光纤通信的基本器件ppt课件.ppt

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1、1光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能通信学院工程技术教研室通信学院工程技术教研室2光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 光源、LD和LED LD和LED的发光原理 LD和LED的优缺点及其使用场合PIN、APD的特点和原理光检测器的作用和要求EDFA的组成、应用和工作原理光无源器件的功能、结构和工作原理；3光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会

2、主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能掌捏LD和LED的发光原理掌握LD和LED的优缺点及其使用场合理解光源、LD和LED的含义掌握PIN、APD的特点和原理理解光检测器的作用和要求 掌握EDFA的组成、应用和工作原理 掌握光无源器件的功能、结构和工作原理；4光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.2 光检测器光检测器3.3 光放大器光放大器3.1 光源光源3.4 光无源器件光无源器件5光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国

3、特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能光源光源是光发射机的关键器件，其功能是把电信号转换为光信号。3.1 光源光源一、光源作用、要求一、光源作用、要求 光源的发光波长应符合目前光纤的三个低损耗窗口（即0.85m、1.31m和1.55m）。输出足够大的功率 温度特性良好。光源的谱线宽度要窄。光源具有高度的可靠性 寿命长，体积小、重量轻、工作稳定。1、光源作用2、光器件要求6光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能在光纤通信中用得最多的光源：1）半

4、导体光源：半导体发光二极管和半导体激光二极管。2）非半导体光源：固体激光器和气体激光器等发光二极管用LED：荧光激光二极管用LD：激光 3.1 光源光源二、光源分类二、光源分类7光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能中兴通讯网络通信教育半导体发光机理半导体发光机理 电子以原子核为中心，按不同的电子层排列在原子核周围旋转，这些特定的电子层称为能级能级，对半导体材料，电子的能级重叠在一起形成能带能带。其中能量低的能带称为价带价带E1，能量高的能带称为导带导带E2，E2和E1之间的能量差称为禁

5、带，电子不可能占据禁带禁带。E3E2E1能带导带禁带价带三、半导体发光机理三、半导体发光机理8光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能半导体发光机理半导体发光机理 电子在E2和E1之间的跃迁有三种基本方式:自发辐射、受激吸收、受激辐射。9光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能(a)自发辐射（点击动画）（点击动画）hf12初态初态初态初态E2E1终态终态终态终态E2E1 3.1 3.1

6、 光源光源光源光源10光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能hf12初态初态初态初态E2E1终态终态终态终态E2E1 (b)受激吸收（点击动画）（点击动画）3.1 3.1 光源光源光源光源11光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能hf12初态初态初态初态E2E1终态终态终态终态E2E1(c)受激辐射（点击动画）（点击动画）12光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时

7、代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能半导体发光机理半导体发光机理 设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2（E2E1）的电子数分别为N1和N2.正常的状态下，N1N2，即低能级上的电子数多，这种状态称为热平衡状态（即正常分布状态）。对于N1N2的状态，称作为负温度状态,即粒子数反转分布状态。13光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能中兴通讯网络通信教育半导体发光机理半导体发光机理1）外来光子能量等于跃迁的能级之差hE2E12）受

8、激过程中发射的光子与外来光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向、传播方向度相同，称它们为全同光子。3）过程可以使光得到放大。因为受激过程中发射出来的光子与外来光子是全同光子，相叠加的结果使光增强，使入射光得到放大。受激辐射与受激吸收的特点：受激辐射是半导体激光器发光的基础。粒子数反转分布是物质产生光放大的必要条件。14光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 四、激光器四、激光器1、激光器的作用 激光器是利用受激辐射过程产生光和光放大的一种器件，它发出光具有极好的相干性、单色性、方向性和极高

9、的亮度、易于控制等特点。2、激光器的模型激光器包括以下3个部分：必须有产生激光的工作物质工作物质（激活物质）；必须有能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源激励源（泵浦源）；必须有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔光学谐振腔。3.1 光源光源15光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能中兴通讯网络通信教育工作物质 可以处于粒子数反转分布状态的工作物质。三能级以上系统可以得到粒子数反转分布泵浦源（激励源）使工作物质产生粒子数反转分布的外界激励源 N2N1 ,受激辐射受激吸收，从而有光

