2014光纤通信幻灯片—常用光无源器件

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1、光纤通信第四章—常用光无源器件张文彬哈尔滨工业大学通信技术研究所哈尔滨工业大学第四章常用光无源器件的目录§4.1光纤连接器§4.2光纤耦合器§4.3波分复用/解复用器§4.4光开关§4.5光隔离器及光环形器2014-7-142概述光纤通信中所用的光器件可分成光有源器件和光无源器件两大类。二者的区别在于器件在实现本身功能的过程中，其内部是否发生光电能量转换。若出现光电能量转换，则称其为有源光器件；若未出现光电能量转换，即便也需要一些电信号的介入，均称为光无源器件。光无源器件有多种分类方法，目前最常用的是按功能分类。按照器件在光纤传输路上所发挥的功能可分为光隔离器、光纤连

2、接器、光合/分路器光耦合器、光开关、光衰减器以及光极化控制器、光环形器、滤波器等。本章主要介绍目前常用的光无源器件的结构、工作原理及特性参数。2014-7-143§4.1光纤连接器光纤连接器可分为：固定连接器、活动连接器、多模光纤连接器、单模光纤连接器等。光纤连接器的结构与种类固定连接器又称为固定接头或接线子，是使一对或几对光纤之间形成永久性的连接，不一定要求重复使用，但要求损耗低，后向反射光小，操作简便，性能稳定。制作固定接头的方法有熔接法、V形槽法、毛细管法、套管法等，这些方法各有优缺点，都能制作出满足工程需要的固定接头。我国光纤干线中，熔接法用得最多。2014

3、-7-144§4.1光纤连接器活动连接器定义：光纤(缆)活动连接器是实现光纤(缆)之间活动连接的光无源器件，它还具有将光纤(缆)与其他无源器件、光纤(缆)与系统和仪表进行活动连接的功能。是光纤应用领域中不可缺少的、应用最广光无源器件之一。(1)套管结构这种结构设计合理，加工技术能够达到要求的精度，因而得到广泛应用。FC、SC、D4等型号的连接器均采用这种结构。2014-7-145§4.1光纤连接器(2)双锥结构利用锥面定位，此结构由AT&T创立和采用。(3)V形槽结构将两个插针放入V形槽基座中，再用盖板将插针压紧，利用对准原理使纤芯对准，精度较高，但结构复杂，零件数量

4、多。2014-7-146§4.1光纤连接器(4)球面定心结构两根插针插入基座，球面与锥面接合将纤芯对准，并保证纤芯之间的间距控制在要求的范围内，设计巧妙，但零件形状复杂，实现难度大。(5)透镜耦合结构又称远场耦合，结构分球透耦合结构和自聚焦透镜耦合结构两种，降低了加工的精度要求，容易实现。但结构复杂、体积大、元件多、损耗大。2014-7-147§4.1光纤连接器光纤连接器特性参数评价一个光纤连接器的主要性能指标有4个，即插入损耗、回波损耗、重复性和互换性。插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数，表达式为：式中：为连接器插

5、入损耗；为输入端的光功率；为输出端光功率。对于多模光纤连接器来讲，注入的光功率应当经过稳模器，滤去高次模，使光纤中的模式为稳态分布，这样才能准确地衡量连接器的插入损耗。2014-7-148§4.1光纤连接器插入损耗的补充：造成损耗的原因(1)横向错位对于多模阶跃折射率光纤来说，假定纤心横截面内光功率均匀分布，纤心的横向对准差错损耗仅由发射光纤和接收光纤纤心的不重叠部分决定，如下图所示：耦合效率是重叠面积(阴影部分)与纤心面积的比值，可以计算出耦合效率为：式中，反余弦函数的单位是弧度。相应的以分贝为单位计算的损耗为：2014-7-149§4.1光纤连接器(1)横向错位S

6、I(阶跃型)单模光纤和抛物线折射率单模光纤的连接损耗为：式中，是光斑尺寸，计算公式为：例题：对于多模阶跃折射率光纤来说，假设纤心直径均为50微米，要求耦合损耗小于1dB，试问允许的轴向位移是多少？并重复计算耦合损耗为0.5dB和0.1dB的情况。例题：某一单模玻璃光纤，，，相对横向偏移值从0到5um，工作波长为1.3um和1.55um，绘出损耗与偏移之间的曲线。，1.2

7、为：对于单模光纤来说，耦合损耗为：式中，单位是弧度，是高斯光斑尺寸，是包层材料的折射率。例题：某SI光纤(阶跃型光纤)，，，归一化频率为2.4。计算该光纤的纤心半径、数值孔径和0.8um波长处的光斑尺寸(单模光纤)。角度错位结论：数值孔径越大，角度错位对耦合效率、损耗的影响越小；数值孔径越大，耦合损耗随错位角度的增加越慢。2014-7-1411§4.1光纤连接器(3)端面分离a)多模阶跃光纤的端面间隙产生的损耗在光纤纤心截面内功率均匀分布的前提下，由小的端面间隙导致的损耗为：，式中，是匹配液的折射率，在没有匹配液的情况下，。b)单模光纤的端面间隙产生