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1、光纤通信与数字传输光纤通信与数字传输南京邮电大学南京邮电大学通信与信息工程学院通信与信息工程学院2第五章第五章 光路无源器件光路无源器件5.1 5.1 光纤连接器光纤连接器5.2 5.2 光纤耦合器光纤耦合器5.3 5.3 光衰减器光衰减器5.4 5.4 光隔离器与光环行器光隔离器与光环行器5.5 5.5 光调制器和光开关光调制器和光开关35.1 5.1 光纤连接器光纤连接器 光光纤纤连连接接器器是是使使一一根根光光纤纤与与另另一一根根光光纤纤之之间间可可活活动动连连接接的的器器件件。光光纤纤连连接接器器主主要要用用于于光光发发送送机机光光源源器器件件尾尾纤纤输输出出或或光光接接收收机机光光电
2、电检检测测器器尾尾纤纤输输入入等等系系统统侧侧与与线线路路传传输输侧侧光光纤纤之之间间的的连连接接，与与之之对对应应的的光光纤纤线线路路中中的的光光纤纤之之间间的的接接头是一个永久性（固定）连接。头是一个永久性（固定）连接。连连接接器器是是光光纤纤通通信信系系统统中中应应用用最最广广泛泛的的一一种种无无源源器器件件。光光纤纤连连接接器器的的使使用用必必定定会会引引入入一一定定的的插插入入损损耗耗而而影影响响传传输输性性能能。对对光光纤纤连连接接器器的的一一般般要要求求是是插插入入损损耗耗小小、重重复复插插拔拔的寿命长、互换性好、拆卸方便等。的寿命长、互换性好、拆卸方便等。45.1.1 5.1.
3、1 光纤连接损耗及影响因素光纤连接损耗及影响因素 光光纤纤连连接接时时引引起起的的损损耗耗与与多多种种因因素素有有关关，诸诸如如光光纤纤的的结结构构参参数数（如如纤纤芯芯直直径径、数数值值孔孔径径等等）、光光纤纤的的相相对对位位置置（如如横横向向位位移移、纵纵向向间间隙隙等等）以以及端面状态（如形状、平行度等），如图及端面状态（如形状、平行度等），如图5-15-1所示。所示。5图图5-1 5-1 产生光纤连接损耗因素产生光纤连接损耗因素65.1.2 5.1.2 光纤连接器的结构光纤连接器的结构 光纤活动连接器的种类很多：光纤活动连接器的种类很多：p按结构可以分为调心型和非调心型；按结构可以分为
4、调心型和非调心型；p按连接方式可以分为对接耦合式和透镜耦合式；按连接方式可以分为对接耦合式和透镜耦合式；p按按光光纤纤相相互互接接触触关关系系可可以以分分为为平平面面接接触触式式和和球球面接触式，等等。面接触式，等等。其其中中使使用用最最多多的的是是非非调调心心型型对对接接耦耦合合式式光光纤纤活活动动连接器。连接器。7插针套筒式光纤连接器插针套筒式光纤连接器目目前前主主要要采采用用的的光光纤纤连连接接器器多多采采用用插插针针套套筒筒结结构构，如如图图5-2a5-2a所所示示。连连接接器器主主要要由由带带有有微微孔孔（125m125m）的的插插针针体体a a、插插针针体体b b与与用用于于对对中
5、中的的套套筒筒等等几几部部分分构构成成。需需要要连连接接的的光光纤纤去去除除涂涂覆覆层层后后插插入入插插针针中中心心微微孔孔，并并用用环环氧氧树树脂脂类类粘粘结结剂剂固固定定。将将插插针针体体a a、b b同同时时插插入入套套筒筒中中，就可完成光纤的对接耦合。就可完成光纤的对接耦合。插针套筒结构材料插针套筒结构材料套套筒筒和和插插针针材材料料通通常常采采用用坚坚硬硬耐耐久久的的金金属属材材料料如如不不锈锈钢钢等等，但但现现在在多多使使用用性性能能更更加加稳稳定定的的氧氧化锆（一种热膨胀系数与光纤相近的陶瓷材料）。化锆（一种热膨胀系数与光纤相近的陶瓷材料）。89光纤连接器的分类光纤连接器的分类o
