通信用光器件要点.pptx
4.1 光器件简介在光纤通信系统中，光器件可分为有源光器件和无源光器件两类，其中有源光器件包括前章介绍的光源器件，还有本章要介绍的光电检测器等器件。光电检测器，是将入射光转化为电流或电压，是以光子一电子的量子转换形式完成光的检测目的，如光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。由于光纤具有三个低损耗窗口，即850nm、1310nm和1550nm。相应的，用于850nm 波长的称为短波长光电检测器，用于1310nm和1550nm波长的则称为长波长光电检测器。返回下一页第1页/共75页4.2 光电检测器1.光电检测器作用及要求（1）作用在光纤通信系统中，光电检测器的作用是；将光纤输出的光信号变换为电信号，其性能的好坏将对光接收机的灵敏度产生重要影响。（2）对光电检测器的基本要求由于从光纤中传过来的光信号一般是非常微弱的，因此对光电检测器提出非常高的要求。对光检测器的基本要求如下：在系统的工作波长上具有足够高的响应度，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；工作电压尽量低，使用简便。返回下一页第2页/共75页4.2 光电检测器2.半导体PN结的光电效应如图4-1所示，是一个未加电压的半导体PN结。在半导体材料的PN结区，发生载流子相互扩散的运动，即P型半导体中的空穴远比N型半导体的多，空穴将从P区扩散到N区；同样N型半导体中的电子远比P型半导体的多，也要扩散到P区。这种扩散运动的结果是在PN结内形成了一个内电场，在内电场的作用下，使电子和空穴产生了与扩散运动方向相反的漂移运动。当扩散与漂移达到动态平衡时，便在PN结中形成了一个空间电荷区，即耗尽层。返回下一页上一页第3页/共75页返回图4-1 光电效应 图4-1 光电效应第4页/共75页4.2 光电检测器如果PN结接收到相当能量的光照射，进入耗尽层的光子就会产生电子-空穴对，在内电场的加速下，空穴向P区漂移，电子则向N区漂移。很显然，光照的结果打破了原有结区的平衡状态。这种光生载流子的运动，在一定条件下，就会产生光电流。这就是半导体PN的光电效应。当入射光子能量小于禁带宽度时，不论入射光有多强，光电效应也不会发生，因此产生光电效应的条件是 （4-1）返回下一页上一页第5页/共75页4.2 光电检测器3.光电二极管（PIN）（1）PIN的结构及其原理PIN的结构。PIN的结构如图4-2所示，是在掺杂浓度很高的P型、N型半导体之间，加一层轻掺杂的N型材料，称为I层（本征层）。I层很厚，入射光很容易进入材料内部被充分吸收而产生大量电子-空穴对，因而大幅度提高了光电转换效率。两侧的P和N型半导体很薄，吸收入射光的比例很小，I层几乎占据整个耗尽层，因而光生电流中漂移分量占支配地位，从而大大提高了响应速度。另外，可通过控制耗尽层的宽度，来改变器件的响应速度。返回下一页上一页第6页/共75页返回图4-2 PIN结构 图4-2 PIN结构第7页/共75页图4-2 PIN结构第8页/共75页4.2 光电检测器PIN的工作原理。当PN结加上反向电压后（如图4-3所示），入射光主要在耗尽区被吸收，在耗尽区产生光生载流子(电子-空穴对)。在耗尽区电场作用下，电子向N区漂移，空穴向P区漂移，产生光生电动势。在远离PN结的地方，因没有电场的作用，电子空穴作扩散运动，产生扩散电流。因I层宽，又加了反偏压，空间电荷区（耗尽层）加宽，绝大多数光生载流子在耗尽层内进行高效、高速漂移，产生漂移电流。这个漂移电流远远大干扩散电流，所以PIN光电二极管的灵敏度高。在回路的负载上出现电流，就将光信号转变为了电信号。返回下一页上一页第9页/共75页图4-3 PIN的工作原理第10页/共75页4.2 光电检测器PIN存在的问题仅能将光信号转化成电信号，但不能对电信号产生增益；转换后的电流信号，很微弱，这种微弱信号，经放大器放大后，淹没在放大器自身产生的噪声中，以致难以辨认。4.