10、的放大作用。工作物质已被激活，成为激活物质或称增益物质。光学谐振腔 提供必要的反馈以及进行频率选择M1M2全反射镜部分反射镜激光输出16光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 主要由空穴导电的半导体称为P型半导体。主要由电子导电的半导体称为N型半导体。PN结的能带17光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能在P型和N型半导体组成的PN结界面上，由于存在多数载流子(电子或空穴)的梯度，

11、因而产生扩散运动，形成内部电场。内部电场产生与扩散相反方向的漂移运动，直到P区和N区的Ef 相同，两种运动处于平衡状态为止，结果能带发生倾斜。18光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能增益区的产生：在PN结上施加正向电压，产生与内部电场相反方向的外加电场，结果能带倾斜减小，扩散增强。电子运动方向与电场方向相反，便使N区的电子向P区运动，P区的空穴向N区运动，最后在PN结形成一个特殊的增益区。增益区的导带主要是电子，价带主要是空穴，结果获得粒子数反转分布。在电子和空穴扩散过程中，导带的电子

12、可以跃迁到价带和空穴复合，产生自发辐射光19光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能(a)双异质结构；(b)能带；(c)折射率分布；(d)光功率分布 图2 发光原理3、发光原理（点击动画）（点击动画）3.1 光源光源20光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1）加正偏压：给二极管施加正向偏压后，P层的空穴和N层的电子注入有源层。空穴与电子复合发光。2）电子被限：由于限制层的带隙比有源

13、层宽，P层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子电子形成了势垒，注入到有源层的电子不可能扩散到P层。注入到有源层的空穴空穴也不可能扩散到N层。3）光放大和振荡这样，注入到有源层的电子和空穴被限制在厚0.10.3 m的有源层内形成粒子数反转分布粒子数反转分布，这时只要很小的外加电流，就可以使电子和空穴浓度增大而提高效益。另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有有源区源区内，因而电/光转换效率很高（放大放大），输出激光的阈值电流阈值电流（光功率增益大于光功率衰减）很低，很小的散热体就可以在室温连续工作。产生激光器的两个条件：放大放大阈值条件阈值条件 3.1 光源光源21光纤通信原

14、理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 4、激光器的基本特征1）I-V特性 激光器的阈值电流和输出光功率随温度变化的特性为温度特性。当电压增加到一定程度时才有输出电流，阈值电流随温度的升高而加大。3.1 光源光源22光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2）P-I特性 LD的光功率随着激励电流的变化而变化。当IIth时，发出的是荧光，光谱很宽，如图（a）所示。当IIth后，发射光谱突然变窄，

15、谱线中心强度急剧增加，表明发出激光，如图（b）所示。图4 光谱特性 3.1 光源光源23光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图图5 P-I特性特性（点击动画）（点击动画）3.1 光源光源24光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1、结构 发光二极管的发光原理与激光器相同，所用的材料也相同，所不问的是在结构上激光器有谐振腔，而LED没有谐振腔，且LD发出的是激光，而LED仅产生自发

16、辐射。发光二极管有两类：表面发光二极管和边发光二极管等。1）发光二极管结构（点击动画）（点击动画）五、发光二极管五、发光二极管所用材料与LD相同，主要有GaAlAs和InGaAsPLED无谐振腔。LED从正面出光，也就是出光方向与有源区垂直。半导体发光二极管是利用有源区中半导体材料的自发辐射自发辐射原理工作的。只要给二极管加上正向电压，就会发出荧光(非相干光)，它是无阈值器件。3.1 光源光源25光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2发光二极管的工作原理 发光二极管的发光机理与激光器相

17、同；LED没有谐振腔，只能产生自发辐射，发出的是非相干的荧光，不是激光；由于没有谐振腔，发出的是多频光，光谱宽度较大(3040nm)，发散角也较大，达40120度4.4.3LED特性1.发光二极管具有以下一些持性。由于是自发辐射，所以光谱比较宽，一般在3040nm范围内。由于不是相干光，光的方向性较差，其发散角在40120度之间输出的光强和效率都比较低。LED的光功率对温度的依赖性比LD要小。P-I曲线的线性范围较大，动态范围大，失真小。（点击动画）（点击动画）3.1 光源光源26光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精

18、神,充分发挥中小学图书室育人功能2.光谱特性。发光二极管发射的是自发辐射光，没有谐振腔对波长的选择，谱线较宽，图6 光谱特性 3.1 光源光源27光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.2 光检测器光检测器3.3 光放大器光放大器3.1 光源光源3.4 光无源器件光无源器件28光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1、作用光电检测器的作用：把光信号转换为电信号，光电检测器是利用半

