第4章无源器件 在光网络中，一类元件需要电源才能工作，如激光器、接收器、调制器和光放大器。这一类称有源器件。还有另一类元件不需要外部电源，这就是无源器件。下面将介绍常见的无源器件。 无源光器件 在光纤通信系统中需要众多的无源光器件，在光路中起着光纤连接、光功率分配、光信息的衰减、隔离和调制、光波分复用、光信道切换等作用。这些无源光器件包括连接器、分路器与耦合器、衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、光开关和调制器等。 1光纤的连接与光纤连接器 光纤与光纤的连接有两种：一种是永久性连接，另一种是活动连接。 光纤与光纤的永久性连接一般会用高频电弧放电熔接的方法。 活动连接是通过光纤连接器来实现 光纤连接器的结构有两部分所组成：1、套筒；2、插针 套筒：用来保证光路或光纤尽可能的完成对准，使大部分能够通过。 插针：是连接的核心部件，也称为插头，其作用就是将光纤固定保护起来，并使套管中的光纤对准。 分套筒结构；双锥结构；透镜结构；V型槽结构等。 光连接器的三种端面接触形式： 平面型接触（FC,Flat Contact） PC型接触（PC,Physical Contact） APC型接触（APC,Angle Physical Contact） FC型,是一种罗纹连接 SC型,插拔式连接器 ST型,带键的卡口式 2光耦合器 在光纤通信系统或光纤测试中，经常要遇到需要从光纤的主传输信道中取出一部分光，作为监测、控制等使用，这就用到光纤分路器；也需要把两个不同方向来的光信号合起来送入一根光纤中传输，这就用光纤耦合器来完成。 3光隔离器与光环行器 某些光器件，像LD及光放大器等对来自连接器、熔接点、滤波器等的反射光非常敏感，并导致性能恶化。因此就需要用光隔离器来阻止反射光。 光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件，其工作基于法拉第旋转的非互易性。隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。 光隔离器是一种利用Faraday效应制成的使光单向传输的非互易性器件。按构成材料光隔离器可分为三类，即体结构型、光纤型以及波导型。光隔离器大多数都是由起偏器、检偏器及Faraday旋转器组成。Faraday旋转器的材料多为磁性晶体. 隔离器工作原理如图所示。 这里假设入射光只是垂直偏振光，第一个偏振器的透振方向也在垂直方向， 因此输入光可以通过第一个偏振器。 紧接第一个偏振器的是法拉弟旋转器，法拉弟旋转器由旋光材料制成，能使光的偏振态旋转一定角度，例如45°，并且其旋转方向与光传播方向无关。 在某些应用场合，需要光隔离器的输入与偏振无关。隔离器的偏振无关性定义为隔离器对两个偏振方向相互垂直的光的隔离度之差，用dB表示。此值愈小，表明隔离器的偏振无关性愈好。 光环行器 光环路器是一种利用Faraday效应制成的三端口非互易性器件，其核心元件同样是Faraday旋转器，其结构与光隔离器也很接近。光环路器有三个端口：port1、port2及port3。从port1入射的光通过环路器从port2出射，而从port2入射的光则从Port3出射。 光环路器的特性参数有插入损耗L（包括port1到port2的插入损耗和port2到 port3的插入损耗 ）和隔离度I。设 pin2 为port2的入射光功率， pout1 ， pout3 分别为从port1及port3输出的光功率，则隔离度I定义为： 4光衰减器 当输入光功率超过某一范围时，为了使光接收机不产生失真，或为满足光线路中某种测试的需要，就必须对输入光信号进行某些特定的程度的衰减。光衰减器在光纤通信、光信息处理、光学测量中都是一种重要的光无源器件，器功能是对光功率进行与定量的光衰减。 目前常用的光衰减器主要是采用金属蒸发膜来吸收光能进行光衰减，衰减量的大小与膜的厚度成正比。 光衰减器可分为固定衰减器和可变衰减器两种。 光衰减器衰减光功率的工作机理主要有三种： 1.耦合型光衰减器。它是通过输入、输出光束对准偏差的控制来改变光耦合量的大小，进而达到改变衰减量的目的。如在光纤对光纤的准直结构中，经过控制两根光纤间的距离来得到不同的衰减。 2. 反射型光衰减器。它是在玻璃基片上镀金属薄膜作为衰减片。