现代光纤通信技术光器件精.ppt

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1、现代光纤通信技术光器件现代光纤通信技术光器件第1页，本讲稿共59页5.1 光器件概述光器件概述 5.2 光连接器与衰减器光连接器与衰减器 5.3 耦合器与分束器耦合器与分束器 5.4 复用器复用器 5.5 光隔离器与环形器光隔离器与环形器 5.6 光开光与光交叉连接器光开光与光交叉连接器5.7 光波长转换器光波长转换器5.8 光器件测试光器件测试本本章内容章内容第2页，本讲稿共59页5.1 光器件概述光器件概述光器件的分类体块型 不能直接与光纤线路连接，而是要通过耦合元件（最重要的耦合元件是自聚焦棒透镜组），因而损耗较大。全光纤型 体积小、重量轻、结构紧凑、抗电磁干扰。特别是能够做成“在线元件

2、”，直接接入光纤线路，因而附加损耗很低。光波导型 体积小、重量轻、热和机械稳定性好、功耗低、抗电磁干扰性强、适合批量生产。第3页，本讲稿共59页光器件概述光器件概述发展趋势 n尺寸小型化、微型化。尺寸小型化、微型化。无论是在系统传输设备中，还是在终端用户上，光器件在提供高性能功能的同时，应占据尽可能小的空间。n低成本。低成本。降低器件成本的有效途径包括提高成品率，提高器件制作自动化程度，以及规范各种光器件的标准，如达成多边协议以提高光器件间的兼容性等。n多功能的集成。多功能的集成。系统的发展对光器件功能要求也愈来愈多，要求单个器件能提供更多功能，或是将更多功能的光学元件集成在一个器件中。无论是

3、器件尺寸的集成，还是功能上的集成，都可以降低器件成本，提高器件竞争力。第4页，本讲稿共59页光连接器光连接器光衰减器光衰减器5.2 光连接器与光衰减器光连接器与光衰减器第5页，本讲稿共59页光纤连接器（光纤连接器（optical connector），），俗称活接头，俗称活接头，ITU将其定义为将其定义为“用以稳定地但并不是永久地连接两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根或多根光纤的无源组件”。主要用于实现系统中主要用于实现系统中设备间、设备与仪表间、设备与光设备间、设备与仪表间、设备与光纤间以及光纤与光纤间纤间以及光纤与光纤间的的非永久性非永久性固定连接，是光纤通信固定连接

4、，是光纤通信系统中不可缺少的无源器件。系统中不可缺少的无源器件。对光纤连接器要求主要是对光纤连接器要求主要是插入损耗小、回波损耗大、重插入损耗小、回波损耗大、重复插拔的寿命长和互换性好复插拔的寿命长和互换性好。光连接器定义光连接器定义第6页，本讲稿共59页光连接器光连接器n技术指标：n互换性和重复性n 回波损耗：反射损耗，光纤连接处，后向反射光功率Pr相对输入光功率P0的比率的分贝数。n 插入损耗：光信号通过连接器之后，其输出光功率P1相对输入光功率P0的比率的分贝数。一般要求应不大于一般要求应不大于0.2 dB0.2 dB典型值应不小于典型值应不小于45 dB45 dB。第7页，本讲稿共59

5、页光纤连接损耗及其影响因素光纤连接损耗及其影响因素光纤结构参数失配引起的损耗(f)两光纤相对位置偏离设计要求引起的损耗(b)(c)(e)端面形状与间隙引起的损耗(d)(e)(a)2n1n0n（a）（c）q（b）d（d）z（e）1a2aa1x2xx12a22a纤芯直径1D2D1g2g数值孔径折射率分布（f）光纤参数端面反射横向错位角向倾斜端面间隙端面状态第8页，本讲稿共59页活动连接器活动连接器n n插入损耗目前水平插入损耗目前水平插入损耗目前水平插入损耗目前水平 0.2dB0.2dBn n减低反射技术：减低反射技术：减低反射技术：减低反射技术：APC(Angled Physical Conta