19、导体材料的光电效应实现光电转换。2、要求在系统的工作波长上具有足够高的响应度，即对一定的入射光功率，能够输出尽可能大的光电流；具有足够快的响应速度，能够适用于高速或宽带系统；具有尽可能低的噪声，以降低器件本身对信号的影响；具有良好的线性关系，以保证信号转换过程中的不失真；具有较小的体积、较长的工作寿命等；工作电压尽量低，使用简便。3、分类光电二极管（PIN）雪崩光电二极管（APD）一、概述一、概述 3.2 光检测器光检测器29光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能二、PIN光电二极管图7

20、 光电二极管结构1、结构 3.2 光监测器光监测器30光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2、工作原理（光电二级管工作原理动画）在耗尽层 形成漂移电流。内部电场的作用，电子向N区运动，空穴向P区运动如果光子的能量大于或等于带隙(hf Eg)当入射光作用在PN结时 发生受激吸收PN结界面 内部电场 漂移运动 能带倾斜 电子和空穴的扩散运动N-P 3.2 光监测器光监测器31光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神

21、,充分发挥中小学图书室育人功能雪崩光电二极管应用光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应而获得光生电流的雪崩倍增。2、工作原理（点击动画）（点击动画）APD的雪崩倍增效应，是在二极管的P-N结上加高反向电压，在结区形成一个强电场；在高场区内光生载流子被强电场加速，获得高的动能，与晶格的原子发生碰撞，使价带的电子得到了能量；越过禁带到导带，产生了新的电子空穴对；新产生的电子空穴对在强电场中又被加速，再次碰撞，又激发出新的电子空穴对如此循环下去，形成雪崩效应，使光电流在管子内部获得了倍增。APD就是利用雪崩效应使光电流得到倍增的高灵敏度高灵敏度的检测器。三、雪崩光电二极管1、特点 3.2 光

22、监测器光监测器32光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3、光电检测过程 用雪崩光电二极管(APD)将光信号转换为电信号的过程如图所示。光信号包括信号光和背景光；电信号输出包含信号、背景、咕电流和非倍增的暗电流;对三种电流即信号、背景和暗电流产生雪崩增益；系统的输出包含信号和噪声。图8 光电监测框图 3.2 光监测器光监测器33光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.2 光检测器

23、光检测器3.3 光放大器光放大器3.1 光源光源3.4 光无源器件光无源器件34光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能光放大器的出现和发展克服了高速长距离传输光放大器的出现和发展克服了高速长距离传输的最大障碍的最大障碍光功率受限，这是光通信史上光功率受限，这是光通信史上的重要里程碑。的重要里程碑。光放大器是一种不需要经过光光放大器是一种不需要经过光/电电/光变换而直光变换而直接对光信号进行放大的有源器件接对光信号进行放大的有源器件光放大技术光放大技术3435光纤通信原理与设备光纤通信原理

24、与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能光放大技术放大器分类光放大技术放大器分类3536光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能光放大技术掺铒光纤放大器光放大技术掺铒光纤放大器EDFAEDFA主要是由掺铒光纤、泵浦源、耦合器和光隔离器组成主要是由掺铒光纤、泵浦源、耦合器和光隔离器组成 耦合器光隔离器光隔离器掺铒光纤泵浦激光器输入信号输出信号 是为了保证泵浦光与EDFA中合波器的反射光不向外洩漏，光隔离器的特点是只允

25、许正方向的光进入。信号光和与泵浦光同时沿掺铒光纤传 输，泵浦光的能量被光纤中的铒离子吸收而跃迁到更 高的能级，并可以通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。信号光沿掺铒光纤长度不断放大，泵浦光 沿掺铒光纤长度不断衰减把铒离子从E1能级“泵”到E3能级，使其形成粒子数反转分布状态，为受激幅射创造条件。把泵浦光与信号光合并在一起输入到掺铒光纤中3637光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能光放大技术光放大技术 EDFA的工作原理的工作原理980nm 泵浦快速非辐射跃迁N1N3N21530 1

