第四章光无源器件3
光无源器件介绍范文
光无源器件介绍范文光无源器件是指无需外界能源输入即可以产生、控制、处理或传输光信号的器件。
它们在光通信、光传感、光储存、激光装置等领域具有重要应用价值。
本文将详细介绍几种常见的光无源器件，包括光纤、光栅、偏振器件、光耦合器件和光探测器等。
首先，光纤是一种常见的光无源传输介质。
它具有优异的光学特性，可以实现长距离、高速、低损耗的光信号传输。
光纤通信系统中的核心部件就是光纤。
光纤根据其结构可以分为多模光纤和单模光纤。
多模光纤通常用于短距离通信，而单模光纤适用于长距离通信。
光纤的制作工艺和材料技术的不断进步使得光纤通信系统性能不断提升。
其次，光栅是另一种常见的光无源器件。
光栅是在光介质中周期性变化的折射率结构，可以对入射光进行衍射和反射。
光栅可以用于光谱分析、光信号处理和光波波长选择等应用。
根据光栅的结构可以分为吸收光栅和反射光栅。
吸收光栅通过调整折射率分布来实现频率选择，反射光栅则通过反射光波形成波束宽度调制。
光栅可以实现光信号的分光、滤波和耦合等功能。
再次，偏振器件是用于控制和调整光波偏振状态的器件。
偏振器件根据其工作原理可以分为吸收式偏振器、分束偏振器和光学偏振调制器。
吸收式偏振器通过吸收非期望偏振分量来实现偏振分离。
分束偏振器通过折射率分布的改变实现光波的分离。
光学偏振调制器则通过改变材料的光学特性或施加电场来调制光的偏振状态。
其次，光耦合器件用于实现不同光波的耦合和分离。
光耦合器按照其结构和工作原理可分为分离型光耦合器和集成型光耦合器。
分离型光耦合器通过光波的反射和折射实现光波的耦合。
集成型光耦合器则通过光导波结构的耦合来实现不同波长光波的耦合和分离。
光耦合器为光通信和光传感等系统提供了重要的互连和耦合功能。
最后，光探测器是一种用于接收光信号并转换为电信号的器件。
根据工作原理，光探测器可分为光电二极管、光电导探测器和光电子倍增器等。
光电二极管是最常见的光探测器，它利用内建电场将吸收的光电子转化为电流。
光通信 之光无源器件
• 光无源器件是光路的重要组成部分。 • 光无源器件与电无源器件有许多相似之 处，电无源器件如插头、开关、电容、 电阻、电感等，是电路的重要组成部分。 常见的光无源器件有光纤连接器、光波 分复用器、光衰减器、光隔离器、光耦 合器、光开关等。
本章主要内容
1 2 3 4 光纤活动连接器 光衰减器 光波分复用器 其他无源器件
■对光无源器件的普通要求：
插入损耗小 工作温度范围宽 性能稳定、寿命长 体积小 价格便宜 便于集成
1 光纤活动连接器
■连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸连接的器件。 （活动连接） ●主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输 入之间，或光纤线路与其他光无源器件之间的连接。
■接头是实现光纤与光纤之间的永久性连接。 （固定连接） ●主要用于光纤线路的构成作原理
■固定衰减器的结构：
在光纤的端面上或两个端面之间涂覆一层 衰减膜。
■固定衰减器的工作原理
吸收一部分光，使其产生衰减作用，即在 光线轴线上设置一种半透明的掺杂物质，即衰减 膜，以便吸收带内的光，产生衰减。
■可变光衰减器的工作原理： ●步进式： 准直器和两个衰减盘 可以产生十档的衰减量 ●连续式： 透镜、步进衰减圆盘、连续可 调衰减片 可连续均匀的改变张角，即改变其对光 的吸收量，产生连续可调的衰减量
光开关
■光开关功能：转换光路，实现光交换 ●机械光开关： ≯优点：插损小，串扰小，适合各种 光纤，技术成熟。 ≯缺点：开关速度慢。 ●固定光开关： ≯优点：开关速度快。 ≯缺点：插损大，串扰大，只适合 单模光纤。
光波长转换器
■功能：光信号转换成电信号，放大电信号， 调制成所需的波长 ●光电型波长转换器 光信号转换成电信号，放大电信号， 调制成所需的波长 ●全光型波长转换器 由半导体光放大器SOA组成
光无源器件的原理及应用
光无源器件的原理及应用概述光无源器件是指在光通信系统中不需要能量供给而能够实现光信号的传输和处理的器件。
这些器件主要包括光纤、光耦合器、光分路器和光合器等。
本文将介绍光无源器件的原理和应用。
光纤光纤是光通信系统的核心组成部分。
它通过将光信号以光的全内反射方式在高纯度的玻璃/塑料纤维中传输。
光纤有着很低的损耗和高的带宽能力，也是目前最主要的传输媒介之一。
光纤的原理光纤的工作原理基于光的光束泄漏现象，即当光束从一种介质射入另一种折射率较低的介质中时，光束会不断发生反射并沿着光纤内部进行传输。