6、ct)APC(Angled Physical Contact)n n常见类型：常见类型：常见类型：常见类型：FCFC、SC SC、ST ST第9页，本讲稿共59页光纤连接器的结构光纤连接器的结构FC型：外部加强方式是型：外部加强方式是采采用金属套用金属套，紧固方式为螺，紧固方式为螺丝扣丝扣SC型：外壳采用工程塑料，型：外壳采用工程塑料，矩矩形结构形结构，便于密集安装，不用，便于密集安装，不用螺纹连接，可以直接插拔。螺纹连接，可以直接插拔。ST型：采用型：采用带键的卡口式带键的卡口式锁锁紧机构，确保连接时准确对紧机构，确保连接时准确对中。中。第10页，本讲稿共59页光纤连接器的结构光纤连接器的结

7、构第11页，本讲稿共59页光衰减器定义光衰减器定义光衰减器（光衰减器（optical attenuator）是对光功率进行预是对光功率进行预定量衰减的器件，它可分为可变光衰减器和固定光衰减定量衰减的器件，它可分为可变光衰减器和固定光衰减器。前者主要用于调节光功率电平，后者主要用于电平器。前者主要用于调节光功率电平，后者主要用于电平过高的光纤通信线路。过高的光纤通信线路。对光衰减器主要要求是：对光衰减器主要要求是：插入损耗低、回波损耗高、分插入损耗低、回波损耗高、分辨率线性度和重复性好、衰减量可调范围大、衰减精度辨率线性度和重复性好、衰减量可调范围大、衰减精度高、器件体积小，环境性能好高、器件体

8、积小，环境性能好。第12页，本讲稿共59页光衰减器光衰减器n根据工作原理分类：位移型光衰减器位移型光衰减器位移型光衰减器位移型光衰减器横向位移型光衰减器横向位移型光衰减器横向位移型光衰减器横向位移型光衰减器纵向位移型光衰减器纵向位移型光衰减器纵向位移型光衰减器纵向位移型光衰减器直接镀膜型光衰减器（吸收直接镀膜型光衰减器（吸收直接镀膜型光衰减器（吸收直接镀膜型光衰减器（吸收模或反射模型）模或反射模型）模或反射模型）模或反射模型）衰减片型光衰减器衰减片型光衰减器衰减片型光衰减器衰减片型光衰减器液晶型光衰减器液晶型光衰减器液晶型光衰减器液晶型光衰减器光衰光衰光衰光衰减器减器减器减器第13页，本讲稿共

9、59页光功率衰减功能新技术光功率衰减功能新技术热光技术电光技术微机械技术（MEMS）插入损耗大，偏振相关损耗大插损、偏振相关损耗、热漂移较大，动态范围有限体积很小，响应速度较快，功耗小，易于批量生产，但插损较大，成本高昂，是目前发展较快的技术。第14页，本讲稿共59页衰减片通常是表面蒸镀了金属吸收膜的玻璃基片，衰减片与光轴可以倾斜放置衰减片在不同位置的金属膜厚度不同，可用来获得不同的衰减在光纤端面按要求镀上一层有一定厚度的金属膜或在光的通路上设置一个几微米的气隙，从而获得固定衰耗。常用光衰减器的工作原理常用光衰减器的工作原理第15页，本讲稿共59页5.3 耦合器与分束器耦合器与分束器 光耦合器

10、（光耦合器（coupler）/分束器（分束器（splitter）的功能是实现的功能是实现光信号的合路光信号的合路/分路，就是把多个输入的光信号组合成一分路，就是把多个输入的光信号组合成一个输出或者把一个输入的光信号分配给多个输出。个输出或者把一个输入的光信号分配给多个输出。一般是对同一波长的光功率进行合路或分路。光耦合器一般是对同一波长的光功率进行合路或分路。光耦合器/分束器的使用将会对光路带来一定的附加插入损耗以及分束器的使用将会对光路带来一定的附加插入损耗以及一定的串扰和反射。一定的串扰和反射。第16页，本讲稿共59页插入损耗：插入损耗：是指一个指定输入端口的输入光是指一个指定输入端口的输