26、560nm信号受激辐射跃迁和自发辐射跃迁15301560nm信号受激吸收1480nm 泵浦3738光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能DWDM系统中使用的系统中使用的EDFA必须具有必须具有:足够的带宽 平坦的增益 低噪声系数 高输出功率光放大技术重要性能指标光放大技术重要性能指标 特别是增益平坦度，这是特别是增益平坦度，这是DWDM系统对系统对EDFA的特殊要求！的特殊要求！3839光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全

27、国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 在光放大器研制成功之前，主要采用光电混合中继器（或称再生器）放大光信号。首先将光纤中送来的光信号转换为电信号，然后对电信号进行放大，最后再将放大了的电信号转换为光信号送到光纤中去，如图9所示。图9 传统的中继器原理框图 一、光电光放大器 3.3 光放大器光放大器40光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图10 全光放大器原理框图二、全光放大器1、半导体激光放大器 常用的有法布里泊罗半导体激光放大器（FPA）和行波放大器。此类放大器的工作原理与

28、激光器相同，都利用能级间跃迁产生的受激辐射工作。二者区别在于没有谐振腔。2、非线性光学放大器 利用光纤中的非线性现象进行光信号放大，即利用受激拉曼散射和受激布里渊散射。放大的过程，就是能量从泵浦源向信号光转移的过程。3、掺稀土金属光纤放大器 光纤中掺入适量稀土金属杂质，利用稀土金属原子特有的能级结构实现光信号放大。常用的掺铒光纤放大器（EDFA）是掺稀土金属的光纤放大器。3.3 光放大器光放大器41光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能三、EDFA图11 EDFA放大器的组成（点击动画）

29、（点击动画）1、EDFA组成1）同向泵浦是一种信号光与泵浦光以同一方向从掺铒光纤的输入端注入的结构，也称为前向泵浦。2）反向泵浦是一种信号光与泵浦光从两个不同方向注入掺铒光纤的结构，也称为后向泵浦。3）双向泵浦是同向泵浦与反向泵浦结合的方式，如下图。2、EDFA结构 3.3 光放大器光放大器42光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图12 EDFA的三种结构 3.3 光放大器光放大器43光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全

30、国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 图13 铒的能级图(点击动画点击动画)3、工作原理铒的能级图如图13所示,其发光原理可用三能级系统来解释，基态为4I15/2，激发态为4I13/2，I11/2。在泵浦光的激励下，4I11/2能级上的粒子数不断增加，又由于其上的粒子不稳定，很快跃迁到亚稳态4I13/2能级，从而实现了粒子数反转 3.3 光放大器光放大器44光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能图14 光纤放大器用作中继放大4、工作原理光放大器可应用于干线通信。主要应用形式有三种

31、：中继放大器、前置放大器和后置放大器。图14所示是光放大器应用于中继放大器的系统。3.3 3.3 光放大器光放大器光放大器光放大器45光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.2 光检测器光检测器3.3 光放大器光放大器3.1 光源光源3.4 光无源器件光无源器件46光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 在光纤通信系统中，除了有源器件、光纤光缆之外，还有无源器件。无源器件有 光纤

32、活动连接器 光衰减器 光无源耦合器 光波分复用器 光隔离器 光开关等3.4 光无源器件光无源器件47光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能一、光纤活动连接器一、光纤活动连接器 光纤连接器光纤连接器，俗称活接头俗称活接头，ITU-T建议将其定义为“用以稳定地，但并不是永久地连接两根或多根光纤的无源组件无源组件”。3.4 光无源器件光无源器件1.1 功能 光纤连接器主要用于实现系统中光纤（缆）与光纤（缆）、光纤（缆）与有源器件、光纤（缆）与无源器件、光纤（缆）与系统和仪表的非永久性固定连接等

33、。1.2 结构 光纤活动连接器有以下几种结构：套管结构，双锥结构、V型槽结构、球面定心结构和透镜耦合结构48光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能49光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能工作原理是：对光纤纤芯外圆柱面的同轴度、插针的外圆柱面和端面、套管的内孔进行精密加工，使两根光纤在套管中对接，从而确保两个光纤很好地在套管内对准，以实现两根光纤在套管内的活动连接。如图1所示。图1

34、5 光连接器套管结构示意图1.3工作原理及结构示意图3.4 光无源器件光无源器件50光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1.4 常见端面接触形式 FC型。其接头的对接方式为平面对接。优点是加工简单、成本低。缺点是存在菲聂尔反射。PC型。是FC型的改进型。其对接面由平面变为拱型凸面。是我国最通用的规格。减少了菲聂尔反射，反射损耗系数可达48dB。APC型。光纤端面是球面，端面法线与轴线成一定角度，使光难以返回光源，反射损耗系数达55dB。图16 光纤连接器的端面连接方式3.4 光无源器件

