光纤通信第五章光纤线路技术及器件光环形器ppt课件.ppt

光纤通讯 Fiber-Optic Communication Technology2005/2006学年第二学期第五章 光纤线路技术及器件 主要内容n一、光隔离器和光环形器一、光隔离器和光环形器 n二、光纤的衔接二、光纤的衔接n三、光衰减器和光开关三、光衰减器和光开关n四、光纤耦合器四、光纤耦合器n五、光纤光栅五、光纤光栅n六、波分复用器件六、波分复用器件n七、平面及矩形光波导技术及器件七、平面及矩形光波导技术及器件n八、光放大器八、光放大器n九、色散补偿技术九、色散补偿技术光纤线路技术光纤线路技术n为了实现光信号从发射机至接纳机的传为了实现光信号从发射机至接纳机的传送，在整个光纤的传输线路上既需求处送，在整个光纤的传输线路上既需求处理由光纤损耗、色散及非线性引起的信理由光纤损耗、色散及非线性引起的信号衰减和畸变等问题，还需求处理信号号衰减和畸变等问题，还需求处理信号的调制、信号的选路、线路的衔接、光的调制、信号的选路、线路的衔接、光功率的分配、光功率的控制、杂散光的功率的分配、光功率的控制、杂散光的隔离等一系列工程实际问题隔离等一系列工程实际问题无源器件和有源器件n无源器件无源器件(passive device)(passive device)：本身不发：本身不发生光电或电光转换的器件。

如光隔离器、生光电或电光转换的器件如光隔离器、光耦合器、光环形器等实现衔接光路、光耦合器、光环形器等实现衔接光路、分配光功率以及合波和分波等作用分配光功率以及合波和分波等作用n有源器件有源器件(active device)(active device)：本身会发生：本身会发生光电或电光转换的器件，如激光器、光光电或电光转换的器件，如激光器、光电检测器、光放大器等电检测器、光放大器等光隔离器(isolator) n光隔离器是一种只允许光沿一个方向经光隔离器是一种只允许光沿一个方向经过而在相反方向阻挠光经过的光无源器过而在相反方向阻挠光经过的光无源器件件n作用：防止光路中的后向传输光对光源作用：防止光路中的后向传输光对光源以及光路系统产生不良影响以及光路系统产生不良影响n例如：半导体激光器、光纤放大器例如：半导体激光器、光纤放大器n运用：光纤通讯、光信息处置系统、光运用：光纤通讯、光信息处置系统、光纤传感以及精细光学丈量系统等纤传感以及精细光学丈量系统等n分类：偏振相关型和偏振无关型两类分类：偏振相关型和偏振无关型两类 法拉第旋光效应n光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。

n法法拉拉第第效效应应是是法法拉拉第第在在18451845年年首首先先察察看看到到的的不不具具有有旋旋光光性性的的资资料料在在磁磁场场作作用用下下使使经经过过该该物物质质的的光光的的偏偏振振方方向向发发生生旋旋转转，，也也称称磁磁致致旋旋光光效效应应沿沿磁磁场场方方向向传传输输的的偏偏振振光光，，其其偏偏振振方方向向旋旋转转角角度度q=VBL q=VBL (B(B磁磁场场强强度度，，L L资资料料长长度度，，V V维尔德常数为资料的特性常数维尔德常数为资料的特性常数) )n偏偏振振方方向向的的旋旋转转只只与与磁磁场场强强度度的的方方向向有有关关，，而与光传播的方向无关而与光传播的方向无关n磁磁光光资资料料有有钇钇铁铁石石榴榴石石〔〔YIGYIG〕〕、、铋铋铁铁石石榴榴石石〔〔SICSIC〕等 偏振相关型光隔离器偏振相关型光隔离器 n由起偏器、检偏器和旋光器三部分组成由起偏器、检偏器和旋光器三部分组成 偏振无关型光隔离器偏振无关型光隔离器n 主要技术目的主要技术目的 n插入损耗插入损耗n回波损耗回波损耗 n隔离度隔离度n偏振相关损耗〔偏振相关损耗〔PDL〕〕 n偏振模色散〔偏振模色散〔PMD〕〕 插入损耗插入损耗(IL)n指指在在光光隔隔离离器器通通光光方方向向上上传传输输的的光光信信号号由由于引入光隔离器而产生的附加损耗。