雪崩光电二极管(APD)（1）APD的结构对于光电二极管（PIN），其输出电流I和反向偏压U的关系，如图4-4所示。随着反向偏压的增加，光电流基本保持不变。但当反向偏压增加到一定数值时，光电流急剧增加，最后器件被击穿，这个电压称为击穿电压。APD就是根据这种特性设计的器件，其结构如图4-5所示。返回下一页上一页第11页/共75页返回图4-4 输出电流I和反向偏压U的关系 图4-4 输出电流I和反向偏压U的关系第12页/共75页拉通型（RAPD）结构第13页/共75页4.2 光电检测器（2）APD工作原理根据光电效应，雪崩光电二极管的光敏面上被光子照射之后，光子被吸收而产生电子-空穴对。这些电子空穴对经过高速电场（可达200kV/cm）之后被加速，初始电子(一次电子)在高电场区获得足够能量而加速运动。高速运动的电子和晶体原子相碰撞，使晶体原子电离，产生新的电子-空穴对，这个过程称为碰撞电离如此多次碰撞，产生连锁反应，使载流子数量迅速增加，反向电流迅速增大，形成雪崩倍增效果，所以这种器件就称为雪崩光电二极管(APD)，其原理如图4-6所示。APD中电场强度随位置变化，如图4-7所示。返回下一页上一页第14页/共75页第15页/共75页返回图4-7 电场强度分布 图4-7 电场强度分布第16页/共75页返回4.2 光电检测器 PINPIN的特性参数量子效率是指单位时间内输出电子数与输入光子数之比，即上一页 下一页第17页/共75页返回4.2 光电检测器 上一页 下一页响应度-响应度被定义为单位光功率所产生的电流，即可推导出量子效率与响应度的关系，即上式表明，响应度和量子效率与光功率无关，与负载也无关，但与光波长（频率）有关。响应度的典型值为：SI在。Ge在第18页/共75页响应时间描述光电二极管光电转换速度，光电转换所用的总的时间有：从光入射光敏面到发生受激吸收的时间在耗尽区内发生载流子漂移的时间在耗尽区外发生载流子扩散的时间光电二极管及负载的时间常数RCAPD雪崩倍增建立的时间（APD特有的）结论：减小耗尽层宽度可以减小渡越时间，从而提高响应速度，但会降低量子效率，所以要合理选择耗尽区宽度，兼顾量子效率和响应速度。第19页/共75页暗电流指在无光照条件下，光电检测器的输出电流。暗电流引起光接收机的噪声增大，因此希望暗电流越小越好。暗电流分为体内暗电流和表面暗电流（表面漏电流）。PIN光电二极管的暗电流主要以表面暗电流为主。APD光电二极管的体内暗电流会受到倍增作用，所以以体内暗电流为主。第20页/共75页 噪声特性噪声直接影响光接收机的灵敏度。光电二极管噪声包括信号电流和暗电流产生的散粒噪声和有负载电阻和后继放大器输入阻抗产生的热噪声。通常噪声用均方噪声电流描述。PIN光电二极管噪声来源主要是散粒噪声。均方散粒噪声电流均方热噪声电流总均方噪声电流 第21页/共75页返回4.2 光电检测器上一页APDAPD主要特性参数 APDAPD的倍增系数。APDAPD的倍增系数定义为式中，为倍增后的总输出电流的平均值；为初始光电流（没有倍增时的光电流）。APD的倍增与雪崩有关，即与外加的电压有关，因此是外加电压的函数，如图4-84-8所示。APD的响应度。APD的 响应度定义为 APD的量子效率与PIN的量子效率定义相同。量子效率与入射的光波长（频率）有关，如图4-9所示，为硅APD雪崩管的量子效率与波长的关系。第22页/共75页APD的噪声主要是由于对初始电流的散粒噪声有倍增作用，因此称为倍增噪声。APD的噪声主要是倍增噪声。过剩噪声因子F 是雪崩效应的随机性引起噪声增加的倍数 第23页/共75页过剩噪声因子F 是由于雪崩效应的随机性引起噪声增加的倍数。设 （x x是附加噪声指数），则APDAPD的均方量子噪声电流为 同理，APDAPD的均方暗电流噪声电流为 量子噪声和体内暗电流都被放大了 倍，表面暗电流可忽略。附加噪声指数与器件所用材料和制造工艺有关，Si-APD Si-APD 的 x=0.3x=0.3 0.5,Ge-APD0.5,Ge-APD的 x=x=0.80.81.0,InGaAs-APD1.0,InGaAs-APD的x=0.5x=0.50.70.7。