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第 8 章 光通信无源器件技术

第 8 章 光通信无源器件技术. 朱京平 西安交通大学. 第 8 章 光通信无源器件技术. 8.1 光纤连接器 8.2 光衰减器 8.3 光耦合器 8.4 光波分复用器 8.5 光隔离器 8.6 光开关. 光纤通信、光纤传感及其他光纤应用领域不可缺少的光器件, 工作原理:遵守光线理论和电磁波理论, 各项技术指标、计算公式、测试方法等与纤维光学、集成光学息息相关。. 8.1 光纤连接器. 以低损耗的方法把光纤或光缆相互连接起来的器件 方法 采用某种机械或光学结构使两根光纤的纤芯对准 性能 实现光路接续,保证光纤网络 90% 以上光通过。 分类:

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第 8 章 光通信无源器件技术

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  1. 第8章 光通信无源器件技术 朱京平 西安交通大学

  2. 第8章 光通信无源器件技术 • 8.1光纤连接器 • 8.2光衰减器 • 8.3光耦合器 • 8.4光波分复用器 • 8.5光隔离器 • 8.6 光开关 • 光纤通信、光纤传感及其他光纤应用领域不可缺少的光器件, • 工作原理:遵守光线理论和电磁波理论, • 各项技术指标、计算公式、测试方法等与纤维光学、集成光学息息相关。

  3. 8.1光纤连接器 • 以低损耗的方法把光纤或光缆相互连接起来的器件 • 方法 采用某种机械或光学结构使两根光纤的纤芯对准 • 性能 实现光路接续,保证光纤网络90%以上光通过。 • 分类: • 永久性:采用熔接法、粘接法或固定连接器来实现 • 活动性,光纤活动连接器。 • 指标 • 插入损耗(简称插损)、回波损耗(简称回损)、以及谱损耗、背景光耦合、串扰、带宽等等; • 对于活动光纤连接器还有重复性和互换性

  4. 8.1.1 光纤连接器主要指标—(1)插损 • 光纤中的光信号通过连接器之后的输出光功率与输入光功率比值的分贝数: 其中IL为插损,Pi为输入端光功率, Po为输出端光功率。 • 插损越小越好,ITU建议应不大于0.5dB。 • 多模光纤连接器注入的光功率应当经过稳模器以滤去高次模,使光纤中的模式为稳态分布,以准确衡量连接器插损

  5. 8.1.1 光纤连接器主要指标—(2)回损(后向反射损耗) • 用以衡量输入光功率中从连接器反射并沿输入通道反向传输的光功率占输入光功率的份额。 • 会引起激光器相对强度噪声、非线性啁啾及激射飘移等,使通信系统性能恶化。 • 光纤连接处后向反射光对输入光的比率的分贝数: 其中RL为插损,Pi为输入端光功率, Pr为后向反射光功率。 • 回损越大越好,以减少反射光对光源和系统的影响。 • 典型值初期要求应不小于25dB,现要求不小于38dB。

  6. 8.1.1 光纤连接器主要指标—(3)重复性与互换性 • 重复性 光纤(光缆)活动连接器多次插拔后插入损耗的变化情况,用dB表示。 • 互换性 连接器插头与转换器两部分的任意互换或有条件互换的性能指标,可以考核连接器结构设计和加工工艺的合理性,也是表明连接器实用化的重要标志,用户和厂家一般要求互换连接器的附加损耗应限制在小于0.2dB的范围内。

  7. 8.1.2 影响插入损耗的各种因素(1)纤芯错位损耗 • 由于纤芯横向错位(如图8-1a)引起的损耗。 • 连接损耗的重要原因

  8. 8.1.2 影响插入损耗的各种因素(1)纤芯错位损耗 • 芯径2a渐变多模光纤模式稳态分布时错位d 引起的损耗: • 单模光纤传输半径w的高斯分布时错位d引起的损耗: 其中 令错位损耗为0.1dB 多模渐变光纤芯径50m、 ,算得横向错位2.46m; 统计值3m 单模光纤芯径10m, ,算得横向错位0.72m; 统计值0.8m。 ——理论与实践符合良好