由膜层厚度的不同来改变反射量的大小，进而达到改变衰减量的目的 3. 吸收型光衰减器。它是采用光学吸收材料制造成衰减片，对光的作用主要是吸收和透射，其反射量很小。因而光线可垂直入射到衰减片上，从而可简化结构和工艺，使器件体积和重量变得更小。这种器件具有长期的稳定性。 不管何种光衰减器，其主要技术指标是:插入损耗，衰减量变化范围、重复性、精度以及温度和波长的影响等。 5光开关 光开关在光纤通信技术中作光路切换之用，如系统的主备切换等。光开关的功能是转换光路， 实现光交换， 它是光网络的重要器件。 光开关主要有两大类，即机械式及波导式。 机械式开关如图所示 7光滤波器 光滤波器在光纤通信系统中的应用正在逐步扩大，如波分复用系统中的波长选择、光放大器中的噪声滤波等。 7光滤波器 光滤波器（多层介质薄膜谐振腔） 光滤波器（MZI型） 可调谐光滤波器 光滤波器（多层介质薄膜谐振腔） 这是反射镜采用多层介质薄膜的F－P干涉仪 是一种带通滤波器，只允许特定波长的光通过结构 用多腔使通带顶部更加平坦， 光滤波器（MZI型） MZI（Mach-Zehnder Interferometer）通常以集成光波导的形式出现，用两个3dB定向耦合器连接两条不同长度的光通路。 耦合器1将输入信号等分并引入两条光通路，长臂与短臂之间的行程差是ΔL，对应于两个波长引入不同的相移： Δθi=2πneff ΔL/ λi =β ΔL 式中β是传播常数 在耦合器2两路光线的最 大方向分别指向光纤1和 光纤2（ Δθ1＝ 2π n； Δθ2＝ mπ ） 可调谐光滤波器 上述固定光滤波器大多可做成可调谐的，主要有： ·FP（通过变F－P滤波器谐振腔长度L调谐） ·MZI： Δθi=2πneff ΔL/ λi （在一个臂变折射率） 8 光调制器 光调制原理及特性 直接调制(内调制)：把承载信息的电信号作为驱动电流直接施加在激光器上。 外调制：通过光调制器，将携带信息的电信号与输入光调制器的连续光载波相作用。包括：调幅、频率调制、相位调制、偏振调制。 由于调制时采用调制信号的同步检测,解调的时候是利用一次谐波完成, 只存在n = n′±1 (即ωm 这一项)因此式 中仅有sinωm 项被检测到 光调制器的种类 1. 电光效应光调制器 2. 声光效应调制器 3. 磁光效应光调制器 Thank you!!! 腔1 腔3 腔2 反射介质 ΔL λ1＋λ2 λ1 λ2 光纤1 光纤2 P1(λ1)/Pin=cos2[Δθ1/2] P2(λ2)/Pin=sin2[Δθ2/2] C1 C2 基本的直接调制方式 外调制方式 内调制：是指加载调制信号是在激光振荡过程中进行的，即以调制信号去改变激光器的振荡参数，从而改变激光输出特性以实现调制。 外调制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。 外调制方便，且比内调的调制速率高(约一个数量级)，调制带宽要宽得多，故倍受重视。 其中 Am 和 ωm 分别是调制信号的振幅和角频率，当进行激光振幅调制之后，激光振幅 Ac 不再是常量，而是与调制信号成正比。 振幅调制 振幅调制就是载波的振幅随着调制信号的规律而变化的振荡，简称调幅。 设激光载波的电场强度如： 如果调制信号是一个时间的余弦函数，即： 其调幅波的表达式为： 利用三角公式： 得： 称为调幅系数 可见调幅波的频谱是由三个频率成分组成的，其中，第一项是载频分量，第二、三项是因调制而产生的新分量，称为边频分量。 调 幅 波 频 谱 频率调制和相位调制━━简称调频和调相 调频或调相就是光载波的频率或相位随着调制信号的变化规律而改变的振荡。因为这两种调制波都表现为总相角? (t) 的变化，因此统称为角度调制。 中的角频率ωc 不再是常数，而是随调制信号变化，即： 对于调频而言，式 kf 称为比例系数。 若调制信号仍是一个余弦函数，则调频波的总相角为： 其中 称为调频系数，kf 称为比例系数。 则调制波的表达式为： 同样，相位调制就是相位角不再是常数，而是随调制信号的变化规律而变化，调相波的总相角为： 式中， 称为调相系数。 则调相波的表达式为： 下面再分析一下调频和调相波的频谱。由于调频和调相实质上最终都是调制总相角，因此可写成统一的形式 利用 三角公式展开得： 将式中 两项按贝塞尔函数展开： 知道了调制系数m，就可从贝塞尔函数表查得各阶贝塞尔函数的值。 