6、 平面对接（平面对接（FCFC）型光纤活动连接器）型光纤活动连接器o 矩形（矩形（SCSC）型光纤活动连接器）型光纤活动连接器o 多芯光纤活动连接器多芯光纤活动连接器10图图5-2 FC5-2 FC型光纤活动连接器示意型光纤活动连接器示意11图图5-3 SC5-3 SC型光纤活动连接器型光纤活动连接器12光纤带光纤带光纤带光纤带插座插座插头插头导针导针光纤光纤光纤光纤图图5-4 5-4 阵列式连接器阵列式连接器13光纤连接器实物光纤连接器实物光纤连接器-零件认识LC型防尘盖金属箍 弹簧插头片内架 外罩 插头 软管护套15插针形式插针形式为为了了进进一一步步减减小小插插入入损损耗耗和和反反射射损
7、损耗耗，活活动动连连接接器器的的插插针针也也有有不不同同的的形形式式。常常用用的的插插针针体体有有PCPC（物物理理接接触触）、SPCSPC（球球面面物物理理接接触触）、APCAPC（角角度度物物理理接接触触）等等。PCPC插插针针体体端端面面之之间间直直接接接接触触，使使得得光光纤纤端端面面间间微微小小空空气气间间隙隙引引起起的的损损耗耗大大为为减减少少。SPCSPC型型将将插插针针端端面面研研磨磨成成球球面面，利利用用自自聚聚焦焦特特性性获获得得较较小小的的插插入入损损耗耗。APCAPC型型将将插插针针制制成成88倾角，这样可以大大提高回波损耗。倾角，这样可以大大提高回波损耗。16第五章第
8、五章 光路无源器件光路无源器件5.1 5.1 光纤连接器光纤连接器5.2 5.2 光纤耦合器光纤耦合器5.3 5.3 光衰减器光衰减器5.4 5.4 光隔离器与光环行器光隔离器与光环行器5.5 5.5 光调制器和光开关光调制器和光开关175.2 5.2 光纤耦合器光纤耦合器 光光纤纤耦耦合合器器的的功功能能是是实实现现光光信信号号的的分分路路/合合路路，就就是是把把一一个个输输入入的的光光信信号号分分配配给给多多个个输输出出或或者者把把多多个个输输入入的的光光信信号号组组合合成成一一个个输输出出。一一般般是是对对同同一波长的光功率进行分路或合路。一波长的光功率进行分路或合路。光光纤纤耦耦合合器
9、器的的使使用用将将会会对对光光纤纤线线路路带带来来一一定定的附加插入损耗以及一定的串扰和反射。的附加插入损耗以及一定的串扰和反射。几种典型光纤耦合器的结构示意图几种典型光纤耦合器的结构示意图18基于基于2222耦合器级联的耦合器级联的NNNN耦合器耦合器19集成光波导耦合器集成光波导耦合器2021第五章第五章 光路无源器件光路无源器件5.1 5.1 光纤连接器光纤连接器5.2 5.2 光纤耦合器光纤耦合器5.3 5.3 光衰减器光衰减器5.4 5.4 光隔离器与光环行器光隔离器与光环行器5.5 5.5 光调制器和光开关光调制器和光开关225.3 5.3 光衰减器光衰减器 光光衰衰减减器器是是一
10、一种种用用来来降降低低光光功功率率的的有有源源器器件件，它它可可分分为为可可变变光光衰衰减减器器和和固固定定光光衰衰减减器器两两种种。可可变变光光衰衰减减器器主主要要用用于于调调节节光光线线路路电电平平，在在测测量量光光接接收收机机灵灵敏敏度度时时，需需要要用用可可变变光光衰衰减减器器进进行行连连续续调调节节来来观观察察接接收收机机的的误误码码率率。在在校校正正光光功功率率计计时时也也需需要要光光可可变变衰衰减减器器。固固定定光光衰衰减减器器主主要要用用于于调调整整光光纤纤通通信信线线路路电电平平，若若光光纤纤通通信信线线路路的的电电平平太太高，就需要串入固定光衰减器。高，就需要串入固定光衰减