  9. 8.1.2 影响插入损耗的各种因素(2)光纤倾斜损耗 • 由于两光纤轴线的角度倾斜(如图8-2a)而引起在连接处的光功率损耗。

  10. 8.1.2 影响插入损耗的各种因素(2)光纤倾斜损耗 • 多模渐变光纤模式稳态分布时倾角引起的倾斜损耗为: 其中 • 单模光纤传输半径w的高斯分布时倾角引起的损耗表示为: 图8-2(b) 实际光纤倾斜损耗统计平均值,倾角以弧度表示,包层折射率n2=1.455,芯折射率n1=1.46,=1.31 m 。 损耗0.1dB对应多模渐变型光纤倾角0.7°,单模光纤0.3° 。 ——实际生产中倾角可控制在0.1°内——常可忽略不计

  11. 8.1.2 影响插入损耗的各种因素(3)端面间隙损耗 • 由于光纤连接端面处存在间隙Z而引起的损耗 • 多模渐变光纤在模式稳态分布时,端面间隙损耗: n0:空气折射率,Z: 端面间隙。 • 单模光纤端面间隙Z引起的损耗: • n2=1.455,n1=1.46,=1.31 m, Z=1m时, • 芯径50 m多模渐变光纤端面间隙损耗为0.006dB • 芯径10m单模光纤端面间隙损耗为0.089dB ——只要端面间隙控制在1m之内,端面间隙损耗即可忽略不计。这一点目前工艺可保证

  12. 8.1.2 影响插入损耗的各种因素(4)菲涅耳反射损耗 • 由于光纤两个端面间隙中存在不同的介质,当光进入其中时就会产生多次反射,从而产生的损耗,表示为 n0:空气折射率,n1: 纤芯折射率。 • n1=1.46,=1.31 m时算得菲涅耳反射损耗为0.32dB

  13. 8.1.2 影响插入损耗的各种因素(5)芯径失配损耗 光从纤芯半径为a1的光纤射向纤芯半径为a2(a2<a1)的光纤时导致的损耗 • 多模渐变光纤芯径失配损耗: • 单模光纤芯径失配损耗: • 图8-3为实际单模光纤芯径失配损耗曲线 图8-3单模光纤芯径失配损耗曲线

  14. 8.1.2 影响插入损耗的各种因素(6)数值孔径失配损耗 当光从数值孔径为N.A.1的光纤射向数值孔径为N.A.2(N.A.2< N.A.1)的光纤时导致的损耗 • 光纤数值孔径失配损耗: 图8-4 单模光纤数值孔径失配损耗曲线

  15. 8.1.2 影响插入损耗的各种因素(7)其他损耗 • 除了上述6种因素外,还有 • 光纤端面的不光滑 • 光纤端面不平整 • 光纤端面与轴线不垂直 等都会产生耦合损耗。 • 这种种因素不仅影响光纤插入损耗,而且影响连接器的重复性和互换性,因而在连接器设计和制作时必须针对以上各种因素进行优化设计并提高加工精度,以期连接损耗最小,并且同时提高器件的重复性和互换性指标

  16. 球面接触(PC) 将装有光纤的插针体端面加工成曲率半径25~60mm的球面,两插针接触时纤芯间隙接近于0,达到“物理接触”,则端面间隙损耗和菲涅耳损耗将为0,从而后向反射光大大减小。 ——可使回波损耗达到50dB以上 斜球面接触(APC) 将插针体端面先加工成8左右倾角,再抛磨成斜球面,连接时插针体按照预定方位对准 ——除了具有PC优点,还可将微弱后向反射光旁路,提高改进回损 ——可使回波损耗>60dB。 ——要求保证连接时插针体严格按照预定方位对准。 8.1.3 改进回波损耗的方法 出发点:光通信系统中需回波损耗>40dB,甚至>60dB 手段:光纤端面形状改变,或镀增透膜(减小菲涅耳损耗)

