第三章--光纤通信器件讲义教材.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 光纤通信器件,本章内容,3.1 连接器,3.2 耦合器,3.3 光滤波器,3.4,波分复用/解复用器件,3.5,调制器,3.6 光开关,3.7 光隔离器,3.8 光环行器,3.9 光分插复用器,3.10 波长转换器,连接器,活动连接、固定连接,连接器设计基础-尽量减小连接损耗,活动连接器结构,接口零件、光纤插针和对中三部分。,插针结构及端面形状,套管式连接器,(a)连接插座；(b)连接插针,活动连接器的种类（FC、SC、ST、LC）,FC型：用螺纹连接,SC型：轴向插拔矩形外壳,ST型：弹簧带键卡口结构,LC型：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，提高了光配线架中连接器的密度。,表3.1.1 各种单模光纤活动连接器的结构特点和性能指标,光纤固定连接-死接头,光纤熔接机的不断改进是应用微处理器，实现自动对准、自动熔接、自动检测，并估算连接损耗。,机械连接,毛细管黏结连接,把光纤插入精制的玻璃毛细管中，用紫外固化粘结剂固定，对端面进行抛光；在支架上用压缩弹簧把毛细管挤压在一起。调节光纤位置，使输出功率达到最大，从而实现对中，用光学兼容环氧树脂粘结形成接头。这种连接方法,接头损耗很低,。,耦合器,功能：,光功率分配,基本结构,22熔拉双锥耦合器,总拉伸长度,光约束在,纤芯中传播,光纤半径减小,V,明显减小,部分光在,纤芯外传播,发生耦合,P,3,P,1,P,2,P,0,光输入,后向反(散)射光,直通功率,耦合功率,火焰宽度决定,拉伸时决定,分光原理：,通过改变光纤间的消逝场相互耦合长度，以及改变光纤纤径来实现不同大小的分支量。,熔拉双锥星形耦合器,阵列波导光栅（AWG）星形耦合器,相位中心星形耦合器外形原理图,自由空间区的设计1：,输入（出）波导辐射段法线方向直接指向输出（入）阵列波导辐射段的相位中心P（Q）点,自由空间区的设计2：,光栅圆中心耦合区原理图,输入/输出波导的位置满足罗兰圆和光栅圆规则，即输入/输出波导的端口以等间距设置在半径为R的光栅圆周上，并对称地分布在聚焦平板波导的两侧，输入（出）波导端面法线方向指向右（左）侧光栅圆的圆心P（Q）点，两个光栅圆周的圆心在中心输入/输出波导的端部，并使中心输入和输出波导位于光栅圆和罗兰圆的切点处。,方向耦合器,把光功率发送到一个根据传播方向确定的输出端。,基本原理与光开关类似。,光纤耦合器,N,N,1,N,光开关,功能：,转换光路，以实现光信号的交换。,分类：,机械光开关,微机电光开关,波导光开关,机械光开关,：,利用电磁铁或步进电机驱动光纤、棱 镜、反射镜等光学元件实现光路转换。,棒透镜,棱镜,12移动棱镜光开关,机械式光开关优缺点,优点：,插入损耗小，串扰小，适合各种光纤，技术成熟,缺点：,开关速度慢（几十ms-ms），结构不紧凑，容易受振动、冲击的影响，,开关尺寸较大，而且不易集成。,微机电光开关（MEMS光开关）,一种在半导体衬底材料上，用传统的半导体工艺制造出可前倾后仰、上下移动或旋转的微反射镜阵列，在驱动力的作用下，对输入光信号可切换到不同输出光纤的微机电系统。,可升降微反射镜 MEMS光开关,可旋转微反射镜 MEMS 光开关,可立卧微反射镜 MEMS 光开关,MEMS光开关优缺点,具有机械光开关和波导光开关的优点，却克服了它们所固有的缺点；,采用了机械光开关的原理，但又能象波导开关那样，集成在单片硅基上；,基于围绕微机械中枢转动的自由移动镜面。,主要开发商有美国,Lucent,、德克萨斯仪表公司和康宁等公司。