第24页/共75页返回图4-8 反向偏压与倍增系数的关系 图4-8 反向偏压与倍增系数的关系第25页/共75页返回图4-9 量子效率与波长的关系 图4-9 量子效率与波长的关系第26页/共75页 PIN光电检测器的一般性能Si-PINInGaAs-PIN波长响应0.41.0116响应度0.4(0.85m)0.5（1.31m）暗电流0.1125响应时间2100.21结电容0.5112工作电压 /V515515第27页/共75页 APD光电检测器的一般性能Si-APDInGaAs-APD波长响应0.41.01165响应度0.50.50.7暗电流0.111020响应时间0.20.50.10.3结电容120.5工作电压501004060倍增因子301002030附加噪声指数0.30.50.50.7第28页/共75页一个完整的光纤通信系统，除光纤、光源和光电检测器外，还需要许多其它光器件，特别是无源器件。这些不用电源的无源光器件（即无光电能量转换，是能量消耗型光学器件），对光纤通信系统的构成、功能的扩展或性能的提高，都是不可缺少的，是构成光纤传输系统的重要部分。无源光器件种类繁多，功能各异，是一类实用性很强的器件，主要产品有光纤连接器、光纤耦合器、光衰减器、光隔离器与光环形器、光调制器、光开关、光波分复用器、光纤放大器等。无源光器件的作用是：连接光路，控制光的传输方向，控制光功率的分配，实现器件与器件之间、器件与光纤之间的光耦合、合波及分波。返回上一页4.3 无源光器件第29页/共75页4.3 无源光器件无源光器件是指除光源器件、光检测器件之外，不需要电源的光通路部件。无源光器件可分为连接用的部件和功能性部件两大类。连接用的部件是指各种光连接器，用做光纤与光纤之间、光纤与光器件（或设备）之间、或部件（设备）和部件（设备）之间的连接。功能性部件有光波分波器、光衰减器、光隔离器等，用于光的分路、耦合、复用、衰减等方面。1.光纤连接器光纤连接器又称为光纤活动连接器，俗称活接头，被定义为：能稳定地，但并不是永久地，连接两根或多根光纤的无源组件。可见光纤连接器是一种可拆卸使用的连接部件。返回下一页第30页/共75页4.3 无源光器件 光纤连接器的用途。光纤连接器主要用于光端机、光测仪表等设备与光纤之间的连接以及光纤之间的相互连接，它是组成光纤通信线路不可缺少的重要器件之一。光纤连接器的作用。光纤连接器的主要作用是将需要连接起来的单根或多根光纤纤芯端面相互对淮、贴紧，并能够多次使用。对光纤连接的要求。光纤连接器需要满足下列要求：连接损耗小；连接损耗的稳定性好，在-20-60范围温度变化时不应该有附加的损耗产生；具有足够的机械强度和使用寿命；接头体积小，密封性好；便于操作，易于放置和保护。返回下一页上一页第31页/共75页4.3 无源光器件（1）光纤连接器的结构及原理光纤连接器的结构。光线路的活动连接，须使被接光纤的纤芯严格对准并接触良好，为满足这一基本要求，有多种对中方式得到采用，如套筒式、圆锥式、V型槽式等。目前，工程上广泛应用的是套筒式对中结构，如图4-10所示。它是由三个部分组成的，有两个配合插头（插针体）和一个耦合管（珐琅盘）。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套管的作用。返回下一页上一页第32页/共75页返回图4-10 光纤连接器结构 图4-10 光纤连接器结构第33页/共75页4.3 无源光器件（2）光纤连接器的类型按照不同的分类方法，光纤连接器可以分为不同的种类。按传输媒介的不同可分为：单模光纤连接器和多模光纤连接器；按结构的不同可分为：FC、SC、ST、MU、LC、MT等各种型式；按连接器的插针端面形式可分为：FC、PC（UPC）和APC；按光纤芯数分还有单芯、多芯之分。如表4-1所示，是ITU-T建议的光纤连接器分类。