具体展开可得： 可见，在单频正弦波调制时，其角度调制波的频谱是由光载频与在它两边对称分布的无穷多对边频所组成的。各边频之间的频率间隔是 ωm , 各边频幅度的大小 Jo(m) 由贝塞尔函数决定。 0.77 0.44 0.11 0.02 如下图是m=1时的角度调制波的频谱。 显然, 若调制信号不是单频正弦波, 则其频谱将更为复杂. 调制器可以用电光效应、 磁光效应或声光效应来实现。最有用的调制器是利用具有强电光效应的铌酸锂(LiNbO3)晶体制成的。 这种晶体的折射率n和外加电场E的关系为 n=n0+αE+βE2 式中，n0为E=0时晶体的折射率。α和β是张量，称为电光系数。 根据不同取向，当β=0时，n随E按比例变化，称为线性电光效应或普克尔(Pockel)效应。 当α=0时，n随E2按比例变化， 称为二次电光效应或克尔(Kerr)效应。 调制器是利用线性电光效应实现的，因为折射率n随外加电场E(电压U)而变化， 改变了入射光的相位和输出光功率。 M-Z型电光强度调制器 电光效应: 在较强外电场作用下，介质的极化强度以及折射率会各向异性的发生变化。 电光效应驰豫的时间很短，仅有10-11s量级，外场的施加或撤销导致的折射率变化或恢复瞬间就可以完成，因而可用作高速调制器、高速开关等。 常用材料：铌酸锂LiNbO3、砷化钾GaAs、钽酸锂LiTaO3 电光调制器透过率 注意：在调制的区域要求器件的线性度高。若调制器工作在非线性部分,则调制光将发生畸变。 声光效应调制器工作原理 常用材料：压电晶体(石英、铌酸锂)或压电半导体 声波的应变场改变某些晶体的折射率，由于声波的周期性，会引起折射率的周期性变化，产生类似于光栅的结构，从而对入射的光波产生调制。 弹光效应：超声波引起晶体的应变场，使入射晶体中的光被这种弹性波衍射。 磁光调制原理图 常用材料：钇铁柘榴石(YIG)或掺镓YIG晶体 法拉第效应：当一束平面偏振光通过磁场作用下的某些物质时，其偏振面受到正比于外加磁场平行于传播方向分量的作用而发生偏转。 * * 连接器的品种、型号 耦合器的功能是把一个输入的光信号分配给多个输出， 或把多个输入的光信号组合成一个输出。 1. 耦合器类型 T形耦合器 星形耦合器 定向耦合器 波分复用器WDM（Wavelength Division Multiplexing）/解复用器 2光耦合器 2. 基本结构的分类 光纤型 微器件型 波导型 光纤型 把两根或多根光纤排列，用熔拉拉锥技术制作各种器件。 微器件型耦合器 (a) T形耦合器； (b) 定向耦合器； (c) 滤光式解复用器； (d) 光栅式解复用器 微器件型 用自聚焦透镜和分光片、滤光片或光栅等微光学器件构成。 波导型耦合器 (a) T形耦合器； (b) 定向耦合器； (c) 波分解复用器； 波导型 在一片平板衬底上制作所需形状的光波导. 偏振器 隔离器的工作原理 法拉弟 旋转器 偏振器 反射光 阻塞 入射光 SOP 隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。 光隔离器的特性参数是插入损耗L和隔离度I。插入损耗（正向损耗）为 反向损耗为 而隔离度为反向损耗与正向损耗之差 (a) 三端口； (b) 四端口 1 3 2 (a) (b) 1 3 2 4 6自聚焦透镜与光纤准直器 自聚焦透镜：具有一定长度、两端磨平抛光的透明圆柱形光学材料。其折射率分布规 律如同渐变式折射率光纤一样，呈抛物线分布。 折射率分布 A——自聚焦透镜的参数； r——距透镜轴心的距离： 自聚焦透镜的一个应用，由自聚焦透镜构成的光纤连接器。它由两部分所组成，第一部分是输入光纤和自聚焦透镜，它将从光纤出来的光束准直成平行光。第二部分是自聚焦棒与输出光纤，它将平行光束聚焦后输出光纤 ○ *

  2023年湖南中医药大学计算机科学与技术专业《计算机网络》科目期末试卷B（有答案）.docx

  湛江市绿能环境科技有限公司危险废物综合收集、贮存、中转项目环境影响报告.docx

  2023年湖南中医药大学计算机科学与技术专业《计算机网络》科目期末试卷A（有答案）.docx

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者