11、入光功率功率Pi和一个指定的输出端口的输出功率和一个指定的输出端口的输出功率Po的比的比值值附加损耗：附加损耗：全部输入端口的输入光功率总和与全部输入端口的输入光功率总和与全部输出端口的输出光功率总和的比值全部输出端口的输出光功率总和的比值分光比或耦合比：分光比或耦合比：某一个输出端口的输出光某一个输出端口的输出光功率与全部输出端口的输出光功率总和的比功率与全部输出端口的输出光功率总和的比值值串扰：串扰：一个输入端口的输入光功率一个输入端口的输入光功率Pi与由耦合器与由耦合器泄漏到其他输入端口的光功率泄漏到其他输入端口的光功率Pr的比值的比值光耦合器光耦合器技术指标技术指标P1P3P4P2第1

12、7页，本讲稿共59页光耦合器分类光耦合器分类v从端口形式X型、Y型、星型以及树型v从工作带宽的角度单工作窗口的窄带单工作窗口的宽带双工作窗口的宽带v从传导光模式多模与单模v从器件工艺实现方式分立光学元件组合型光纤型光耦合器集成波导型第18页，本讲稿共59页几种常见光耦合器结构示意图几种常见光耦合器结构示意图第19页，本讲稿共59页几种常见光耦合器结构示意图几种常见光耦合器结构示意图第20页，本讲稿共59页5.4 复用器复用器 一种用来合成不同波长的光信号或者分离不同波长的光信号的无源器件。（复一种用来合成不同波长的光信号或者分离不同波长的光信号的无源器件。（复用器用器/解复用器）解复用器）用于

13、波长选择、光放大器的噪声滤除、光复用用于波长选择、光放大器的噪声滤除、光复用/解复用解复用对器件的要求主要是对器件的要求主要是插入损耗低、隔离度大、带内平坦、带外插入损耗变插入损耗低、隔离度大、带内平坦、带外插入损耗变化陡峭、中心波长稳定性高等化陡峭、中心波长稳定性高等。WavelengthWavelengthfilterfilterWavelengthWavelengthmultiplexermultiplexerWavelengthWavelengthrouterrouter第21页，本讲稿共59页衍射光栅复用器衍射光栅复用器n n在在在在SiSiSiSi衬底上沉积环氧树脂后制造成衬底上沉

14、积环氧树脂后制造成衬底上沉积环氧树脂后制造成衬底上沉积环氧树脂后制造成光栅光栅光栅光栅。多波长信号经光纤输。多波长信号经光纤输。多波长信号经光纤输。多波长信号经光纤输入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上，入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上，入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上，入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上，反射光栅将各波长分反射光栅将各波长分反射光栅将各波长分反射光栅将各波长分开开开开，然后经透镜将，然后经透镜将，然后经透镜将，然后经透镜将各个波长的光聚焦在各自的光纤各个波长的光聚焦在各自的光纤各个波长的光聚焦在各自的光纤各个波长的光聚焦在各自的光纤。采用渐变折射率采用渐变折射率透镜

15、，简化了装透镜，简化了装置的校准。置的校准。采用普通透镜采用普通透镜的的WDM第22页，本讲稿共59页光栅复用器的特点光栅复用器的特点n n波长通道数大（波长通道数大（波长通道数大（波长通道数大（132Ch132Ch）n n通道间隔小（商用通道间隔小（商用通道间隔小（商用通道间隔小（商用0.4nm)0.4nm)n n插损不随通道数增加插损不随通道数增加插损不随通道数增加插损不随通道数增加(67dB)(67dB)n n温度敏感温度敏感温度敏感温度敏感(0.01nm/(0.01nm/OOC)C)，需温度补偿，需温度补偿，需温度补偿，需温度补偿(温控、材温控、材温控、材温控、材料补偿）料补偿）料补偿

16、）料补偿）n n高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损）高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损）高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损）高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损）第23页，本讲稿共59页介质膜滤波器介质膜滤波器DTFn nDielectric Thin-Film FilterDielectric Thin-Film FilterDielectric Thin-Film FilterDielectric Thin-Film Filtern n在中心波长附近，各层反射光叠加，在滤波器前端面形成很强的反射在中心波长附近，各层反射光叠加，在滤波器前端面形成