  17. 8.1.4光纤活动连接器(俗称活接头) (1) 基础 • 用于连接两根光纤或光缆形成连续光路的可重复使用的无源器件 • 应用:光纤传输线路、光纤配线架和光纤测试仪器仪表中 • 功能:连接光纤与光纤、光纤与有源器件、光纤与其他无源器件、光纤与系统和仪表等, • 目前使用数量最多的光无源器件 • 基本结构含: • 对中:可以采用套管、双锥、V型槽、透镜耦合等结构 • 插针:可以是微孔、三棒、多层等结构, • 端面:有平面、球面、斜面等结构。

  18. 8.1.4光纤活动连接器(2) 类型—— 根据功能分 • 连接器插头(Plug Connector):实现光纤在转换器或变换器间插拔 • 跳线(Jumper):将一根光纤的两头都装上插头就形成跳线 • 转换器(Adaptor):将光纤插头连在一起 • 变换器(Converter):转变光纤插头类型 • 裸光纤转接器(Bare Fiber Adaptor)。 ——可以单独使用,也可结合为组件使用。 ——我国一套光纤活动连接器一般包括两个连接器插头和一个转换器。

  19. 8.1.4光纤活动连接器(2)类型——根据插针+对中类型分8.1.4光纤活动连接器(2)类型——根据插针+对中类型分 • 套管结构 • 两个插针和一个套筒组成。插针为一带有微孔的精密圆柱体,将光纤插入微孔后用胶固定并加工形成插针体。套筒是一种加工精密的套管,有开口和不开口两种,开口套筒使用最普遍。 • 对准时,以插针的外圆柱面为基准面,插针插入套筒并与其实现紧配合,以保证两根光纤精密对准。 • 连接器发展主流。设计合理、能通过加工达到要求精度,量产容易,为FC、SC、ST、D4等型号连接器的基本结构

  20. 8.1.4光纤活动连接器(2)类型——根据插针+对中类型分8.1.4光纤活动连接器(2)类型——根据插针+对中类型分 • 双锥结构 • 插针外端面加工成圆锥面,基座内孔也加工成双圆锥面。两个插针插入时利用锥面定位进行对接。 • 加工精度要求极高,插针和基座常采用聚合物模压成型,内外锥面的结合不仅保证纤芯对中,而且保证两光纤端面间距恰好符合要求。 • AT&T的专利技术,由其创立和使用。

  21. 8.1.4光纤活动连接器(2)类型——根据插针+对中类型分8.1.4光纤活动连接器(2)类型——根据插针+对中类型分 • V型槽结构 • 将两个插针放入精密设计的V型槽中,再用盖板将插针压紧,使纤芯达到对准。 • 荷兰飞利浦的专利技术, • 单纤连接时一般不被采用,常用于单纤/多纤与平板波导连接或多纤之间互相连接。

  22. 8.1.4光纤活动连接器(2)类型——根据插针+对中类型分8.1.4光纤活动连接器(2)类型——根据插针+对中类型分 • 球面定心结构 • 由装有精密钢球的基座和装有圆锥面的插针组成。钢球开有一内径比插针外径大的通孔,当两插针插入基座时,球面与锥面切合使纤芯对准并使纤芯间距符合要求 • 结构设计巧妙,但结构复杂,未被广泛采用。

  23. 8.1.4光纤活动连接器(2)类型——根据插针+对中类型分8.1.4光纤活动连接器(2)类型——根据插针+对中类型分 • 透镜耦合结构 • 通过球透镜或自聚焦透镜来实现光纤的对准。透镜将一根光纤的出射光变成平行光后进入另一透镜聚焦并耦合入第二根光纤。 • 可以降低对机械加工的精度要求,但结构复杂、体积大、调整元件多、损耗大,在短距离便捷通信中采用。 球透镜耦合 自聚焦透镜耦合

  24. 以上五种基本结构的插针体(插针+对中)再加上若干外部零件就组成连接器插头,以上五种基本结构的插针体(插针+对中)再加上若干外部零件就组成连接器插头, 用来实现光纤在转换器或变换器之间完成插拔功能, 其机械机构必须保证使光纤不受外界损害。 8.1.4光纤活动连接器(2)类型——根据插针+对中类型分