返回下一页上一页第34页/共75页返回表4-1 光纤连接器类型 表4-1 光纤连接器类型单通道单通道对接对接套筒套筒/V/V型型槽槽直套管直套管螺丝螺丝多通道多通道透镜透镜锥型锥型锥型套管锥型套管销钉销钉单单/多通多通道道其他其他其他其他其他其他弹簧销弹簧销第35页/共75页4.3 无源光器件（3）光纤连接器特性光纤连接器的特性，首先是光学特性，还有光纤连接器的互换性、重复性、抗拉强度、温度和插拔次数等。互换性与重复性-光纤连接器是通用的无源光器件，对于同一类型的光纤连接器，一般都可以任意组合使用，并可以重复多次使用，由此而导入的附加损耗一般都在小于0.2dB的范围内。抗拉强度-对于光纤连接器，一般要求其抗拉强度应不低于90N。温度-一般要求，光纤连接器必须在-40+70温度范围内能够正常使用。插拔次数-目前使用的光纤连接器一般都可以插拔l000次以上。返回下一页上一页第36页/共75页4.3 无源光器件（4）常见的光纤连接器FC型光纤连接器（如图4-11所示）-圆型带螺纹：FC连接器外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。最早，FC类型的连接器，采用的陶瓷插针的对接端面是平面接触方式(FC)。此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性能较为困难。后来，对该类型连接器做了改进，采用对接端面呈球面的插针(PC)，而外部结构没有改变，使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高。返回下一页上一页第37页/共75页返回图4-11 FC型连接器 图4-11 FC型连接器第38页/共75页4.3 无源光器件SC型光纤连接器（如图4-12所示）-卡接式方型：其外壳呈矩形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转。此类连接器价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。返回下一页上一页第39页/共75页返回图4-12 SC型连接器 图4-12 SC型连接器第40页/共75页4.3 无源光器件LC型连接器（如图4-13所示）：LC型连接器采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。其所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为1.25mm。这样可以提高光配线架中光纤连接器的密度。目前，在单模SFF方面，LC类型的连接器实际已经占据了主导地位，在多模方面的应用也增长迅速。返回下一页上一页第41页/共75页返回图4-13 LC型连接器 图4-13 LC型连接器第42页/共75页4.3 无源光器件ST型光纤连接器（如图4-14所示）-外壳呈圆形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，其中插针的端面多采用PC型或APC型研磨方式；紧固方式为螺丝扣。此类连接器适用于各种光纤网络，操作简便，且具有良好的互换性。DIN47256型光纤连接器（如图4-15所示）：这种连接器采用的插针和耦合套筒的结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC研磨方式。与FC型连接器相比，其结构要复杂一些，内部金属结构中有控制压力的弹簧，可以避免因插接压力过大而损伤端面。另外，这种连接器的机械精度较高，因而插入损耗较小。返回下一页上一页第43页/共75页返回图4-14 ST型光纤连接器 图4-14 ST型光纤连接器第44页/共75页返回图4-15 DIN47256型光纤连接器 图4-15 DIN47256型光纤连接器第45页/共75页4.3 无源光器件MT-RJ型连接器（如图4-16所示）：MT-RJ型连接器起步于MT连接器，带有与RJ-45型LAN电连接器相同的闩锁机构，通过安装于小型套管两侧的导向销对准光纤，为便于与光收发信机相连，连接器端面光纤为双芯（间隔0.75mm）排列设计，是主要用于数据传输的下一代高密度光连接器。