常用光无源器材
常用光无源器材第四章常用光无源器材4.1光纤衔接器4.2光纤耦合器4.3波分复用/解复用器4.4光开关4.1光纤衔接器4.1.1光纤衔接器的结构与品种光纤(缆)活动衔接器是完成光纤(缆)之间活动衔接的光无源器材，它还具有将光纤(缆)与其他无源器材、光纤(缆)与体系和外表进行活动衔接的功用。1.光纤衔接器的结构光纤衔接器绝大多数都是选用某种机械和光学结构，使两根光纤的纤芯对准，保证90%以上的光能够经过，现在有代表性而且正在运用的光纤衔接器首要有五种结构。(1)套管结构套管结构的衔接器由插针和套筒组成。(2)双锥结构双锥结构衔接...
第四章常用光无源器材4.1光纤衔接器4.2光纤耦合器4.3波分复用/解复用器4.4光开关4.1光纤衔接器4.1.1光纤衔接器的结构与品种光纤(缆)活动衔接器是完成光纤(缆)之间活动衔接的光无源器材，它还具有将光纤(缆)与其他无源器材、光纤(缆)与体系和仪
进行活动衔接的功用。1.光纤衔接器的结构光纤衔接器绝大多数都是选用某种机械和光学结构，使两根光纤的纤芯对准，保证90%以上的光能够经过，现在有代表性而且正在运用的光纤衔接器首要有五种结构。(1)套管结构套管结构的衔接器由插针和套筒组成。(2)双锥结构双锥结构衔接器是运用锥面定位。(3)V形槽结构V形槽结构的光纤衔接器是将两个插针放入V形槽基座中，再用盖板将插针压紧，运用对准原理使纤芯对准，(如图4.3所示)。图4.3V形槽结构(4)球面定心结构球面定心结构由两部分所组成，一部分是装有精细钢球的基座，另一部分是装有圆锥面(相当于车灯的反光镜)的插针。(5)透镜耦合结构透镜耦合又称远场耦合，它分为球透镜耦合和自聚焦透镜耦合两种，其结构别离如图4.5、图4.6所示。图4.5球透镜耦合结构图4.6自聚焦透镜耦合2.光纤活动衔接器的品种光纤活动衔接器的品种、类型许多，其间有代表性的有：FC、ST、SC、D4、双锥、VFO(球面定心)、F-SMA、MT-RJ衔接器等等。下面针对FC、SC和ST这三种衔接器作简略的介绍。(1)FC系列衔接器FC型衔接器是一种用螺纹衔接，外部零件选用金属
制造的衔接器，它是我国电信网选用的首要品种，我国已拟定了FC型衔接器的国家
。(3)ST型衔接器ST型衔接器选用带键的卡口式锁紧组织，保证衔接时精确对中。(4)不相同的类型插头相互衔接的转化器关于上述FC、SC、ST三种衔接器，在对不相同的类型插头衔接时，需求转化器进行衔接。(5)活动衔接器跳线的规范因为实践运用情况很杂乱，因而跳线的规范也多种多样。在挑选跳线时，至少有下述几个参数是需求清晰的。(6)新式多芯光纤衔接器跟着用户通信网规划的扩展、WDM的遍及、电信网／数据网的光纤化甚至多媒体大容量信息处理设备的开展均推进着光缆向多芯、高密度方向深入开展，带状多芯光缆需求用多芯光纤衔接器进行衔接，多芯带状光纤MT衔接器就应运而生。4.1.2光纤衔接器特性点评一个衔接器的首要指标有4个，即刺进损耗、回波损耗、重复性和交换性。1.刺进损耗刺进损耗是指光纤中的光信号经过活动衔接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数，表达式为：Ac＝-10lgP1/P0(dB)式中：Ac为衔接器刺进损耗；P0为输入端的光功率；P1为输出端的光功率。2.回波损耗回波损耗又称为后向反射损耗。它是指光纤衔接处，后向反射光对输入光的比率的分贝数，表达式为：Ar＝-10lgPR/P0(dB)式中：Ar表明回波损耗；P0表明输入光功率；PR表明后向反射光功率。3.重复性和交换性重复性是指光纤(缆)活动衔接器屡次插拔后刺进损耗的改动，用dB表明。交换性是指衔接器各部件交换时刺进损耗的改动，也用dB表明。4.2光纤耦合器光耦合器是将光信号进行分路或合路、刺进、分配的一种器材。4.2.1光纤耦合器的结构与原理制造光耦合器能够有多种