  25. 8.1.4光纤活动连接器(3)跳线——结构与功能 • 将一根光纤的两头都装上插头就形成跳线。 • 可以是单芯的也可以是多芯的 • 两个插头的型号可以相同也可以不同。 • 最常用的光连接器功能元件,用于终端设备和光缆线路及各光无源器件间互连

  26. 插头型号——跳线两头的型号可以相同也可以不同插头型号——跳线两头的型号可以相同也可以不同 光纤型号——如:单模、多模、色散位移、保偏等 光纤芯径——如:62.5m、50m、9m、8m、4m 光纤芯数——如:单芯、双芯、四芯等 光缆类型——如:塑料光纤、涂覆光纤、带状光缆等 光缆外径——如:3.5mm、3mm、2.5mm、2mm 、0.9mm等 光缆长度——如:0.5m、1m等 插头数 ——如:一头装单插头、两头各装单插头、两头各装双插头等 插入损耗——如:<0.5dB、<0.3dB等 回波损耗——如:>40dB、>50dB、>60dB等 插针材料——如:陶瓷、玻璃、不锈钢、塑料等 套筒材料——如:磷青铜、铍青铜、陶瓷等。 插针端面形状——如:平面、球面、斜球面 8.1.4光纤活动连接器(3)跳线——选择参数

  27. 作用: 使一对或几对光纤之间形成永久性连接, • 要求 要求损耗低、后向反射光小、操作简便、性能稳定。 对互换性、重复性没有要求 • 制作方法: • 熔接法:应用最广。插损很小,无后向反射光,理想接头 • V形槽法:多芯连接。插损小,后向反射小,小巧、操作简 • 毛细管法:插损小,一定后向反射光,小巧、操作简,适合野外作业 • 套管法:插损小,一定后向反射光,小巧、操作简便,适合野外作业 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 。 8.1.5光纤固定连接器(固定接头或接线子)

  28. 熔接法 • 用加热的办法将光纤熔融接合在一起。 • 操作得当,熔接机设计合理,则插入损耗很小,无后向反射光——理想接头 8.1.5光纤固定连接器——制作方法(1) • 熔接方法分 • 电弧熔接 • 氢焰熔接 • 激光熔接 eg.电弧式光纤熔接机 • 采用电极高压放电使光纤熔融连接。 • 操作方便,熔接质量高(插损均值<0.1dB)、接头一致性、稳定性等性能好 • 应用广泛,光纤固定连接必不可少的机具,形成多种型号和规格的产品。 • 由光纤准直与夹紧结构、对准机构、电弧放电机构、控制机构4部分组成。电弧放电和光纤对准可通过微机控制实现自动化作业。 图8-11 电弧式光纤熔接机

  29. 2. V形槽固定接头 • 插入损耗很小,有一定的后向反射光,指标虽略低于熔接法。 • 携带方便、操作简单,无需贵重仪表设备。在线路抢修、短距离线路连接、特殊环境光纤连接等现场,特别架空作业和我国县以下地区使用中很受欢迎。 • 典型结构:由合金铝片等制成的芯件和压盖两个元件构成。 • 芯件:先在铝片上加工出对准V形槽和稍大导引V形槽,后将铝片相对折叠组成 • 压盖:将铝片弯折成U字形制成,用于夹紧芯件,固定光纤。 8.1.5光纤固定连接器——制作方法(2) 图8-12 单芯V形槽固定接头内部结构与封装后形状

  30. 3.毛细管固定接头 • 一般采用玻璃材料制作。 • 接续原理与过程 • 将两根处理好的光纤从两头穿入毛细管内,利用其精密的内孔使两光纤纤芯对准; • 在两光纤端面之间加入匹配液,消除菲涅耳反射,降低插入损耗,减小后向反射; • 用机械方法使光纤紧固。光纤包层外径与毛细管内径之差控制在1m以内。 • 操作简便,体积很小,插损小、性能较好。 8.1.5光纤固定连接器——制作方法(3)