17、很强的反射在中心波长附近，各层反射光叠加，在滤波器前端面形成很强的反射在中心波长附近，各层反射光叠加，在滤波器前端面形成很强的反射光。在高反射区之外，反射光突然降低，大部分光成了透射光。光。在高反射区之外，反射光突然降低，大部分光成了透射光。光。在高反射区之外，反射光突然降低，大部分光成了透射光。光。在高反射区之外，反射光突然降低，大部分光成了透射光。n n对一定波长范围呈通带，对另外波长范围呈阻带，从而形成所要求的滤波特性对一定波长范围呈通带，对另外波长范围呈阻带，从而形成所要求的滤波特性对一定波长范围呈通带，对另外波长范围呈阻带，从而形成所要求的滤波特性对一定波长范围呈通带，对另外波长范围

18、呈阻带，从而形成所要求的滤波特性第24页，本讲稿共59页n通带特性好（平顶、隔离度高通带特性好（平顶、隔离度高25dB）nPDL小小(0.2dB)n插损低插损低 57dB（16波）波）n温度敏感性小（温度敏感性小（0.0005nm/OC 不需温控）不需温控）n波长数波长数 16CH；波长间隔；波长间隔 0.8nmn价格较高价格较高n是是16波长波长WDM系统中主要选用的器件系统中主要选用的器件多层介质膜复用器特点多层介质膜复用器特点第25页，本讲稿共59页可通过改变熔融拉锥条件，增强耦合系数对波长的敏感可通过改变熔融拉锥条件，增强耦合系数对波长的敏感性，从而制成熔融拉锥型性，从而制成熔融拉锥型

19、WDMWDM器件器件特点：特点：插损低、结构简单、温度稳定性高、无需插损低、结构简单、温度稳定性高、无需波长选择器件波长选择器件；复用波长数少、隔离度差复用波长数少、隔离度差应用：常用于应用：常用于1300nm/1550nm1300nm/1550nm、980nm/1550nm980nm/1550nm、1480nm/1550nm1480nm/1550nm波长的分离波长的分离熔锥光纤滤波器熔锥光纤滤波器第26页，本讲稿共59页阵列波导光栅阵列波导光栅AWGArray-Waveguide-Grating规则排列的波导，相邻规则排列的波导，相邻波导的长度相差固定值波导的长度相差固定值 L，因而产生的相

20、位，因而产生的相位差随波长而变。差随波长而变。第27页，本讲稿共59页AWG的工作原理的工作原理 设设AWGAWG的的输输入入端端口口数数和和输输出出端端口口数数均均为为n n，输输入入耦耦合合器器为为nmnm形形式式，输输出出耦耦合合器器为为mnmn形形式式，输输入入和和输输出出耦耦合合器器之之间间由由m m个个波波导导连连接接，每每相相邻邻波波导导的的长长度度差差均均为为LL。输输入入耦耦合合器器将将某某个个输输入入端端口口的的输输入入信信号号分分成成m m部部分分，它它们们之之间间的的相相位位差差由由从从输输入入波波导导到到阵阵列列波波导导在在输输入入耦耦合合器器中中传传输输的的距距离离

21、来来决决定定。在在输输入入波波导导i i的的光光信信号号的的波波长长中中，满满足足2k2k的的整整数数倍倍的的波波长长将将在在输输出出波波导输出。导输出。通过适当设计，可以做成通过适当设计，可以做成1n1n波分解复用器和波分解复用器和n1n1波分复用器。波分复用器。第28页，本讲稿共59页 AWG特点：特点：信道间隔（信道间隔（1.6 0.8 0.4nm）端口（端口（1 8 1 16 1 32 1 64)需要温控（需要温控（0.01nm/C0)插损不随通道数增加插损不随通道数增加(67dB)高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损）高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损）隔离度隔

22、离度22dBPDL1dB 应用：应用：复用复用/解复用（解复用（16通道以上通道以上WDM系统中最具竞争力的器件）系统中最具竞争力的器件）AWG的特点及应用的特点及应用第29页，本讲稿共59页光隔离器光隔离器光隔离器光隔离器光环形器光环形器5.5 光隔离器与环形器光隔离器与环形器 第30页，本讲稿共59页用途用途只允许光波往一个方向传播，阻止光波往其他方向特别是反方向传输的。主要用在激光器或光放大器的后面，以消除反射光的影响，使系统工作稳定。主要参数要求主要参数要求插入损耗小（典型值约为0.5 dB）隔离度大（典型值约在4050dB之间）PDL小（0.2 dB）组成原理组成原理一般由起偏器、检

