光纤光学无源器件幻灯片.pptx
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1、光纤无源及有源器件光纤无源及有源器件技术及应用技术及应用12024/6/17 周一2光纤器件光纤器件 用途用途:实现光纤中的信号连接、能量分路/合路、波长复用/解复用、光路转换、能量衰减、方向阻隔、光-电-光转换、光信号放大、光信号调制等功能,是构成光纤通信系统的必备元件。光器件是具有上述一种功能的元器件的总称。类型:无源类型:无源(passive)、有源、有源(active)2024/6/17 周一3光纤无源器件光纤无源器件2024/6/17 周一4光纤无源器件光纤无源器件光无源器件是一种能量消耗型器件,主要功能是对信号或能量进行连接、合成、分叉、转换以及有目的的衰减等,在光纤通信系统以及各
2、类光纤传感系统中是必不可少的重要器件。连接功率耦合功率调节单向传输波长选择交换、开关复用、解复用调制、解调编码、解码色散处理缓存、存储逻辑处理光无源器件的功能:2024/6/17 周一5光纤无源器件光纤无源器件光连接器 Connector光衰减器 Attenuator光耦合器 Coupler复用器、解复用器 Multiplexer/Demultiplexer光隔离器 Isolator环行器 Circulator光起偏器Polarizer偏振控制器PolarizationController滤波器 Filter光开关 Switches2024/6/17 周一6器件参数概念器件参数概念光纤无源器件
3、光纤无源器件插入损耗:(Insertion Loss)回波损耗:(Return Loss)隔离度(Isolation)2024/6/17 周一7光纤无源器件光纤无源器件光连接器 Connector光衰减器 Attenuator光耦合器 Coupler复用器、解复用器 Multiplexer/Demultiplexer光隔离器 Isolator环行器 Circulator光起偏器Polarizer偏振控制器PolarizationController滤波器 Filter光开关 Switches2024/6/17 周一8光纤连接器光纤连接器 (Connector)光连接器件是把两个光纤端面结合在一
4、起,以实现光纤之间可拆卸(活动)连接的光无源器件,它还具有将光纤与有源器件、光纤与其它无源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。影响连接损耗的因素:光纤连接时,由于光纤纤芯直径、数值孔径、折射率分布的差异以及横向错位、角度倾斜、端面间隙、端面形状、端面光洁度等因素的影响,都会产生连接损耗。2024/6/17 周一92024/6/17 周一10常用光纤接头类型常用光纤接头类型“/”前面部分表示尾纤的连接器型号“/”后面部分表示截面处理工艺2024/6/17 周一11“SC”接头,(SquareConnector/StandardConnector/SubscriberConnector)是标
5、准方型接头,采用工程塑料,具有耐高温,不容易氧化优点。传输设备侧光接口一般用SC接头“LC”(LucentConnector)接头与SC接头形状相似,较SC接头小一些。“FC”接头,(FerruleConnector)是金属接头,一般在ODF侧采用,金属接头的可插拔次数比塑料要多“ST”(StraightTip)卡接式圆型接头,金属接头,连接器型号连接器型号2024/6/17 周一12截面处理工艺截面处理工艺PC:(Physical Contact)其接头截面是平的回损:40dBUPC:(Ultra Polished connectors),接头是弧形的回损:50dB55dBAPC:(Angl
6、e Polished Connector),截面8度倾斜角接触面回损:60dB 2024/6/17 周一1360APC型型陶瓷陶瓷-40+80陶瓷陶瓷-20+70不锈钢不锈钢工作温度工作温度/C不锈钢不锈钢寿命(插拔次数)寿命(插拔次数)40PC型型反射损耗反射损耗/dB互换性互换性/dB重复性重复性/dB0.20.3插入损耗插入损耗/dB性能性能型号或材料型号或材料项目项目光纤连接器一般性能光纤连接器一般性能2024/6/17 周一14光纤无源器件光纤无源器件光连接器 Connector光衰减器 Attenuator光耦合器 Coupler复用器、解复用器 Multiplexer/Demul
7、tiplexer光隔离器 Isolator环行器 Circulator光起偏器Polarizer偏振控制器PolarizationController滤波器 Filter光开关 Switches2024/6/17 周一15光衰减器(光衰减器(Attenuator)光衰减器主要用于光纤通信系统的特性测试和其他测试中,是对光功率有一定衰减量的器件。根据衰减量是否变化,可以分为固定衰减器和可变衰减器。2024/6/17 周一162024/6/17 周一17固定衰减器固定衰减器输入光纤输出光纤光纤连接器光纤连接器透镜透镜衰减部分固定衰减器对光功率衰减量固定不变,主要用于调整光纤传输线路的光损耗。202