,波导光开关,：,利用固体物理效应,电光开关,热光开关,磁光开关,马赫-曾德尔1,1光开关,电光效应,是在电场作用下改变材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或偏振等使光强突变或光路转变。,热光波导开关,热光效应,是通过电流加热的方法，使介质的温度变化，导致光在介质传输的折射率和相位发生改变的物理效应。,磁光开关,法拉第（Faraday）磁致旋光效应,在外加磁场作用下，某些原本各向同性的介质变成旋光性物质，偏振光通过该物质时其偏振面发生旋转。,磁致旋光不可逆性,磁光式光开关,波导光开关优缺点,优点：,开关速度快，重复性好，可靠性高，使用寿命长，尺寸小，可单片集成,缺点：,插入损耗大，串扰大，应予改进,滤波器,功能：,从包含多个频率分量的信号中提出所需频率的信号。,种类,法布里,珀罗（F-P）滤波器,马赫-曾德尔（M-Z）滤波器,光纤布拉格（Bragg）光栅滤波器,F-P滤波器结构,由,两块平行镜面,组成的谐振腔，一块固定，另一块可移动,镜面,是经过精细加工并镀有金属反射膜或多层介质膜的玻璃板,光纤F-P干涉仪,通过外加电压使,压电陶瓷,产生,电致伸缩,作用来,改变谐振腔的长度,工作原理-光多次干涉和谐振,形成驻波的条件？,谐振腔的谐振频率,f,m,？,模间隔,f,m,=自由频谱范围（FSR）？,频谱宽度,f,m,？,谐振腔的精细度,F,？,例:,考虑一个空隙间隙长为100微米的F-P谐振腔，镜面反射系数为0.9，请计算靠近波长900nm的模式、模式间隔和每个模式的频谱宽度？,F-P滤波器的传输特性,双腔F-P滤波器的级联,M-Z滤波器结构,工作原理？,基于两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。,级联M-Z干涉滤波器,要求：输入光波的频率间隔,必须精确地控制在 的整数倍。,光纤布拉格光栅（FBG）滤波器,内部写入法,干涉法,相位掩模板法,芯层,包层,+1级,-1级,相位掩模板,光纤光栅带通滤波器,波分复用/解复用器件,种类,棱镜型,衍射光栅型,阵列波导光栅型,M-Z干涉滤波器型,棱镜解复用器,衍射光栅,三种不同的衍射光栅,光栅型解复用器,（a)普通透镜反射光栅,（b)渐变折射率透镜反射光栅,AWG型,M-Z干涉滤波器型,调制方式比较（按光源与调制信号的关系）,光调制器是通过电压或电场的变化最终调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。,直接调制,是用电信号直接调制激光器的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。,调制器种类,电光调制器,电吸收波导调制器,电光效应,线性电光效应系数,二阶电光效应系数,线性电光效应（珀克效应）,二阶电光效应（克尔效应）,横向线性电光效应相位调制器,施加的外电压在两个电场分量间产生一个可调整的相位差，因此出射光波的偏振态可被外电压控制,横向线性电光效应强度调制器,电吸收波导调制器（EAM）,I层由多量子阱波导构成，,I层对光的吸收损耗与外加的调制电压有关。,光隔离器,功能:,只允许单方向传输光,光隔离器结构及实物图,光环形器,功能：,把光信号流按一个方向从一个端口送到另一个端口，并防止光信号沿错误的方向传播而引起不必要的串扰。,1,3,2,(a),三端口,(b),四端口,1,3,2,4,原理图,三端口环行器,光环形器用于单纤双向通信,OADM-Optical Add-Drop Multiplexer,功能：,在光域实现支路信号的分插和复用。,固定波长,可变波长,