第四章无源光器件

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1、2022-5-301无源光器件2022-5-302主要内容主要内容 一、光纤的连接与光纤连接器一、光纤的连接与光纤连接器 二、光纤分路器及耦合器二、光纤分路器及耦合器三、光合波器、光分波器三、光合波器、光分波器四、光隔离器四、光隔离器 五、光开关五、光开关六、光可变衰减器六、光可变衰减器七、光纤光栅七、光纤光栅八、光锁相环与非线性光环镜八、光锁相环与非线性光环镜NLOM2022-5-303l概述概述 构成一个完整的光纤传输系统，除了光源、构成一个完整的光纤传输系统，除了光源、光检测器及光纤外，还需要众多的无源光器件，光检测器及光纤外，还需要众多的无源光器件，如如连接器连接器、衰减器衰减器、隔离

2、器隔离器、滤波器滤波器、分路器分路器、复用器复用器、光开关光开关和和调制器调制器等。等。 它们在系统中各起着光学连接、光功率分它们在系统中各起着光学连接、光功率分配、光波分复用、光信道切换及光信息的衰减、配、光波分复用、光信道切换及光信息的衰减、隔离和调制等。由此看来，无源光器件在光纤通隔离和调制等。由此看来，无源光器件在光纤通信系统中起着重要的作用。本讲仅介绍几种常用信系统中起着重要的作用。本讲仅介绍几种常用的无源光器件的原理及性能。的无源光器件的原理及性能。2022-5-304一、光纤的连接与光纤连接器一、光纤的连接与光纤连接器光纤连接器光纤连接器 fiber optic connecto

3、rfiber optic connector 又称光纤活动连接器，俗称活动接头，用又称光纤活动连接器，俗称活动接头，用于设备与光纤之间的连接。于设备与光纤之间的连接。 光纤连接器的作用是将需要连接起来的单光纤连接器的作用是将需要连接起来的单根或多根光纤芯线的断面根或多根光纤芯线的断面对准对准、贴紧贴紧，并能多，并能多次使用。次使用。 光纤连接器在工艺上应满足的条件：光纤连接器在工艺上应满足的条件： 1 1）连接损耗要小于）连接损耗要小于 0.5dB0.5dB； 2 2）装、拆方便，重复性好；）装、拆方便，重复性好； 3 3）体积小，成本低等。）体积小，成本低等。 光纤连接器轴心偏离、有夹角会引

4、起大的损耗。光纤连接器轴心偏离、有夹角会引起大的损耗。 2022-5-305 光纤与光纤的连接有两种形式，一种是光纤与光纤的连接有两种形式，一种是永久性永久性连接连接，另一种是，另一种是活动连接活动连接。 永久性连接具有永久性连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光纤连接器的基本构成光纤连接器的基本构成 由三个部分组成的：两个配合插头和一个耦合由三个部分组成的：两个配合插头和一个耦合管。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套管。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套管的作用。如图所示。管的作用。如图所示。2022-5-306 光纤很细，单模光

5、纤的纤芯直径要在光纤很细，单模光纤的纤芯直径要在10um以下以下，因此熔接必须使用机器才行。，因此熔接必须使用机器才行。良好的接续是指在良好的接续是指在接续点上没有光传输的不连续现象接续点上没有光传输的不连续现象。 下图中示出了纤芯不连续的几种典型状态，有下图中示出了纤芯不连续的几种典型状态，有轴错位、纤芯倾斜、空隙、端面倾斜和纤芯直径及轴错位、纤芯倾斜、空隙、端面倾斜和纤芯直径及折射率的微小差异折射率的微小差异等等。由于这些不连续性，也会等等。由于这些不连续性，也会造成光功率的一部分变成散射损耗，或以反射波形造成光功率的一部分变成散射损耗，或以反射波形式返回发送端。有空隙时，因玻璃纤维和空气

6、折射式返回发送端。有空隙时，因玻璃纤维和空气折射率的差异，也会引起反射，此现象又称率的差异，也会引起反射，此现象又称菲涅耳（菲涅耳（Fresnel）反射）反射。2022-5-307接续点上的不连续现象接续点上的不连续现象2022-5-308l 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计算。计算。设玻璃的折射率为设玻璃的折射率为n1时，时，光功率的反射系数光功率的反射系数可用下式求可用下式求出：出： r =(n1 - n2 )/(n1 + n2)2 例如例如:当当 n1 1.45， n2 1，r 3.4%时，即有时，即有14.7dB的反射损耗。的反射损耗。 在