23、偏器和旋光器组成。光隔离器概述光隔离器概述第31页，本讲稿共59页起偏器使入射光德垂直偏振分量通过，调整法拉第旋转器（起偏器使入射光德垂直偏振分量通过，调整法拉第旋转器（YIG）的磁场）的磁场强度，使偏振面旋转强度，使偏振面旋转45，然后通过检偏器。反射光返回时，通过法拉第旋，然后通过检偏器。反射光返回时，通过法拉第旋转器又一次旋转转器又一次旋转45，正好与入射光偏振面正交，因此受到隔离。，正好与入射光偏振面正交，因此受到隔离。光隔离器工作原理光隔离器工作原理第32页，本讲稿共59页光环形器光环形器基本原理：与光隔离器相似基本原理：与光隔离器相似光传送顺序：光传送顺序：1 12 2 3 3 4

24、 4 主要指标：主要指标：插入损耗、隔离度、插入损耗、隔离度、PDLPDL、回波损耗、方向、回波损耗、方向性等性等（与光隔离器基本相同）（与光隔离器基本相同）第33页，本讲稿共59页光环形器工作原理光环形器工作原理起偏器、检偏器、旋光器第34页，本讲稿共59页光环形器应用光环形器应用光环形器的两种基本应用：光环形器的两种基本应用：光环形器的两种基本应用：光环形器的两种基本应用：OADMOADMOADMOADM制作；单纤双向传输制作；单纤双向传输制作；单纤双向传输制作；单纤双向传输基于基于FBGFBG和多口光环形器的和多口光环形器的BOADMBOADM结构结构第35页，本讲稿共59页n光开光定义

25、光开光定义：通过光通道的通断和转换，实现光层面上的路由选通过光通道的通断和转换，实现光层面上的路由选择、波长选择、光分插复用、光交叉连接和自愈保护等功能。择、波长选择、光分插复用、光交叉连接和自愈保护等功能。n开关时间：开关时间：开关端口从某一初始状态转为通或断所需的时间。不同的应开关端口从某一初始状态转为通或断所需的时间。不同的应用场合用场合,对光开关的开关时间要求不同对光开关的开关时间要求不同。n光开关其他重要参数：光开关其他重要参数：消光比、插损、串话、偏振相关性消光比、插损、串话、偏振相关性(PDL)(PDL)。5.6 光开光与光交叉连接器光开光与光交叉连接器应用开关时间需求光路的交换

26、及管理(OADM、OXC)110ms保护开关光包交换1ns外调制10ps110ms第36页，本讲稿共59页传统机械光开关的结构示意图传统机械光开关的结构示意图传统机械光开关的结构示意图传统机械光开关的结构示意图机械式光开关机械式光开关工作原理：工作原理：通过移动光纤将光直接耦合到输出端或采用棱镜、反射镜切换光通过移动光纤将光直接耦合到输出端或采用棱镜、反射镜切换光路路特点：特点：偏振无关，插入损耗低、串扰小、光学性能好，体积较大、开关偏振无关，插入损耗低、串扰小、光学性能好，体积较大、开关速度慢速度慢第37页，本讲稿共59页MEMSMEMS开关阵列图开关阵列图开关阵列图开关阵列图 工作原理：工

27、作原理：通过磁、静电效应移动或旋转微反射镜，利用这些微镜片通过磁、静电效应移动或旋转微反射镜，利用这些微镜片的二维或三维空间运动，将光直接反射到不同的输出端的二维或三维空间运动，将光直接反射到不同的输出端特点：特点：低损耗、低串扰、低偏振敏感性、高消光比、体积小、集低损耗、低串扰、低偏振敏感性、高消光比、体积小、集成度高、开关速度快成度高、开关速度快MEMS光开关光开关第38页，本讲稿共59页喷墨气泡热光开关模块喷墨气泡热光开关模块喷墨气泡热光开关模块喷墨气泡热光开关模块 n工作原理：工作原理：利用了气泡（镜面）对光反射的原理，当入射光照入并要求交换时，利用了气泡（镜面）对光反射的原理，当入射