8、4/6/17 周一18可变衰减器可变衰减器可变衰减器的衰减量可在一定范围内变化,用于测量光接收机灵敏度和动态范围。(a)光路和结构(b)连续衰减片厚薄2024/6/17 周一19光纤无源器件光纤无源器件光连接器 Connector光衰减器 Attenuator光耦合器 Coupler复用器、解复用器 Multiplexer/Demultiplexer光隔离器 Isolator环行器 Circulator光起偏器Polarizer偏振控制器PolarizationController滤波器 Filter光开关 Switches2024/6/17 周一20光纤耦合器(光纤耦合器(Coupler)光
9、耦合器(Coupler)是一类能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区发生耦合,并进行再分配的器件。从端口形式上划分,它包括X型(22)耦合器、Y形(12)耦合器、星形(NN,N2)耦合器以及树形耦合器等。2024/6/17 周一2111-:耦合分束比,耦合分束比,3dB coupler=0.5熔锥形光纤耦合器示意图光纤耦合器示意图光纤耦合器示意图光纤耦合器(光纤耦合器(Coupler)2024/6/17 周一22 熔融拉锥法是将两根(或两根以上)除去涂覆层的光纤以一定方式靠拢,在高温下熔融,同时向两侧拉伸,最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构,实现传输光功率耦合的一种方法。熔融拉锥系统示意图
10、熔融拉锥系统示意图2024/6/17 周一23光纤耦合器的技术参数光纤耦合器的技术参数(1)插入损耗)插入损耗 (定义同前)(定义同前)(2)附加损耗)附加损耗 附加损耗(ExcessLoss,EL)定义为所有输出端口的光功率总 和相对于全部输入光功率的减小值。该值以分贝(dB)表示的数学 表达式为:式中:Pouti为第i个输出口的输出功率;Pin为输入光功率。2024/6/17 周一24(3)分光比()分光比(Coupling Ratio)分光比(CouplingRatio,CR)是光耦合器所特有的技术术语,它定义为耦合器各输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比,在具体应用中常用数学表达式
11、表示为:例如对于标准X形耦合器,11或5050代表了同样的分光比,即输出为均分的器件,通常称为3dB耦合器。光纤耦合器的技术参数光纤耦合器的技术参数2024/6/17 周一25(4)方向性(串扰)方向性(串扰)方向性也是光耦合器所特有的一个技术术语,它是衡量器件定向传输性的参数。以标准X形耦合器为例,方向性定义为在耦合器正常工作时,输入端非注入光端口的输出光功率与总注入光功率的比值,以分贝(dB)为单位的数学表达式为:式中:Pin1代表总注入光功率;Pin2代表输入端非注入光端口的输出光功率。光纤耦合器的技术参数光纤耦合器的技术参数2024/6/17 周一26(5)偏振相关损耗偏振相关损耗 偏
12、振相关损耗(PolarizationDependentLoss,PDL)是衡量器件性能对于传输光信号的偏振态的敏感程度的参量。它是指当传输光信号的偏振态发生360变化时,器件各输出端口输出光功率的最大变化量:在实际应用中,光信号偏振态的变化是经常发生的,因此,为了不影响器件的使用效果往往要求器件的偏振相关损耗足够小。光纤耦合器的技术参数光纤耦合器的技术参数(6)工作波长范围工作波长范围 工作波长范围是指无源器件能够按照规定的性能要求下工作的波长范围(min到max)。2024/6/17 周一2722光纤耦合器内的光功率分布光纤耦合器内的光功率分布k 是耦合系数50:502024/6/17 周一
13、28-40+70工作温度工作温度/C0.82.0稳定性稳定性/dB4055方向性方向性/dB3.45.6/1.810.8/0.7插入损耗插入损耗/dB分光比分光比 0.5/0.5 0.3/0.7 0.1/0.91.31或或1.55工作波长工作波长/22型型耦合器耦合器耦合器的性能参数耦合器的性能参数2024/6/17 周一29例 22双锥形光纤耦合器的输入光功率为P0=200 mW,另外三个端口的输出功率分别为P1=90 mW,P2=85 mW,P3=6.3 nW,求耦合比,附加损耗,插入损耗(0口到1口),插入损耗(0口到2口),以及串扰。P0P1P2P32024/6/17 周一30例 22
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