于引入光隔离器而产生的附加损耗nPi：输入的光信号功率，：输入的光信号功率，nPo ：经过光隔离器后的功率，：经过光隔离器后的功率，n显然，显然， IL值越小越好值越小越好n光光隔隔离离器器的的插插入入损损耗耗来来源源于于偏偏振振器器、、法法拉拉第旋转器等各部分的插入损耗第旋转器等各部分的插入损耗PiPo回波损耗回波损耗(RL)n回回波波损损耗耗：：指指由由于于构构成成光光隔隔离离器器的的各各元元件件、、光光纤纤以以及及空空气气折折射射率率失失配配引引起起的的反反射呵斥的对入射光信号的衰减射呵斥的对入射光信号的衰减nPiPi：正向输入光隔离器的光信号功率：正向输入光隔离器的光信号功率nPr Pr ：前往输入端口的光功率：前往输入端口的光功率 PiPr隔离度隔离度n指在逆光隔离器通光方向上指在逆光隔离器通光方向上传输的光信的光信号由于引入光隔离器而号由于引入光隔离器而产生的生的损耗耗 n Pi’ Pi’：反向：反向输入光隔离器的光信号功率入光隔离器的光信号功率n Po’ Po’：前往：前往输入端口的光功率入端口的光功率n值越大越好越大越好 偏振相关损耗和偏振模色散偏振相关损耗和偏振模色散n偏偏振振相相关关损损耗耗〔〔PDL〕〕：：指指输输入入光光偏偏振振态态发发生生变变化化而而其其它它参参数数不不变变时时，，器器件件插插入入损损耗耗的的最最大大变变化化量量，，是是衡衡量量器器件件插插入入损耗受偏振态影响程度的目的。

损耗受偏振态影响程度的目的n偏偏振振模模色色散散〔〔PMD〕〕：：指指经经过过器器件件的的信信号光不同偏振态之间的相位延迟差号光不同偏振态之间的相位延迟差 n 光环形器光环形器(circulator) (circulator) n多端口非互易多端口非互易nN〔〔N>2〕个端口〕个端口n光由端口光由端口1->端口端口2；；n 由端口由端口2->端口端口3;n ……n假假设端端口口N输入入的的光光可可由由端端口口1输出出，，称称为环行行器器，，假假设不不可可以以，，称称为准准环行器行器运用运用n双向通讯中的重要器件，完成正反向传双向通讯中的重要器件，完成正反向传输光的分别输光的分别n单纤双向通讯、上单纤双向通讯、上/ /下话路、合波下话路、合波/ /分涉分涉及色散补偿等及色散补偿等 构造构造光光 纤纤准准直直器器分分束束合合束束镜镜偏偏振振旋旋转转镜镜光光束束变变换换器器光光 纤纤准准直直器器偏偏振振旋旋转转镜镜分分束束合合束束镜镜端端口口1 13 3端端口口2 24 4xyz1 2 3 4 5 6分束分束/ /合束镜合束镜 n将恣意形状的输入光变成分解成两束偏将恣意形状的输入光变成分解成两束偏振方向垂直的偏振分量振方向垂直的偏振分量n双折射平行平板、楔形双折射晶体双折射平行平板、楔形双折射晶体偏振旋转镜偏振旋转镜 n90度非互易旋转器度非互易旋转器 端口端口1→端口端口2 端端口口1 13 3端端口口2 24 4xyz1 2 3 4 5 6端口端口2→端口端口3端端口口1 13 3端端口口2 24 4xyz1 2 3 4 5 6端口端口3→端口端口4端端口口1 13 3端端口口2 24 4xyz1 2 3 4 5 6技术目的技术目的 n包括插入损耗、回波损耗、隔离度、串包括插入损耗、回波损耗、隔离度、串音、偏振相关损耗、偏振模色散等音、偏振相关损耗、偏振模色散等 n串音指两个不相邻端口之间实际上不能串音指两个不相邻端口之间实际上不能接纳到光信号但实践中由于种种缘由而接纳到光信号但实践中由于种种缘由而接纳到的功率以接纳到的功率以dBdB表示的相对值，表示的相对值， 光纤的衔接光纤的衔接n光纤的衔接将两根光纤端面结合在一同，光纤的衔接将两根光纤端面结合在一同，实现光信号的继续传输。