返回下一页上一页第46页/共75页返回图4-16 MT-RJ型连接器 图4-16 MT-RJ型连接器第47页/共75页4.3 无源光器件（5）光纤连接器的插针端面光纤连接器的关键元件是插针与套筒。曾经采用多种材料制作，如塑料、铜、不锈钢等。但均因易变形、不耐磨损与光纤材料膨胀系数相差太大而导致光纤断裂等一系列问题不能解决而被放弃。目前，实用的插针与套筒材料采用氧化锆陶瓷，陶瓷所具有的性能可以克服上述材料的不足。装有光纤的陶瓷插针，其端面的形状与连接器件性能优劣密切相关。陶瓷插针端面如图4-17端面图，光纤连接器的插针体端面在PC型球面研磨的基础上，根据球面研磨的不同，又产生了超级PC（SPC）型球面研磨和角度PC(APC)型球面研磨，PC、SPC和APC端面连接器的插入损耗值在都小于0.4dB的情况下，回波损耗值分别小于-40dB、-50dH和-60dB。返回下一页上一页第48页/共75页返回图4-17 端面图 图4-17 端面图第49页/共75页4.3 无源光器件2.光耦合器在光纤通信系统或光纤测试中，经常会遇到从光纤的主传信道中取出一部分光作为检测、控制等使用，有时将两个方向的光信号合起来送入一根光纤中传输，会使用光耦合器。光耦合器又称光定向耦合器，是对光信号实现分路、合路、插入和分配的无源光器件。它们是依靠光波导间电磁场的相互耦合来工作的。广义而言，光分波器和光合波器具有波长选择功能，也属于光耦合器（1）光耦合器分类光耦合器分类，如表4-3所示。返回下一页上一页第50页/共75页返回表4-3 耦合器的分类 表4-3 耦合器的分类光耦光耦合器合器用途用途分类分类定向耦合器定向耦合器光分波器、光分波器光分波器、光分波器光分支器光分支器星型耦合器星型耦合器透射星型耦合器透射星型耦合器反射星型耦合器反射星型耦合器T T型耦合器型耦合器结构结构分类分类分立元件型分立元件型熔融拉锥型熔融拉锥型平面波导型平面波导型拼接型拼接型激光器件型激光器件型光纤光纤分类分类多模光纤耦合器多模光纤耦合器单模光纤耦合器单模光纤耦合器第51页/共75页4.3 无源光器件（2）常见的几种光耦合器常见的几种光耦合器，如图4-20所示。(3)耦合器的特性表示光纤耦合器性能指标的参数有：隔离度、插入损耗和分光比等。下面以22(四端口)定向耦合器为例来说明。隔离度-如图4-20（c）所示，由端1输入的光功率P1应从端2和端3输出，端4理论上应无光功率输出。但实际上端4还是有少量光功率P4输出，其大小就表示了1、4两个端口的隔离程度。隔离度A表示为返回下一页上一页第52页/共75页返回图4-20 光耦合器 图4-20 光耦合器第53页/共75页返回4.2 光无源器件上一页一般要求A A20dB20dB。插入损耗。插入损耗表示定向耦合器损耗的大小。插入损耗等于输出光功率之和与输入光功率之比的分贝值，即一般要求0.5dB0.5dB 分光比:各输出端口输出功率与总输出功率的比值下一页第54页/共75页4.3 无源光器件3.光波分复用器（1）光波分复用器的定义及分类光波分复用器按用途分为光分波器和光合波器两种，分别如图4-19(a)、(b)所示。它们是波分复用(WDM)传输系统的关键器件。光合波器是将多个光源不同波长的信号结合在一起，经一根传输光纤输出的光器件。反之，将同根传输光纤送来的多个不同波长的信号，分解为个别波长，分别输出的光器件称为光分波器。有时同一器件既可以作为光分波器，又可以作光合波器使用。光波分复用器的主要类型有熔锥光纤型、介质膜干涉型、光栅型和波导型四种 返回下一页上一页第55页/共75页返回图4-19 光波分复用器 图4-19 光波分复用器(a)第56页/共75页返回图4-19 光波分解复用器 图4-19 光波分解复用器(b)第57页/共75页4.3 无源光器件（2）光波分复用器（光分波器和光合波器）原理在模拟载波通信系统中，通常采用频分复用方法提高系统的传输容量，充分利用电缆的带宽资源，即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号，接收端根据各载波频率的不同，利用带通滤波器就可滤出每一个信道的信号。