  31. 4.套管式固定接头 • 结构原理: 与活动连接器完全一致,主要零件也是插针和套筒, 但在材料的选择和外形设计上与活动连接器有很大区别: • 插针和套筒可选陶瓷、玻璃、金属和塑料等, • 外形设计更多考虑如何将固定接头放置在光缆接头盒中。 • 插针端面要现场粘接、研磨,端面之间要加注匹配液。 8.1.5光纤固定连接器——制作方法(4) 图8-14 AT&T公司套管式固定接头

  32. 除光纤熔接机外,其他固定连接器发展方向: • 多芯化 • 提高加工精度和研制更好的匹配液 • 利用V形槽和毛细管结构实现带状光纤、光波 导阵列、光有源器件阵列 8.1.5光纤固定连接器——发展方向

  33. 可按照用户的要求将光信号能量尽量进行预期衰减的器件可按照用户的要求将光信号能量尽量进行预期衰减的器件 • 用途: • 光通信线路系统的评估、研究及调整、校正。 • 分类(根据工作原理分): 8.2 光衰减器

  34. 工作原理: • 两段光纤进行连接时,纤芯错位、端面间隙都会引起连接器损耗。 • 反之,将光纤对中精度做适当调整,可以控制连接时的衰减量。 ——有意让光纤在对接时发生一定错位,引起光能量损失,达到控制衰减量目的。 • 分类: • 横向位移型 • 轴向位移型 8.2.1光衰减器结构和工作原理(1)位移型光衰减器

  35. (a)横向位移型光衰减器 采用波动光学的理论推导光纤耦合过程。 理想状态下,无论光纤端面形状如何,单模光纤基模总可近似为高斯函数 8.2.1光衰减器结构与工作原理(1)位移型光衰减器 (8-13) 该光束经过横向错位d传输到第二根光纤的端面时,模场分布变为: (8-14) 其中, 即在第二根光纤端面处,相对于第二根光纤纤芯,入射光束的模场分布发生了变化,带来了由于模场失配产生的能量损失。

  36. (a)横向位移型光衰减器 设光纤间轴向间隙z0可忽略,则横向耦合效率可表示为两模场的交叠积分: 8.2.1光衰减器结构与工作原理(1)位移型光衰减器 将前述各式代入,得横向位移光能量损耗: 式中, 同样,模式稳态分布情况下多模渐变光纤的耦合损耗: 式中,k=n1/n0,n0为两端面间物质折射率,n1为纤芯折射率,n2为包层折射率, d为两光纤间横向位移, a 为纤芯半径,为波长,A0、A0’ 为修正因子。

  37. (a)横向位移型光衰减器 图8-15(b)为k=1时的Ldd曲线图。 实际制作中常根据该类曲线图确定所需衰减量对应的横向位移量,并通过一定的机械定位方式、用熔接或粘接法制作成需要的固定衰减器。 这类衰减器回波损耗很高(通常大于60dB),目前仍具有较大市场。 8.2.1光衰减器结构与工作原理(1)位移型光衰减器 k=1时的Ldd曲线图

  38. (b)轴向位移型光衰减器 • 利用光纤端面间隙带来光通量损失的原理制作的光衰减器。 • 即使3dB衰减器对应间隙>在0.1mm,工艺易控制,被很多厂家采用 • 实现方式:用机械的方式将两根光纤拉开一定距离进行对中 • 可制作衰减器类型: • 固定光衰减器和一些小型可变光衰减器。 • 可看成一个损耗大的光纤连接器,与连接器结构结合可形成转换器式光衰减器和变换器式光衰减器。可与系统中的连接器配套使用。 8.2.1光衰减器结构与工作原理(1)位移型光衰减器

  39. (b)轴向位移型光衰减器 可通过高斯光束失配法求得光纤端面间的轴向间隙Z引起的光能量损失。 单模光纤: 8.2.1光衰减器结构与工作原理(1)位移型光衰减器 ,B0: 修正因子,Z: 两光纤端面间的距离。 模斑直径10微米,k=1