11、器。23242526图图5-11 5-11 光可变衰减器光可变衰减器光输入光输入光输出光输出尾纤尾纤尾纤尾纤圆盘式衰减片圆盘式衰减片圆盘式衰减片圆盘式衰减片棱镜棱镜活动接头活动接头活动接头活动接头27三种三种MEMS VOAMEMS VOA结构结构28第五章第五章 光路无源器件光路无源器件5.1 5.1 光纤连接器光纤连接器5.2 5.2 光纤耦合器光纤耦合器5.3 5.3 光衰减器光衰减器5.4 5.4 光隔离器与光环行器光隔离器与光环行器5.5 5.5 光调制器和光开关光调制器和光开关295.4 5.4 光隔离器和光环行器光隔离器和光环行器 光光隔隔离离器器是是一一种种只只允允许许光光波波
12、往往一一个个方方向向传传播播，阻阻止止光光波波往往其其他他方方向向特特别别是是反反方方向向传传输输的的一一种种无无源源器器件件，主主要要用用在在激激光光器器或或光光放放大大器器的的后后面面，以以避免反射光返回导致器件性能变坏。避免反射光返回导致器件性能变坏。环环行行器器除除了了有有多多端端口口以以外外，其其工工作作原原理理与与隔隔离器相似，光环行器主要用在光分插复用器中。离器相似，光环行器主要用在光分插复用器中。3045o45o入射光入射光出射光出射光光轴光轴光轴光轴起偏器起偏器检偏器检偏器法拉第法拉第旋光器旋光器图图5-12 5-12 光隔离器（光隔离器（1/21/2）3145o45o反射光
13、反射光光轴光轴光轴光轴起偏器起偏器检偏器检偏器法拉第法拉第旋光器旋光器图图5-12 5-12 光隔离器（光隔离器（2/22/2）32图图5-15 5-15 光环行器示意图光环行器示意图33第五章第五章 光路无源器件光路无源器件5.1 5.1 光纤连接器光纤连接器5.2 5.2 光纤耦合器光纤耦合器5.3 5.3 光衰减器光衰减器5.4 5.4 光隔离器与光环行器光隔离器与光环行器5.5 5.5 光调制器和光开关光调制器和光开关345.5 5.5 光调制器和光开关光调制器和光开关5.5.1 5.5.1 光调制器光调制器 在在光光纤纤通通信信系系统统中中，对对光光源源的的调调制制可可采采用用内内调
14、调制制和和外外调调制制技技术术。目目前前在在光光纤纤通通信信系系统统中中广广泛泛应应用用的的直直接接强强度度调调制制技技术术是是一一种种内内调调制制技技术术。但但这这种种调调制制方方式式受受到到了了LDLD极极限限调制速率的限制。调制速率的限制。在在相相干干光光通通信信中中采采用用外外调调制制方方式式，把把激激光光的的产产生生和和调调制制分分开开，需需要要用用专专门门的的调调制制器器。在在调调制制器器上上加加上上外外电电压压使使调调制制器器的的某某些些物物理理特特性性发发生生变变化化，当当光光源源产产生生的的恒恒定定光光信信号号射射入入调调制制器器时时，其其输输出出端端可可得得到到已已调调制制
15、的的光光信信号号。可可以以利用电光效应、磁光效应、声光效应等来制成调制器。利用电光效应、磁光效应、声光效应等来制成调制器。355.5.2 5.5.2 光开关光开关 光光开开关关是是光光纤纤通通信信系系统统和和光光纤纤测测试试技技术术中中不不可可缺缺少少的的无无源源器器件件，光光开开关关的的主主要要功功能能是是切切换换光光路。路。光光开开关关主主要要有有机机械械式式光光开开关关和和非非机机械械式式光光开开关两种。关两种。36OXCOXC基本结构基本结构37二维二维MEMSMEMS光交叉连接结构示意图光交叉连接结构示意图3839404143本章小结和知识点本章小结和知识点o 光纤连接器光纤连接器o 光纤耦合器光纤耦合器o 光衰减器光衰减器o 光隔离器与光环行器光隔离器与光环行器o 光调制器和光开关光调制器和光开关