在WDM系统中，充分利用了单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率（或波长）不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的信号光载波合并起来，送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长、承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。返回下一页上一页第58页/共75页4.3 无源光器件（3）光波分复用器的要求及参数对光分波器和光合波器的主要要求是：复用信道多、插人损耗小、隔离度大、通带宽、带内平坦、带外插入损耗变化陡峭及体积小、工作稳定和价格便宜等。光分波器和光合波器的主要特性参数有:中心波长、中心波长工作范围、与中心波长对应的插人损耗、隔离度、回波损耗、反射系数、偏振相关损耗、偏振模色散等。隔离度也称为波长隔离度或通带间隔离度，是由某一规定波长输出端口所测得的另一不想要波长的光功率与该不想要波长输入光功率之比的对数，单位为dB。返回下一页上一页第59页/共75页4.3 无源光器件4.光衰减器光衰减器是用来稳定地、准确地减小信号光功率的无源光器件。光衰减器的作用是当光通过该器件时，使光强达到一定程度的衰减，它主要用于调整光中继段的线路损耗、评价光系统的灵敏度和校正光功率计等场合。光衰减器通常是通过金属蒸发膜使光衰减返回下一页上一页第60页/共75页4.3 无源光器件（1）衰减器分类按照光信号的衰减方式，衰减器可分为固定衰减器和可变衰减器两种；按照光信号的传输方式，衰减器可分为单模光衰减器和多模光衰减器。固定光衰减器通过吸收一部分光信号，产生衰减作用。它在光线轴线上设置半透明的掺杂化合物即衰减膜，在一定的光带内，光在吸收带内被吸收，产生衰减。固定光衰减器造成的功率衰减值是固定不变的，一般用于调节传输线路中某一区间的损耗。可变光衰减器带有光纤连接器，通常是分档进行衰减的，改变金属蒸发膜的厚度，也可以位衰减量连续变化，它的衰减范围可达60dB以上，精度达0.1dB。返回下一页上一页第61页/共75页4.3 无源光器件（2）可变光衰减器的结构及原理当接收机输入光功率超过某一范围或在测量光纤接收机灵敏度时都要用到光衰减器，其结构如图4-18所示。它由透镜、步进衰减圆盘、连续可调衰减片组成。其中光衰减片可调整旋转角度，改变反射光与透射光比例来改变光衰减的大小。光纤输人的光经自聚焦透镜变成平行光束，平行光束经过衰减片再送到自聚焦透镜耦合到输出光纤中去，衰减片通常是表面蒸镀了金属吸收膜的玻璃基片，为减小反射光，衰减片与光轴可以倾斜放置。返回下一页上一页第62页/共75页返回图4-18 衰减器的结构 图4-18 衰减器的结构可调旋转光衰减片输入光信号输出光信号透镜透镜第63页/共75页4.3 无源光器件（3）对光衰减器的要求光纤通信系统对光衰减器的主要要求：插入损耗小、反射耦合低；符合使用的工作波长区域；体积小、重量轻。（4）光衰减器-SGT-9ASGT-9A是一种数字可调光衰减器，主要用于连续光信号功率的衰减。具有快速调节衰减值，线性度好、精度高、低插入损耗、高分辨率，衰减定位等功能。该衰减器可用于光缆施工与维护、光纤通信、光纤传感器、光纤CATV等领域。该衰减器技术指标如表4-2所示。返回下一页上一页第64页/共75页返回表4-2 光衰减器技术指标 表4-2 光衰减器技术指标参数参数技术指标技术指标参数参数技术指标技术指标波长范围波长范围(nm)(nm)40040016251625分辨率分辨率(dB)(dB)0.050.05校准波长校准波长(nm)(nm)13101310、15501550测量精度测量精度(dB)(dB)0 030(0.1)30(0.1)303050(0.3)50(0.3)505060(1.0)60(1.0)测量范围测量范围(dB)(dB)0 06060插入损耗插入损耗(dB)(dB)2.52.5最大输入光功率最大输入光功率(dB)(dB)4040回波损耗回波损耗(dB)(dB)4545光接口光接口FCFC、STST、SCSC功耗功耗(mW)(mW)7070第65页/共75页4.3 无源光器件5.