28、光照入并要求交换时，一个热敏硅片会在液体中产生一个气泡，气泡将光从入射波导全反射到输出波导一个热敏硅片会在液体中产生一个气泡，气泡将光从入射波导全反射到输出波导n特点：特点：开关速度为开关速度为ms量级，插损低、串扰小，具有较好的可扩展性量级，插损低、串扰小，具有较好的可扩展性喷墨气泡热光开关喷墨气泡热光开关第39页，本讲稿共59页 (a)定向耦合器型光开关 (b)M-Z干涉仪型光开关电光开关原理示意图电光开关原理示意图电光开关原理示意图电光开关原理示意图波导光开关波导光开关n工作原理：工作原理：利用电光效应或电吸收效应以及硅材料的等离子体色散效应，在电利用电光效应或电吸收效应以及硅材料的等离

29、子体色散效应，在电场的作用下改变材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或者偏振等方法使场的作用下改变材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或者偏振等方法使光强突变或光路转变光强突变或光路转变第40页，本讲稿共59页热光开关原理示意图热光开关原理示意图热光开关原理示意图热光开关原理示意图 n工作原理：工作原理：通过电流加热的方法，使介质的温度变化，导致光在介质中通过电流加热的方法，使介质的温度变化，导致光在介质中传播的折射率和相位发生改变，进而实现光信号的通断传播的折射率和相位发生改变，进而实现光信号的通断n典型材料：典型材料：SiO2、Si、LiNbO3和有机聚合物等和有机聚合物等n特点：特点

30、：可以集成、开关速度优于机械式（可以集成、开关速度优于机械式（ms）热光开关热光开关第41页，本讲稿共59页声光开关原理示意图声光开关原理示意图声光开关原理示意图声光开关原理示意图 工作原理：工作原理：利用声光效应，即声波在某些介质中传播时，该介质会利用声光效应，即声波在某些介质中传播时，该介质会产生与声波信号相应的、随时间和空间周期变化的弹性形变，从而导致介质产生与声波信号相应的、随时间和空间周期变化的弹性形变，从而导致介质折射率的周期性变化，形成等效的位相光栅，其光栅常数等于声波波长，因折射率的周期性变化，形成等效的位相光栅，其光栅常数等于声波波长，因而能提供一种方便地控制光的强度、频率和

31、传播方向的手段而能提供一种方便地控制光的强度、频率和传播方向的手段声光开关声光开关第42页，本讲稿共59页光调制光开关原理示意图光调制光开关原理示意图光调制光开关原理示意图光调制光开关原理示意图工作原理：工作原理：利用输入的控制光信号与信号光进行光交叉相位调制，来调节输利用输入的控制光信号与信号光进行光交叉相位调制，来调节输出信号光的相对相位关系以实现开关通断。出信号光的相对相位关系以实现开关通断。通过外部输入控制光调制半导体光放大器通过外部输入控制光调制半导体光放大器(SOA)的折射率来调节输出信号的折射率来调节输出信号光的相对相位关系以实现开关通断。光的相对相位关系以实现开关通断。光调制光

32、开关光调制光开关第43页，本讲稿共59页功能定义功能定义：用于光纤网络节点的装置，通过对光信号进行交叉连接，能灵活有用于光纤网络节点的装置，通过对光信号进行交叉连接，能灵活有效地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护效地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控的重要技恢复以及自动配线和监控的重要技术术结构核心：结构核心：光交叉连接矩阵（一般是通过光开关矩阵来实现）光交叉连接矩阵（一般是通过光开关矩阵来实现）技术要求：技术要求：无阻塞、低串扰、低延迟、无偏振依赖性、宽带和高的可靠性，无阻塞、低串扰、低延迟、无偏振依赖性、宽带和高的可靠性，并具有单向、双向和广播形式的功能并具

33、有单向、双向和广播形式的功能光交叉连接器光交叉连接器OXC功能结构示意图功能结构示意图第44页，本讲稿共59页波分复用波分复用/解复用器解复用器光交叉连接矩阵光交叉连接矩阵波长转换模块波长转换模块OXC基本结构基本结构第45页，本讲稿共59页5.7 光波长转换器光波长转换器n光波长转换器（光波长转换器（Wavelength Converter）是一是一种实现将光信号从某一波长的光载波转换至另一波种实现将光信号从某一波长的光载波转换至另一波长光载波的器件，是波分复用光通信系统向光网络长光载波的器件，是波分复用光通信系统向光网络演变的一个关键性器件。它可以在光通信网络中广演变的一个关键性器件。它可