  40. 直接在光纤端面或玻璃基片上镀制金属吸收膜或反射膜来衰减光能量的衰减器。直接在光纤端面或玻璃基片上镀制金属吸收膜或反射膜来衰减光能量的衰减器。 常用的蒸镀金属膜包括:Al、Ti、Cr、W膜等。 如果采用Al膜,常在上面加镀一层SiO2或MgF2薄膜作为保护膜。 8.2.1光衰减器结构与工作原理(2)直接镀膜型光衰减器 图8-17 直接镀膜型光衰减器结构示意图

  41. 将具有吸收特性的衰减片通过机械装置直接固定在光纤端面或准直光路中的衰减器。将具有吸收特性的衰减片通过机械装置直接固定在光纤端面或准直光路中的衰减器。 • 可制作固定光衰减器、变光衰减器。 • 光信号经1/4节距GRIN透镜准直、衰减片衰减后,再被第二个GRIN聚焦耦合进光纤 • 使用不同衰减量的衰减片,就可得到相应衰减值的光衰减器。 • 一般常选用有色玻璃和滤光片作衰减片。 • 分类 • 双轮式可变光衰减器 • 平移式光衰减器 • 智能型机械式光衰减器 8.2.1光衰减器结构与工作原理(3)衰减片型光衰减器

  42. (a)双轮式可变光衰减器: • 将光衰减单元插入由一对1/4节距GRIN透镜和单模光纤构成的光纤准直器间距中 • 分类——根据衰减圆盘上衰减片的不同 • 步进式双轮可变光衰减器: • 每个轮上有多个固定衰减量衰减片,轮旋转,二轮衰减片组合,得多档衰减 • 连续可变光衰减器: 将其中一个轮上的衰减片换成一片连续变化的衰减片即可。 ——连续衰减片:采用真空镀膜法在圆形光学玻璃片上镀制金属吸收膜而制成的扇形渐变滤光片。 8.2.1光衰减器结构与工作原理(3)衰减片型光衰减器 图8-18 双轮式可变光衰减器

  43. (b)平移式光衰减器: • 将双轮改用全量程连续变化的中性滤光片,垂直光路平移滤光片即可调节衰减量。 • 全量程连续变化的中性滤光片:光学密度随滤光片平移方向呈线性变化。 • 连续变化滤光片的透过率: • 式中,k为常数,由滤光片吸收系数和滤光片的几何尺寸决定;s为滤光片垂直 • 于光路的位移量;d0为滤光片起始处透过率。 • 只要滤光片上吸收膜足够均匀,滤光片位移面足够平整,就具有理想线性度。 8.2.1光衰减器结构与工作原理(3)衰减片型光衰减器 图8-19 平移式可变光衰减器

  44. (c)智能型机械式光衰减器: • 通过电路控制电动齿轮带动平移滤光片,再将数据编码盘检测到的实际衰减量反馈信号反馈到电路中进行修正,从而实现自动驱动、自动检测和显示光衰减量。 • 提高了光衰减器衰减精度,同时体小、质轻、使用方便。 8.2.1光衰减器结构与工作原理(3)衰减片型光衰减器

  45. 8.2.1光衰减器结构与工作原理(4)液晶型光衰减器8.2.1光衰减器结构与工作原理(4)液晶型光衰减器 利用液晶的电光效应制作的光衰减器 eg.扭转向列P型液晶光衰减器(液晶光轴与P1夹角45°) : 光强Ii、波长的入射光经GRIN透镜准直后被分束器P1分为o光和e光, 进入厚度为z的液晶。 • 液晶元件不加压时,o光e光同时旋转90°后通过 P1的P2出射并由第二个GRIN透镜耦合进光纤; • 液晶两电极加压后,扭转向列小盒使输出光强 其中 随外加电场增强而增大, ——随着电场不断增大,Io逐渐变小,耦合进入出纤的信号越小 图8-20 液晶型光衰减器工作原理示意图

