第3章光纤通信器件讲义.ppt

第 3 章 光纤通信器件 3.1 光纤通信无源器件 光连接器、光耦合器 光滤波器、波分复用/解复用器件 光开关、调制器 3.2 光纤通信有源器件—光放大器 EDFA、光纤拉曼放大器 半导体光放大器（SOA） 光放大器应用 3.1.1 连接器 连接器是光纤通信中， 应用最广泛最基本的无源器件； 连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件； 对这种器件的基本要求是使发射光纤输出的光能量最大限度耦合到接收光纤； 连接器“跳线”用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连。 对连接器的要求 连接损耗(插入损耗)小； 回波损耗大； 多次插拨重复性好； 互换性好； 环境温度变化时，性能保持稳定； 并有足够的机械强度； 因此，需要精密的机械和光学设计和加工装配，以保证两个光纤端面和角度达到高精度匹配，并保特适当的间隙。 连接器的基本结构包括接口零件、光纤插针和对中三部分。 光纤插针的端面有平面、球面（PC）或斜面(APC, Angled Physical Contact)。 对中可以采用套管结构、双锥结构、V形槽结构或透镜耦合结构。插针可以是微孔结构、三棒结构或多层结构。 因此, 连接器的结构也是多种多样的。采用套管结构对中和微孔结构插针光纤固定效果最好，又适合大批量生产，得到了广泛的应用，如图3.1.2（b）所示。 图3.1.1 活动连接器结构和特性 各种光纤连接器 裸光纤适配器 光纤转接器 用于同型号的光纤活动连接器插头间的对接，以方便工程应用 接 头 接头是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性(固定)连接。接头用于相邻两根光缆(纤)之间的连接，以形成长距离光缆线路。永久性连接一般在现场实施，这种连接是光缆线路建造中的重要技术。 对接头的要求主要是连接(接头)损耗小，有足够的机械强度，长期的可靠性和稳定性，以及价格便宜等。 3.1.2 光耦 合 器 耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。 耦合器对线路的影响是附加插入损耗，可能还有一定的反射和串音。 选择耦合器的主要依据是实际应用场合。 T形耦合器是一种 3 端耦合器或 2×2 耦合器，它的功能是把一根光纤输入的光功率分配给 2 根光纤。这种耦合器可以用作不同分路比的功率分路器或功率组合器，或局域网终端的光输入或光输出耦合器。 星形耦合器是一种 NN 耦合器，它的功能是把 N 根光纤输入的光功率组合在一起，并均匀分配给 N 根输出光纤。这种耦合器可以用作多端功率分路器或功率组合器。 耦合器基本结构 方向耦合器 方向耦合器是构成光纤分配网络的基础，它是一种22光纤耦合器。图中用箭头表示允许光纤功率通过的方向。 22光纤耦合器是一种与波长无关的方向耦合器，它是通过热熔拉伸把扭合在一起的两根光纤加工成双锥形状做成的耦合波导。 另外，方向耦合器也可以用2个1/4节距的棒透镜（或自聚焦透镜）中间镀上反射膜（或用半反射镜）粘合在一起构成，它也可以用做T形耦合器。 这种透镜的插入损耗为1 dB。 图3.1.3 单纤双向光耦合器 单纤系统需要采用双向收发器分离上行和下行业务，这就需要一种光耦合器，把一根光纤中传输的上行和下行信号分开。 从功能上看，有两种不同类型的耦合器，即与波长无关的耦合器（WIC），如图3.1.3a和b所示； 与波长有关的耦合器（WDC），如图3.1.3c所示。分光（束）器就是一种部分反射器，如图3.1.3b所示，半反射镜可以是部分反射膜（介质膜或金属膜），分光比由膜的厚度和组成成分确定 一种实用22双向耦合器的结构 3.1.3 光滤波器 可调谐光滤波器是一种波长（或频率）选择器件，它的功能是从许多不同频率的输入光信号中，选择出一个特定频率的光信号。 光频滤波根据其基理可分为干涉型、衍射型和吸收型三类，每一类根据其实现的原理又可以分为若干种； 根据其调谐的能力又可分为光频固定滤波器和可调谐滤波器。 图3.1.4 可调谐光滤波器的基本功能 可调谐光滤波器的功能 可调谐光滤波器是一种波长（或频率）选择器件，它的功能是从许多不同频率的输入光信号中选择一个特定频率的光信号。 图3.1.4给出可调谐光滤波器的基本功能，图中fs为输入的最高频率信道和最低频率信道之间的频率差，fch为信道间隔。如果调谐范围覆盖的fL等于光纤整个1.3 m 或1.5 m低损耗窗口，那么调谐范围应为200 nm （25 000 GHz），实际系统的要求往往小于这个数值。T（f ）为滤波器的传输函数。 1. 光的干涉 干涉就是两列波或多列波叠加时因为相位关系有时相互加强，有时相互消弱的一种波的基本现象，这就是波的干涉现象。 光作为一种电磁波也有干涉现象