，大致可分为分立光学元件组合型、全光纤型、平面波导型等。下面首要介绍熔融拉锥法的原理。熔融拉锥法便是将两根(或两根以上)除掉涂覆层的光纤以必定的办法挨近，在高温加热下熔融，一起向两边拉伸，终究在加热区构成双锥体方式的特别波导结构，完成传输光功率耦合的一种办法。(1)熔融拉锥型单模光纤耦合器在单模光纤中，传导模是两个正交的基模(HE11)信号。图4.9所示是单模光纤耦合器的迅衰场耦合示意图，其间归一化频率(2)熔融拉锥型多模光纤耦合器在多模光纤中，传导模是若干个分立的形式，不只应在数值孔径角内，还要一起满意4an1sinθ=mλ(m=1，2，3，…)。其间，a为纤芯半径，n1是纤芯折射率，θ为传导模与光轴的夹角，λ为传输光的波长。总的形式数为：M=V2/2式中：V为归一化频率。4.2.2光纤耦合器的特性1.刺进损耗刺进损耗(InsertinLoss，IL)界说为指定输出端口的光功率相对悉数输入光功率的削减值。该值通常以分贝(dB)表明，数学表达式为其间：ILi是第i个输出端口的刺进损耗；Pouti是第i个输出端口测到的光功率值；Pin是输入端的光功率值。2.附加损耗附加损耗(ExcessLoss，EL)界说为一切输出端口的光功率总和相关于悉数输入光功率的减小值。该值以分贝(dB)表明的数学表达式为式中：Pouti为第i个输出口的输出功率；Pin为输入光功率。3.分光比分光比(CouplingRatio，CR)是光耦合器所特有的技能术语，它界说为耦合器各输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比，在详细运用中常用数学表达式表明为例如关于规范X形耦合器，1∶1或50∶50代表了相同的分光比，即输出为均分的器材。4.方向性方向性也是光耦合器所特有的一个技能术语，它是衡量器材定向传输性的参数。以规范X形耦合器为例，方向性界说为在耦合器正常作业时，输入端非注入光端口的输出光功率(图4.8中的I2)与总注入光功率的比值，以分贝(dB)为单位的数学表达式为：式中：Pin1代表总注入光功率；Pin2代表输入端非注入光端口的输出光功率。5.均匀性均匀性便是衡量均分器材的“不均匀程度”的参数。它界说为在器材的作业带宽范围内，各输出端口输出功率的最大改动量。其数学表达式为式中：MIN(Pout)为最小输出光功率；MAX(Pout)为最大输出光功率。6.偏振相关损耗偏振相关损耗(PolarizationDependentLoss，PDL)是衡量器材功能关于传输光信号的偏振态的灵敏程度的参量。它是指当传输光信号的偏振态发生360°改动时，器材各输出端口输出光功率的最大改动量：在实践运用中，光信号偏振态的改动是常常发生的，因而，为了不影响器材的运用效果往往要求器材有满意小的偏振相关损耗。7.阻隔度阻隔度是指某一光路对其他光路中的信号的阻隔才能。阻隔度高，也就从另一方面代表着线路之间的“串话”小。其数学表达式为式中：Pt是某一光路输出端测到的其他光路信号的功率值；Pin是被检测光信号的输入功率值。4.3波分复用/解复用器4.3.1波分复用/解复用器的原理与分类1.光栅型衍射光栅型波分复用器材是近年开展起来的。衍射光栅是运用硅衬底单晶各向异性腐蚀制造的光栅与棱镜分光比较具有更大优势，常用来制造波分复用器的首要分光元件。2.波导阵列光栅型图4.15所示是一种波导阵列光栅型波分复用器材。它是由输入、输出波导、空间耦合器和波导阵列光栅构成。图4.15波导阵列光栅型DWDM3.