34、以在光通信网络中广泛地用于光交换、波长路由以及光信号的全光再生泛地用于光交换、波长路由以及光信号的全光再生等。等。n光电光式光波长转换器光电光式光波长转换器n全光波长转换器全光波长转换器第46页，本讲稿共59页光光光光/电电电电/光波长转换器结构原理图光波长转换器结构原理图光波长转换器结构原理图光波长转换器结构原理图 功能定义功能定义：首先利用光探测器将光信号转化为电信号，再将此信号存储于电存储器中，然后首先利用光探测器将光信号转化为电信号，再将此信号存储于电存储器中，然后用此电信号驱动可调谐激光器，变成另一波长的光信号。用此电信号驱动可调谐激光器，变成另一波长的光信号。特点特点 信噪比高、偏

35、振无关、转换速率可达信噪比高、偏振无关、转换速率可达10Gbit/s、可实现消光比增强及信号、可实现消光比增强及信号再生、技术成熟再生、技术成熟 透明性受影响、透明性受影响、光电转换线路复杂，终究要受电子瓶颈的限制光电转换线路复杂，终究要受电子瓶颈的限制光光-电电-光式光波长转换器光式光波长转换器第47页，本讲稿共59页全光波长转换器（全光波长转换器（WC）Wavelength ConerterWavelength Conerter全光全光波长转换器波长转换器是是将信号从一个波长变为另一个将信号从一个波长变为另一个波长而不需要变换到电域，因此具有高速、宽带、波长而不需要变换到电域，因此具有高速

36、、宽带、透明透明(与信号格式无关与信号格式无关)的特点。的特点。n利用利用SOASOA中的交叉增益调制中的交叉增益调制(SOA-XGM)(SOA-XGM)n利用利用SOASOA中的交叉相位调制中的交叉相位调制(SOA-XPM)(SOA-XPM)n利用利用SOASOA中的四波混频效应中的四波混频效应(SOA-FWM)(SOA-FWM)第48页，本讲稿共59页SOA-XGMSOA-XGMSOA-XGMSOA-XGM型全光波长转换器结构原理图型全光波长转换器结构原理图型全光波长转换器结构原理图型全光波长转换器结构原理图 基于基于SOA-XGM的的WC工作原理工作原理：随着输入光功率的增加，由于受激辐

37、射，SOA中载流子的消耗相应增加，载流子浓度下降，导致SOA增益减少，即发生增益饱和现象。此时，如果把一束波长为S S（与目标波长相同）的连续探测光注入SOA，当信号光处于高功率（逻辑1）时，由于SOA的增益饱和效应，探测光不能得到放大（逻辑0）；相反，当信号光处于逻辑0时，探测光被放大（逻辑1）。此即为交叉增益调制效应（XGM）。于是，强度调制信息就从信号光C C加载到了探测光S S上，实现了波长变换，只是输出信号在逻辑上与原信号相反。C SFilter SSOACW第49页，本讲稿共59页SOA-XGM的特点的特点 优点：优点：可以达到较高的转换速率，可到可以达到较高的转换速率，可到10G

38、b/s；输出光与原信号光反相；输出光与原信号光反相；转换效率高；转换效率高；偏振无关（要求使用的偏振无关（要求使用的SOA偏振无关）；偏振无关）；结构简单。结构简单。缺点：缺点：比特流倒置比特流倒置信号的消光比恶化信号的消光比恶化第50页，本讲稿共59页MZIMZIMZIMZI结构的结构的结构的结构的SOA-XPMSOA-XPMSOA-XPMSOA-XPM波长转换器的结构原理图波长转换器的结构原理图波长转换器的结构原理图波长转换器的结构原理图n工作原理工作原理：在半导体光放大器中由于载流子耗尽达到增益饱和，同时使在半导体光放大器中由于载流子耗尽达到增益饱和，同时使SOA的的有源区的折射率发生变