  46. 光通信系统中光衰减器要求: • 插损低 • 回损高 • 衰减量可调范围大 • 衰减精度高 • 分辨率线性度高 • 分辨率重复性好、 • 环境性能好。 • 分辨率线性度取决于衰减元件特性和所采用的读数显示方式及机械调整结构 • 重复性取决于所采用的读数显示方式及机械调整结构。 8.2.2 光衰减器的性能

  47. 1.衰减量和插入损耗 固定光衰减器:插损指标要求 高质量可变光衰减器插损<1.0dB,普通可变光衰减器<3.0dB。 来源:光纤准直器的插入损耗和衰减单元的透过率精度及耦合工艺。 若光纤和GRIN透镜及两光纤准直器耦合很好,则整个光衰减器插损可大大降低 8.2.2 光衰减器的性能 2.衰减精度 • 机械式光衰减器:其衰减量的±0.1倍。 • 衰减量取决于金属蒸发镀膜层的透过率和均匀性。 • t为膜层厚度,呈线性变化——对吸收材料的均匀性应做严格要求。 • 取决于材料吸收本领,是波长的函数——选择随波长变化小的材料 • 机械式光衰减器的读数显示方式及机械调整方式也将影响到衰减精度。 3.频谱特性 在计量、定标等场合使用中,需要衰减器在一定的带宽范围内有较高的衰减精度,其衰减谱线具有较好的平坦性。 ——不作为衰减器常规测试指标,仅在需要时测量。 一般情况下,固定光衰减器的频谱损耗在-30~30nm的范围内不大于0.5dB。

  48. 4.回波损耗 • 指入射到光衰减器中的光能量和衰减器中沿入射光路反射出的光能量之比。 • 一般由各元件和空气折射率失配造成的反射引起,平面元件引起的回损约14dB • 光衰减片是引起回损的一个重要原因。倾斜放置可提高回损。 • 准直器型光衰减器回损主要来源于入射光的准直光路部分:单模光纤端面反射、GRIN透镜前后端面反射 • 提高回损的方法 • 表面镀制抗反射膜 • 采用斜面透镜 • 将光学衰减元件倾斜于光轴放置 • 进行折射率匹配——运用范围有限 • 连接器不断插拔中折射率匹配材料受到不断摩擦,从而影响光衰减器寿命 • 可变光衰减器中衰减元件使用时常处于移动状态,不宜填加折射率匹配材料 • 不同的斜面倾角有不同的折射率最佳匹配 • 未镀膜、倾角0时,回损14dB左右; • 光纤准直器GRIN透镜端面镀0.1%增透膜,衰减元件倾角8时,回损可>60dB 8.2.2 光衰减器的性能

  49. 使传输中的光信号在特殊结构耦合区发生耦合并进行再分配。使传输中的光信号在特殊结构耦合区发生耦合并进行再分配。 • 应用: • 早期用于从传输干路取出一定的功率进行监控等。 • 随着光纤通信、光纤用户网、光纤CATV、无源光网络(PON)、光纤传感技术等领域的迅猛发展,应用越来越广,已形成多功能、多用途的产品系列 • 除具有一般光无源器件特性参数外,还另有特定含义参数。 8.3 光耦合器

  50. 8.3光耦合器——分类 • 从功能分 • 光功率分配器(Splitter) • 光波长分配(合/分波)耦合器(WDM coupler) • 从端口形式上划分 • X形(2×2)耦合器 • Y形(1×2)耦合器 • 星形(N×N,N>2)耦合器、 • 树形(1×N,N>2)耦合器等; • 从工作带宽的角度划分 • 单工作窗口的窄带耦合器(Standard Coupler) • 单工作窗口的宽带耦合器(Wave Length Flattened Coupler,简称WFC) • 双窗口的宽带耦合器(Wavelength Independent Coupler,简称WIC); • 从传导光模式差异分 • 多模耦合器 • 单模耦合器之分; • 从结构上分 • 分立光学元件组合型 • 全光纤型 • 平面波导型

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