实现光信号的继续传输n根据衔接方式的不同，可分为活动衔接和根据衔接方式的不同，可分为活动衔接和固定衔接固定衔接n利用活动衔接器是实现活动衔接的主要方利用活动衔接器是实现活动衔接的主要方法法n熔接法是固定衔接的主要方法熔接法是固定衔接的主要方法 活动衔接器活动衔接器n衔接两根光纤或光缆使其成为光通路的衔接两根光纤或光缆使其成为光通路的可以反复装拆的活接头可以反复装拆的活接头n用于光源到光纤、光纤到光纤、光纤与用于光源到光纤、光纤到光纤、光纤与深测器、器件之间等的衔接深测器、器件之间等的衔接n必需具备损耗低、体积小、分量轻、可必需具备损耗低、体积小、分量轻、可靠性高、便于操作、反复性和互换性好靠性高、便于操作、反复性和互换性好以及价钱低廉等优点要求能接受机械以及价钱低廉等优点要求能接受机械振动和冲击、顺应一定的温度和湿度环振动和冲击、顺应一定的温度和湿度环境条件、装拆时防止杂质污染的维护措境条件、装拆时防止杂质污染的维护措施 分类分类n可分为单芯型和多芯型可分为单芯型和多芯型n可分为多模和单模可分为多模和单模n单芯型按构造可分为调心型和非调心型：非单芯型按构造可分为调心型和非调心型：非调心型内部没有调心机构调心型内部没有调心机构, ,靠光纤活动衔接靠光纤活动衔接器构造组件之间的精细配合来到达最正确耦器构造组件之间的精细配合来到达最正确耦合合n常用的非调心型构造有以下几种：套管构造、常用的非调心型构造有以下几种：套管构造、双锥构造、双锥构造、V V型槽构造、微透镜构造以及自型槽构造、微透镜构造以及自聚焦透镜构造等聚焦透镜构造等n按衔接方式可分为对接耦合式和透镜耦合式按衔接方式可分为对接耦合式和透镜耦合式套管构造套管构造n由插针和套管组成，都是精细的机械构由插针和套管组成，都是精细的机械构造和光学构造造和光学构造 n光纤固定在插针里，两个插针在套管中光纤固定在插针里，两个插针在套管中对接并保证两根光纤的对准对接并保证两根光纤的对准套管套管插针插针光纤光纤光纤光纤插针插针n可用不锈钢、陶瓷、玻璃、塑料等资料制造可用不锈钢、陶瓷、玻璃、塑料等资料制造n陶瓷资料具有极好的温度稳定性，线膨胀系陶瓷资料具有极好的温度稳定性，线膨胀系数很小，且与石英光纤的线膨胀系数接近，数很小，且与石英光纤的线膨胀系数接近，运用最多运用最多 f 2.499±0.0005f 2.499±0.0005f 0.125±0.001f 0.125±0.0014套管套管n常用开口套管，选用弹性好的资料如磷常用开口套管，选用弹性好的资料如磷青铜、铍青铜、氧化锆陶瓷制造青铜、铍青铜、氧化锆陶瓷制造f 2.5f 2.5f 3.2f 3.2-0.002-0.002-0.007-0.007+0+0-0.02-0.020.005±0.0001双锥构造双锥构造n利用锥面定位利用锥面定位锥型锥型插针插针双锥双锥套筒套筒光纤光纤光纤光纤V型槽构造型槽构造压盖压盖光纤光纤V形槽形槽插针插针主要性能目的主要性能目的n插入插入损耗：普通在耗：普通在0.5dB以下。

以下n回波回波损耗：普通耗：普通应大于大于45dBn反复性：每次插拔后其反复性：每次插拔后其损耗的耗的变化范化范围，普通，普通应小于小于0.1dBn互互换性：是指同一种性：是指同一种衔接器不同插接器不同插针交交换时损耗的耗的变化范化范围，普通，普通应小于小于0.1dBn插拔次数：插拔次数：衔接器具有上述接器具有上述损耗参数范耗参数范围内插内插拔的次数，普通拔的次数，普通应在千次以上在千次以上n任任务温度：在任温度：在任务温度范温度范围内〔内〔-25～＋～＋70℃℃范范围内〕，内〕，衔接器的接器的损耗耗变化量化量应在在0.2dB范范围内内变化影响插入损耗的要素影响插入损耗的要素n光光纤纤衔衔接接时时，，产产生生的的损损耗耗主主要要来来自自制制造造技技术和光纤本身的不完善术和光纤本身的不完善n光光纤纤的的横横向向错错位位、、角角度度倾倾斜斜、、端端面面间间隙隙、、端端面面外外形形、、端端面面光光洁洁度度以以及及纤纤芯芯直直径径、、数数值值孔孔径径、、折折射射率率分分布布的的差差别别和和光光纤纤的的椭椭圆圆度、偏心度等都会影响衔接质量度、偏心度等都会影响衔接质量 (a)横向错位横向错位 (b)端面间隙端面间隙(c)角度倾斜角度倾斜 (d)端面外形端面外形 (d)纤芯直径差纤芯直径差别别改良回波损耗的方法改良回波损耗的方法n光纤衔接器存在回波损耗是由于光线在遇到光纤衔接器存在回波损耗是由于光线在遇到折射率不同的界面时会出现菲涅尔反射折射率不同的界面时会出现菲涅尔反射 n假设两光纤对接处存在端面间隙或者光纤端假设两光纤对接处存在端面间隙或者光纤端面存在高折射率的蜕变层或者光纤端面存在面存在高折射率的蜕变层或者光纤端面存在划痕、凹坑、污物都会引起光线在对接处产划痕、凹坑、污物都会引起光线在对接处产生菲涅尔反射从而呵斥了光纤衔接器的回波生菲涅尔反射从而呵斥了光纤衔接器的回波损耗损耗n将原来的平面接触更改为球面接触、斜球面将原来的平面接触更改为球面接触、斜球面接触等接触等n球面接触球面接触n斜球面接触斜球面接触衔接器的表示衔接器的表示n￿￿￿￿/￿￿￿￿ n￿￿￿￿ ：表示外部衔接方式，有：表示外部衔接方式，有FC、、SC、、ST、、FDDI、、D4、、MU、、MC、、E2000等等 n￿￿￿￿ ：表示插针端面外形，有：表示插针端面外形，有FC、、PC、、UPC、、APC等等常用术语常用术语n衔接器插头衔接器插头(plug connetor)n光缆跳线光缆跳线(jumper cable)n转换器转换器:(adaptor)插座、法兰盘插座、法兰盘n变换器变换器(converter)n裸光纤转接器裸光纤转接器FC Connector ST Connector SC Connector SMA Connector Opt-Jack Connector MT-RJ FDDI Connector MPO Connector MU Connector LC Connector E2000 Connector D4 Connector Biconic Connector adaptoradaptoradaptoradaptorconverterconverter裸光纤转接器裸光纤转接器PolisherPolisherPolisherPolisher实践器件目的实践器件目的光纤的固定衔接光纤的固定衔接 n使使一一对对光光纤纤之之间间构构成成永永久久性性的的衔衔接接，，用用于于不需求装配或反复运用的场所。