光隔离器光隔离器是保证光信号只能正向传输的无源光器件，用以避免光通路中，由于种种原因而产生的反射光再次进入光源，而使光源工作不稳定，影响其性能。光纤通信系统中的很多光器件如激光器和光放大器等，对来自连接器、熔接点、滤波器的反射光非常敏感，反射光将导致它们的性能恶化，例如半导体激光器的线宽受反射光的影响会展宽或压缩。因此要在靠近这种光器件的输出端放置隔离器。（1）光隔离器组成光隔离器主要由起偏器、法拉第旋转器（旋光器）和检偏器3部分组成，如图4-21所示。起偏器的特点是当入射光进入起偏器时，是输出光束变成某一形式的偏振光。返回下一页上一页第66页/共75页返回图4-21 光隔离器 图4-21 光隔离器第67页/共75页4.3 无源光器件（3）光隔离器的基本原理在光隔离器中，起偏器和检偏器的透光铀成45。当垂直偏振光入射时，由于该光与起偏器透光轴方向一致，所以全部通过，经旋光器后其光轴被旋转45，恰好与检偏器的透光铀一致而获得低损耗传输。如果有反射光出现，能反向进入光隔离器的只有与检偏器透光轴一致的那部分光，这部分光经旋光器后，其光轴被旋转45（旋光器使通过它的光发生45的旋转）。恰好与起偏器的透光轴垂直，而不能反射回光源处，所以光隔离器能够阻止反射光通过。返回下一页上一页第68页/共75页返回4.2 光无源器件上一页下一页4 4）光隔离器的性能指标光隔离器的主要性能指标：正向插人损耗、反向隔离度、偏振相关损耗及回波损耗。-插入损耗定义为输出光功率与输入光功率之比的分贝值，即（4-12）插入损耗的值，一般1.0dB1.0dB。反向隔离度-用来表征光隔离器对反向传输光的衰减能力。（4-13）-在隔离器输入端测得的返回光功率与输入光功率的比值，即（4-14）插入损耗第69页/共75页4.3 无源光器件6.光开关光开关是使光纤中传播的光信号断、通，或者进行路由转换的一种光器件，在系统保护、系统调量、系统监测及全光交换技术中具有重要的应用价值。它具有调制、多分路和转换功能。（1）光开关的分类光开关有两类，即机械式光开关和非机械式光开关，见表4-3。从转换速度来讲，机械式光开关达到了ms级，机械式光开关串音小、插入损耗低、技术成熟，但开关速度低、不易集成。而电光效应式光开关已实现了18Ghz的调制，超过LD直接调制的极限。可以实现超高速转换(约60ps)，非机械式光开关的开关速度快、易于集成、可靠性高，但串音和插入损耗相对较大。返回下一页上一页第70页/共75页返回表4-3 光开关的类型与原理 表4-3 光开关的类型与原理分类分类型式型式优点优点缺点缺点机机械械式式光纤型光纤型插入损耗低，串扰插入损耗低，串扰小，适合各种光纤小，适合各种光纤开关速度较慢开关速度较慢反射镜型反射镜型棱镜型棱镜型非非机机械械式式全反射型全反射型开关速度快开关速度快插入损耗大插入损耗大隔离器型隔离器型方向耦合器型方向耦合器型双折射相位调制型双折射相位调制型超声波偏转器型超声波偏转器型光透过率控制性光透过率控制性光电二极管型光电二极管型第71页/共75页返回图4-21 机械式光开关 图4-21 机械式光开关第72页/共75页4.3 无源光器件（3）非机械式光开关非机械式光开关的结构，如图4-22所示。非机械式开关是由光纤、自聚焦透镜、起偏器、极化旋转器和检偏器组成的。当在极化旋转器上加偏压后，经起偏器而来的偏振光产生极化旋转，实现通光状态；如极化旋转器不工作，则起偏器和检偏器的极化方向彼此垂直，处于断光状态。返回下一页上一页第73页/共75页返回图4-22 非机械式开关组成 图4-22非 机械式开关组成第74页/共75页感谢您的观看！第75页/共75页
