向光功率全部射出隔离衰减的大小表示为αi=10lg（Pr/Pout）（dB）Pr表示隔离方向（即与传输方向相反的方向）上的入射光功率Pout表示隔离方向上的输出光功率