7、单模光纤连时接，除要求纤径一致之外，更重要在单模光纤连时接，除要求纤径一致之外，更重要的是要求在实质上代表分布宽度的的是要求在实质上代表分布宽度的模场直径（模场直径（MFD：Mode Field Diameter）一致。）一致。 目前工程中多采用高精度自动熔接机，光纤端面切目前工程中多采用高精度自动熔接机，光纤端面切割好后，光纤间的对准、调整、熔接及损耗测量等步骤割好后，光纤间的对准、调整、熔接及损耗测量等步骤都在微处理机的控制下自动完成，熔接质量很好，接头都在微处理机的控制下自动完成，熔接质量很好，接头附加损耗可控制在附加损耗可控制在0.1dB以下。以下。2022-5-309 使用连接器进行

8、光纤接续，由于菲涅耳反射等原因，对信使用连接器进行光纤接续，由于菲涅耳反射等原因，对信号产生不良影响。为了防止菲涅耳反射，设法把反射光的入射号产生不良影响。为了防止菲涅耳反射，设法把反射光的入射角余角调整到大于临界角余角，角余角调整到大于临界角余角，使反射光进入包层并最终泄漏使反射光进入包层并最终泄漏出去出去。为此把连接器的。为此把连接器的管芯端面按管芯端面按8进行倾斜研磨，就可以进行倾斜研磨，就可以实现。另外一种方法就是去掉连接之间的间隙。为此使管芯端实现。另外一种方法就是去掉连接之间的间隙。为此使管芯端面间处于紧贴而不留一丝隙缝。通常把这种连接器叫做面间处于紧贴而不留一丝隙缝。通常把这种连

9、接器叫做 PC(Physical Contact) 型连接器型连接器。实际使用的实际使用的PC型连接器如图所型连接器如图所示，把套管端面研磨成球面。示，把套管端面研磨成球面。PC接续的反射很小，它的反射接续的反射很小，它的反射损耗可达损耗可达25dB以上。如果经以上。如果经过精密加工研磨，就可将反射过精密加工研磨，就可将反射损耗指标提高到损耗指标提高到40dB以上。以上。2022-5-3010 光纤连接器又分为光纤连接器又分为多模连接器多模连接器和和单模连接器单模连接器。 多模连接器用于多模光纤系统，它有多模连接器用于多模光纤系统，它有U型型环路连接器、插座式连接器、现场装配连接器环路连接器、

10、插座式连接器、现场装配连接器（FA）以及）以及C型连接器等，它们的损耗在型连接器等，它们的损耗在0.4-0.5dB以下。以下。 单模光纤连接器有单模光纤连接器有PC型（直接接触型）、型（直接接触型）、FC型（平面对接型）、型（平面对接型）、SC型（矩形）、型（矩形）、ST型型等几种。等几种。2022-5-3011l FC型型(平面对接型平面对接型)连接器是由连接插头、插座组成，其连接器是由连接插头、插座组成，其结构如图所示。它主要使用在光缆线路与传输设备间的连接结构如图所示。它主要使用在光缆线路与传输设备间的连接，可以方便地进行光路的调整或线路的测试。连接器具有很，可以方便地进行光路的调整或线

11、路的测试。连接器具有很高的精度。高的精度。2022-5-3012l SF型连接器是室外用连接器，具有防水功能和型连接器是室外用连接器，具有防水功能和良好的温度特性。由于使用了塑料套管，其价格便良好的温度特性。由于使用了塑料套管，其价格便宜，可以和宜，可以和FC型连接器进行互换。型连接器进行互换。lMF型连接器用于隧型连接器用于隧（通）道里敷设光缆（通）道里敷设光缆的缆间接续中，可以的缆间接续中，可以对带状对带状5芯光纤进行一芯光纤进行一次性连接，由于体积次性连接，由于体积小，可以装在标准接小，可以装在标准接头盒内，实现光纤的头盒内，实现光纤的高密度接续，其结构高密度接续，其结构如图所示。如图所