光纤光栅光纤光栅是运用光纤制造中的缺点，用紫外光照耀，使得光纤纤芯折射率散布呈周期性改动图4.17光纤光栅滤波效果，在满意布拉格光栅条件的波长上全反射，而其余波长经过的是一种全光纤陷波滤波器，如图4.17所示。图4.17光纤光栅滤波效果(1)干与法干与法是运用双光束干与原理，将一束紫外光分红两束平行光，并在光纤外构成干与场，调理两干与臂长，使得构成的干与条纹周期满意制造光纤光栅的要求。(2)相位掩膜板法相位掩膜板法，是运用预先制造的膜板，当紫外光经过相位板时发生干与，从而在光纤圆柱面构成干与场，将光栅写入光纤。4.3.2波分复用/解复用器的特性1.解复用器以光信号波长为函数的解复用器的首要光学特性有以下几点。(1)中心波长(或通带)λ1、λ2…λn+1(2)中心波长作业范围Δλ1、Δλ2(3)中心波长对应的最小刺进损耗L1式中：P′1代表波长为λ1的光束在输出端的光功率；P01别离代表波长为λ1的光束在输入端合路信号中的光功率。4.相邻信道之间串音耦合最大值L12式中：P‘1代表波长为λ1的光束在输出端串扰到λ2的输出端口处的光功率，P2别离代表波长为λ2的光束在输出端口处的输出光功率。(5)偏振相关损耗偏振相关损耗是指光信号以不同的偏振状况输入时(如线偏振、圆偏振、椭圆偏振等)，对应输出端口刺进损耗最大改动量。2.复用器以光信号波长为函数的复用器的光学特性，可用于给定的输入端口(1#至N#端口为输入端口，0#端口为输出端口)。4.4光开关4.4.1光开关的品种1.机械式光开关机械式光开关是最传统的光开关，一种实用化的机械式多模光纤光开关的刺进损耗小于1dB，开关时间小于1ms。(1)微光机电体系光开关微光机电体系光开关是微光机电体系技能与传统光技能相结合的新式机械式光开关。(2)毛细管效应光开关毛细管效应光开关是选用了电毛细管效应或热毛细管效应的光开关结构。(3)金属薄膜光开关金属薄膜光开关运用了金属膜与无源波导相结合的构形，其结构如图4.23所示。图4.23运用了金属膜与无源波导相结合的光开关结构2.液晶光开关液晶光开关是在硅衬底材料上制造出偏振光束分支波导，再把每个分支波导交叉点刻蚀成有必定视点的槽，槽内装上折射匹配的液晶，液晶槽下面是电热器。3.热光效应光开关热光效应光开关是运用加热光波导，改动光波导的折射率，引起主波导与需求的分支波导间的光耦合，以此来完成光开/关的器材。4.4.2光开关的特性参数1.刺进损耗刺进损耗是指输入与输出端口之间光功率的削减，以分贝来表明：式中：P0为进入输入端的光功率；P1为输出端接纳的光功率。刺进损耗与开关的状况有关。2.回波损耗回波损耗(也称反射损耗或反射率)是指从输入端回来的光功率与输入光功率的比值，以分贝表明：式中：P0为进入输入端的光功率；P1为输入端口接纳到的回来光功率。回波损耗与开关的状况有关。3.阻隔度阻隔度是指两个相阻隔输出端口光功率的比值，以分贝来表明。式中：n、m为开关的两个阻隔端口(n≠m)；Pin是光从i端口输入时n端口的输出光功率，Pim是光从n端口输入时在m端口测得的光功率。4.远端串扰远端串扰是指光开关的接通端口的输出光功率与串入另一端口的输出光功率的比值。5.近端串扰近端串扰是指当其他端口接终端匹配，衔接的端口与另一个名义上是阻隔的端口的光功率之比。6.消光比消光比是两个端口处于导通和非导通状况的刺进损耗之差。式中：ILnm为n，m端口导通时的刺进损耗；ILnm0为n，m端口非导通时的刺进损耗。7.开关时间开关时间是指开关端口从某一初始状况转为通或断所需的时间，开关时间从开关上施加或撤去转化能量的时间算起。
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