35、光无源器件51光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.4 光无源器件光无源器件二、二、光衰减器光衰减器1、光衰减器的作用 光衰减器的作用：对光能量进行预期的衰减，使光能量减少。对光能量进行预期的衰减，使光能量减少。光衰减器使用于光通信系统的指标测量、短距离通信系统的信号衰减以及系统试验等。2、光衰减器的分类 按光信号的传输方式分：单模光衰减器和多模光衰减器；按光信号的接口方式分：尾纤式光衰减器和连接端口式光衰减器；按照光信号的衰减方式分：固定光衰减器和可变光衰减器。52光纤通信原理与设

36、备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能53光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.4 光无源器件光无源器件 固定光衰减器产生衰减的机理是吸收一部分光，从而产生衰减作用。也就是在光线轴线上设置一种叫衰减膜的介质，它是一种半透明的掺杂化合物，在工作波长范围内，它有一个吸收带，光在吸收带内被吸收，产生衰减。3、固定光衰减器的工作原理图17 无准直远镜光衰减器54光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深

37、入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.4 光无源器件光无源器件 可变光衰减器有步进式可变光衰减器和连续可变光衰减器两种。图4是步进式可变光衰减器的一种结构。它由准直器和两个衰减圆盘组成。准直器用来产生平行的出射光，衰减圆盘用来产生衰减。两个衰减圆盘插在从准直器出射的平行光路之中。每个衰减圆盘分别装有6个衰减片，衰减片的衰减是0dB、5dB、l0dB、15dB、20 dB、25dB。将两个衰减圆盘的衰减片进行组合，可以产生5dB、10dB、15dB、20dB、25dB、30dB、35dB、40dB、45dB、50dB等十挡衰

38、减。2.4 可变光衰减器的工作原理图18 步进式可变光衰减器结构55光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.4 光无源器件光无源器件三、三、光隔离器光隔离器 2、作用：防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生的不良影响2、光衰减器的分类 按光信号的传输方式分：单模光衰减器和多模光衰减器；按光信号的接口方式分：尾纤式光衰减器和连接端口式光衰减器；按照光信号的衰减方式分：固定光衰减器和可变光衰减器。1、定义：只允许单向光通过的无源光器件56光纤通信原理与设备光纤通信原理

39、与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能57光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.4 光无源器件光无源器件四、光波分复用器四、光波分复用器四、光波分复用器四、光波分复用器 多波长波分复用器一般指4波长以上器件，对于密集型（DWDM）器件，有4波长、8波长、16波长等几种。研制产品的波长是1550nm和1310nm。考虑到掺铒光纤放大器的需要，又考虑到波长在550nm区域具有更小的损耗，所以一般研制产品的波长为

40、1550nm。对于1310nm区域，如果光纤放大器能商品化，在此区域内使用DWDM技术，对已建光纤系统的升级有很大的吸引力。多波长波分复用器有介质模型、光栅型、波导阵列光栅型、光纤光栅等。58光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能波分复用器件包括合波器和分波器，又叫光复用器波分复用器件包括合波器和分波器，又叫光复用器和光解复用器和光解复用器复用器复用器fiber解复用器解复用器OM/OD技术波分复用器件技术波分复用器件5859光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国

41、特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能OM/OD技术技术OM/OD器件器件合波器合波器（OM）分波器分波器（OD)把来自光纤的光波分解成具有原标称波长的光通路信号，分别输入到相应的光通路接收机中，即对光波起解复用作用。把具有标称波长的各复用通路光信号合成为一束光波，送到光纤中进行传输，对光波起复用作用。5960光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 光栅型光栅型光波分复用器光波分复用器 介质薄膜滤波器型（介质薄膜滤波器型（DTF)耦合器型（熔

42、锥型）耦合器型（熔锥型）阵列波导光栅型阵列波导光栅型(AWG)OM/OD技术技术OM/OD器件类型器件类型6061光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能OM/OD器件类型器件类型 1光栅型滤波光栅型滤波器器6162光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能OM/OD器件类型器件类型 1光栅型光栅型复用复用器器原理原理属于角色散型器件，当光到光栅上后，由于光栅的角色散作属于角色散型器件，

