光纤通信》 第3讲无源光器件1

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1、第三讲无源光器件主要内容一、光纤的连接与光纤连接器☆二、光纤分路器及耦合器三、光合波器、光分波器四、光隔离器☆五、光开关六、光可变衰减器七、光纤光栅八、光锁相环与非线性光环镜NLOM9/3/20212概述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，如连接器、衰减器、隔离器、滤波器、分路器、复用器、光开关和调制器等。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、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的无源光器件的原理及性能。9/3/20213一

2、、光纤的连接与光纤连接器光纤连接器fiberopticconnector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。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对准、贴紧，并能多次使用。光纤连接器在工艺上应满足的条件：1）连接损耗要小于0.5dB；2）装、拆方便，重复性好；3）体积小，成本低等。光纤连接器轴心偏离、有夹角会引起大的损耗。9/3/20214光纤与光纤的连接有两种形式，一种是永久性连接，另一种是活动连接。永久性连接具有粘接法和熔接法之分，目前多采用熔接法。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

3、耦合管。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。9/3/20215光纤很细，单模光纤的纤芯直径要在10um以下，因此熔接必须使用机器才行。良好的接续是指在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，此现象又称菲涅耳（Fresnel）反射。9/3/20216接续点上的不连续现象9/3/20217由于折射率不同引起

4、的反射可用菲涅耳公式计算。设玻璃的折射率为n1时，光功率的反射系数可用下式求出：r=[(n1-n2)/(n1+n2)]2例如:当n1＝1.45，n2＝1，r＝3.4%时，即有14.7dB的反射损耗。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模场直径（MFD：ModeFieldDiameter）一致。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0.1dB以下。9/3/20218使用连接器进行光纤接续，由于菲涅耳反射

5、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出去。为此把连接器的管芯端面按8°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。为此使管芯端面间处于紧贴而不留一丝隙缝。通常把这种连接器叫做PC(PhysicalContact)型连接器。实际使用的PC型连接器如图所示，把套管端面研磨成球面。PC接续的反射很小，它的反射损耗可达25dB以上。如果经过精密加工研磨，就可将反射损耗指标提高到40dB以上。9/3/20219光纤连接器又分为多模连接器和单模连接器。多模连接器用于

6、多模光纤系统，它有U型环路连接器、插座式连接器、现场装配连接器（FA）以及C型连接器等，它们的损耗在0.4-0.5dB以下。单模光纤连接器有PC型（直接接触型）、FC型（平面对接型）、SC型（矩形）、ST型等几种。9/3/202110FC型(平面对接型)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，可以方便地进行光路的调整或线路的测试。连接器具有很高的精度。9/3/202111SF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，其价格便宜，可以和FC型连接器进行互换。MF型连接器用于隧（通

7、）道里敷设光缆的缆间接续中，可以对带状5芯光纤进行一次性连接，由于体积小，可以装在标准接头盒内，实现光纤的高密度接续，其结构如图所示。9/3/202112二、光纤分路器及耦合器图表示了波导型分支器的结构。它是一种Y型分支，一根芯线一端输入的光可用它加以等分。当分支器分支路的开角增大时,向包层中泄露的光将增多以致增加了过剩损耗。开角一般在1°～2°左右，因此分支器的长度不可能太短。9/3/202113光纤耦合器fiberopticcoupler将不同方向的光信号耦合送入一根光纤中传输，或者相反。结构：棱镜耦合式光纤耦合式Port1Port4Port3Por

8、t29/3/2021142x2定向耦合器及lxN、NxN星形耦合器大多数采用熔融