39、化有源区的折射率发生变化，导致通过其中的探测光产生相位调制，对调相的，导致通过其中的探测光产生相位调制，对调相的输出光进行鉴相，变为调幅信号，即可实现光波长的转换。输出光进行鉴相，变为调幅信号，即可实现光波长的转换。基于基于SOA-XPM的的WC第51页，本讲稿共59页基于基于SOA-FWM的的WC特点：特点：与信号格式无关、信号比特率可达与信号格式无关、信号比特率可达40Gbit/s.缺点：缺点：转换效率低、偏振相关转换效率低、偏振相关、输入信号动态范围小、转换效、输入信号动态范围小、转换效率与波长有关（即当输入信号波长与转换波长间隔增大时，率与波长有关（即当输入信号波长与转换波长间隔增大时

40、，转换效率随之降低）。转换效率随之降低）。Signal SPump PFilter c S P c c=2 p-s第52页，本讲稿共59页 插入损耗的测量插入损耗的测量 回波损耗的测量回波损耗的测量回波损耗的测量回波损耗的测量 隔离度的测量隔离度的测量 方向性的测量方向性的测量 偏振相关损耗的测量偏振相关损耗的测量偏振相关损耗的测量偏振相关损耗的测量5.8 光器件测试光器件测试第53页，本讲稿共59页插入损耗的测量插入损耗的测量光纤宽带光源BLS(Broadband laser source)可调激光器TLS(Tunable laser source)偏振控制器PC(Polarization

41、controller)光功率计PM(Power meter)光谱分析仪OSA(Optical spectrum analyzer)第54页，本讲稿共59页PMTLSCACB临时接点TJPMTLSCACB临时接点TJL1P截断点J插入损耗的测量插入损耗的测量-截断法截断法 截断法测量步骤：(1)测量并记录P1；(2)截断临时节点处光纤，L30 cm测量并记录P0；(3)计算插入损耗I.L.=10lg(P1/P0)PMTLSCA临时接点TJ0P第55页，本讲稿共59页PMTLSCA临时接点TJ0P插入损耗的测量插入损耗的测量-替代法替代法 替代法是一种非破坏性的方法，与截断法相比，精度稍微低了些，

42、测量步骤如下：(1)按图(1)测试并记录P1；(2)在P1稳定后，按图(2)（即直接将插头CA插入光功率计）测量并记录P0；(3)按公式I.L.=10lg(P1/P0)计算插入损耗。(1)(2)PMTLSCACB临时接点TJ1P第56页，本讲稿共59页0PTLSPMCA光耦合器CA1PTLSPM待测ISO光耦合器回波损耗的测量回波损耗的测量 图(2)测量P1图(1)测量P0光隔离器回波损耗测试步骤（1）选择一个22插入损耗小，分光比为1：1带连接器端口的光耦合器，按图(1)的光路测量P0；（2）按图(2)的光路接上待测光隔离器ISO（isolater），并测量回返光功率P1；（3）根据公式R.

43、L.=10lg(P1/P0)即可计算出被测隔离器的回损。第57页，本讲稿共59页OSABBSCAOSABBS0(l)P1(l)PCA待测ISO光隔离器反向隔离度的测量光隔离器反向隔离度的测量 图(2)测量P1()图(1)测量P0()（1）按图(1)光路记录下输入端的频谱 P0()（2）按图(2)光路反向接入光隔离器，并测出输出端的频谱P1()（3）根据公式 I.L.()=10lgP1()/P0()即可算出光隔离器的反向隔离度。第58页，本讲稿共59页PM1TLSCAPMTLS0,1310P1,1310PCAPM21,1550PCA0,1550PWDM1310/1550 nm图图(1)(1)测量测量P P0,13100,1310和和P P0,15500,1550WDM隔离度的测量隔离度的测量 图(2)测量P1,1310和P1,1550（1）按图(1)光路分别记录下TLS在1310nm和1550nm的输入光功率P0，1310和P0，1550；（2）按图(2)光路接上WDM，分别测出1310nm和1550nm输出臂的功率P1，1310和P1，1550；（3）按照公式 I.L.i=10lgP1i/P0i（式中i=1310,1550）分别计算出1310nm和1550nm的插入损耗。第59页，本讲稿共59页