不需求装配或反复运用的场所n有熔接法、有熔接法、V型槽法、毛细管法等型槽法、毛细管法等n熔熔接接法法在在实实践践中中运运用用最最为为普普遍遍，，是是光光纤纤通通讯讯干干线线中中光光纤纤衔衔接接的的主主要要方方法法，，它它是是利利用用电电弧弧放放电电、、氢氢焰焰或或激激光光等等方方法法加加热热从从而而将将光纤熔融结合在一同光纤熔融结合在一同n电电弧弧放放电电是是熔熔接接法法中中运运用用最最广广的的方方法法利利用用电电弧弧放放电电进进展展光光纤纤熔熔接接的的设设备备称称为为光光纤纤熔接机光纤熔接机光纤熔接机n由光纤的准直与夹持机构、光纤对准机构、由光纤的准直与夹持机构、光纤对准机构、电弧放电机构以及控制机构等四部分构成电弧放电机构以及控制机构等四部分构成 熔接步骤熔接步骤n制制备光光纤: :利用光利用光纤剥皮剥皮钳去除光去除光纤外的外的套塑套塑层，利用光，利用光纤切割刀切割光切割刀切割光纤端面，端面，到达端面平整，并使端面与光到达端面平整，并使端面与光纤轴线垂垂直，偏向小于直，偏向小于1º1ºn对准光准光纤: :将制将制备好端面的光好端面的光纤放入准直放入准直与与夹持机构中固定，持机构中固定，经过手手动或自或自动安安装使装使纤芯在空芯在空间三个方向上挪三个方向上挪动，保，保证需求熔接的两根光需求熔接的两根光纤完全完全对准，消除准，消除纤芯的横向芯的横向错位、角度偏向，并将端面之位、角度偏向，并将端面之间的的间距距调整到整到预定大小。

定大小 熔接步骤熔接步骤n熔接光纤熔接光纤: :根据光纤的类型，选择适宜的根据光纤的类型，选择适宜的放电电流、放电时间，进展电弧放电，放电电流、放电时间，进展电弧放电，对端面加热，实现光纤的熔接对端面加热，实现光纤的熔接n接点的维护接点的维护: :熔接终了后加热缩管对光纤熔接终了后加热缩管对光纤熔接处进展维护熔接处进展维护 同同时察看察看X X轴和和Y Y轴方向光方向光纤  5 5英寸英寸LCDLCD大屏幕大屏幕显示，四种言示，四种言语可可选内置照明灯，方便夜晚放置方内置照明灯，方便夜晚放置方纤  内置温度、湿度、气内置温度、湿度、气压传感器，感器，顺应环境的境的变化化自自动检测光光纤端面，自端面，自动校准熔接位置校准熔接位置自自动选择最正确熔接程序，自最正确熔接程序，自动推算接推算接续损耗耗  体体积小分量小分量轻，携，携带方便方便交直流两用，适宜各种交直流两用，适宜各种场所所  屏幕菜屏幕菜单提示，操作提示，操作简一方便一方便  深凹式防深凹式防风盖，在盖，在15m/s15m/s的的强风下能下能进展任展任务。