43、当光到光栅上后，由于光栅的角色散作用，使不同的光信号以不同的角度出射，然后经过透镜会聚用，使不同的光信号以不同的角度出射，然后经过透镜会聚 到不同的输出光纤，从而完成波长选择和分离的作用，反之到不同的输出光纤，从而完成波长选择和分离的作用，反之就可以实现波长的合并。就可以实现波长的合并。优点优点 波长选择特性优良，可以使波长间隔小到波长选择特性优良，可以使波长间隔小到0.5nm0.5nm左右左右 并联工作，插入损耗不会随复用信道的数目增加而增加并联工作，插入损耗不会随复用信道的数目增加而增加缺点缺点 温度稳定性不好温度稳定性不好6263光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代

44、中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能合波光（合波光（1,2.n）1 2 3 n n-1OM/OD器件类型器件类型 2介质薄膜滤介质薄膜滤波器复用器波器复用器6364光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能OM/OD器件类型器件类型 2介质薄膜滤介质薄膜滤波器复用器波器复用器原理原理利用几十层不同的介质薄膜组合起来，组成具有特定波长选择特性的干涉滤利用几十层不同的介质薄膜组合起来，组成具有特定波长选择特性的干涉滤波器，就可以实现将不同的波长

45、分离或合并波器，就可以实现将不同的波长分离或合并优点优点 可以实现结构稳定的小型化器件可以实现结构稳定的小型化器件 信号通带比较平坦信号通带比较平坦 插入损耗较低插入损耗较低 温度特性很好温度特性很好 缺点缺点 加工复杂，但目前的工艺已经比较成熟加工复杂，但目前的工艺已经比较成熟 通路数不能太多。通路数不能太多。6465光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 1 2 3 4。3 3 4 4 OM/OD器件类型器件类型 3耦合器型复耦合器型复用器用器6566光纤通信原理与设备光纤通信原理与

46、设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能OM/OD器件类型器件类型 3耦合器型复耦合器型复用器用器原理原理通过将多根光纤熔融在一起，使多个输入波长可以耦合在通过将多根光纤熔融在一起，使多个输入波长可以耦合在一起，达到波长合并的目的，但不能用来将不同波长进行一起，达到波长合并的目的，但不能用来将不同波长进行分离。分离。优点优点 温度特性很好温度特性很好 光通道带宽较好光通道带宽较好 制造简单，易于批量生产制造简单，易于批量生产缺点缺点尺寸较大，信道隔离度差，复用的波长数少尺寸较大，信道隔离度差，复用的波长数少6667光纤通

47、信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能OM/OD器件类型器件类型 4阵列波导波阵列波导波分复用器（分复用器（AWG）6768光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能OM/OD器件类型器件类型 4阵列波导波阵列波导波分复用器（分复用器（AWG）原理原理是以光集成技术为基础的平面波导型器件。是以光集成技术为基础的平面波导型器件。优点优点并联工作，可以复用的通道数多并联工作，可以复用的通道数多尺

48、寸小尺寸小易于批量生产易于批量生产缺点缺点需要温度补偿需要温度补偿6869光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能n 在光纤通信中用得最多的光源是LED和LD。LD发出的是激光，LED发出的是荧光。激光器是一种新型光源，具有发射方向集中、亮度高、相干性优越和单色性好等特点。n 产生激光有两个条件：一是光的放大作用，它要求电子数反转分布，同时具有正反馈的谐振腔；二是要满足阈值条件，即光功率增益大于光功率衰减。n 发光二极管有两类：表面发光二极管和边发光二极管等。n 检测器:PIN光电二极管、

49、雪崩光电二极管(APD)。n EDFA光纤放大器由泵浦光源、光耦合器、光隔离器、掺饵光纤、带通滤波器等组成n 光纤活动连接器、光衰减器和光波分复用器的功能、结构和工作原理70光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1 1、简述半导体激光器的构成及各部分功能。、简述半导体激光器的构成及各部分功能。2 2、如何实现粒子反转分布？、如何实现粒子反转分布？3 3、简述雪崩光电二极管的结构及工作原理。、简述雪崩光电二极管的结构及工作原理。4 4、什么是自发辐射、受激辐射和受激吸收，各有何特点。、什么是自发辐射、受激辐射和受激吸收，各有何特点。71光纤通信原理与设备光纤通信原理与设备为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能