光纤的核心由折射率较高的材料组成，以便在传输过程中最小化信号的损耗。
光纤的应用光纤广泛应用于长距离通信和局域网等领域。
其高带宽和低损耗的特点使得它成为传输大量数据的理想选择。
此外，光纤还应用于医疗设备、光纤传感器和光纤显示等领域。
光耦合器光耦合器是一种用于将光信号从一个光纤耦合到另一个光纤的器件。
它广泛应用于光通信系统中，可以实现信号的分配、处理和路由等功能。
光耦合器的原理光耦合器的原理基于波导模式之间的耦合。
当光信号从一个波导模式传输到另一个波导模式时，通过适当设计导波结构，可以实现高效的能量转移。
光耦合器的设计可以根据具体的应用需求进行调整，以实现不同的功能。
光耦合器的应用光耦合器广泛应用于光网络中的信号分配和路由。
在光通信系统中，光耦合器可以用于将信号从主干光纤耦合到分支光纤或从分支光纤耦合到接收器等。
此外，光耦合器还可以应用于光传感器和光存储等领域。
光分路器光分路器是一种可以将入射光信号分为两个或多个输出通道的器件。
它常用于光网络中的信号分配和选择。
光分路器的原理光分路器的原理基于多模干涉。
当光信号通过光分路器时，不同波长的光信号会按照特定的光学路径进行干涉，从而实现光的分路。
根据光分路器的设计，可以实现不同的分路比例和带宽。
光分路器的应用光分路器广泛应用于光通信系统中的信号分配和选择。
光分路器可以将光信号分为不同的通道，实现多路复用和分布式传输。
光通信：第04章常用光无源器
光隔离器的应用场景
光隔离器是一种用于防止光信 号反方向传输的无源器件，主 要用于光纤放大器和激光雷达 等光通信系统。
在光纤放大器中，光隔离器可 以防止反向传输的光信号对放 大器的工作产生干扰，提高系 统的稳定性。
在激光雷达中，光隔离器可以 防止反向传输的光信号对激光 源的工作产生干扰，提高系统 的测量精度。
光通信第04章常用光无源器
contents
目录
• 光无源器件概述 • 常用光无源器件 • 光无源器件的工作原理 • 光无源器件的应用场景 • 光无源器件的挑战与解决方案
01 光无源器件概述
定义与分类
定义
光无源器件是指那些在光通信网络中 ，不需要外部电源直接驱动，只起到 传输、控制或变换光信号作用的器件 。
光衰减器的工作原理
光衰减器是一种用于降低光信号 强度的器件，它可以通过吸收或 散射等方式将光信号能量损耗掉
一部分。
光衰减器通常由光学玻璃、陶瓷 等材料制成，其结构可分为均匀
损耗和渐变损耗两种类型。
光衰减器在光通信系统中主要用 于调整光信号的功率、测试光路 的损耗以及保护光接收器件等。
光分路器的工作原理
光环形器的应用场景
光环形器是一种用于实现光信 号环形传输的无源器件，主要 用于光纤传感和激光雷达等光
通信系统。
在光纤传感中，光环形器可 以将多个传感光纤环形连接 在一起，实现多点同时测量
和数据采集。
在激光雷达中，光环形器可以 将多路激光信号环形连接在一 起，实现多目标同时测量的功
能。
05 光无源器件的挑战与解决 方案
应用
WDM系统等领域。
03 光无源器件的工作原理
光纤连接器的工作原理
光纤连接器是用于连接两根光纤的器件，通过精确对准光纤的纤芯和包层，实现光 信号的传输。
光纤通信 第4章 常用光无源器件
1. 体光栅型
输入光
l4l3l2l1
l1—l16 l16
布拉格光栅
l1—l15、l16
环形器
FBG
l16
l1—l15
l1—l15、l16 l16
光纤光栅型波分复用器
其反射波长成为布拉格波长（ λB ）由下面的布拉格条件 确定：
2Λneff=λB
其中Λ为光栅周期， neff为有效纤芯折射 率。
2、 微光器件型 主要采用自聚焦渐变透镜
半透镜 A
B
GRIN圆柱透镜
GRIN圆柱透镜
3、波导型
在一个平面板的衬底上制作 需要形状的光波导， 衬底既可以做支撑体也可以做波导的包层。
嵌 入波导
玻璃 衬底
4、对接型偶合器
包层研磨
匹配液
拼合
五、 耦合级联 1×2型 2×2型
级联
1×N型 N×N型
从2×2的光方向耦合器来推导N×N型星型耦合器的参数特性： 结论：（N ·㏒2N）/ 2个2×2的星型耦合器可以 按照这样的思路组成㏒2 N级阵列，形成N×N 型星型耦合器，其分路损耗为3㏒2 NdB.
套管
方空玻璃套筒
光纤1
玻璃套筒
光纤2 光纤1 光纤3
光 纤2 光纤3
光开关
移动棱镜式：
棱镜
自聚焦透镜
光开关
新型的微光机电系统光开关
微光机电系统（MOEMS）光开关微机电系统（MEMS） 技术与传统的光技术的结合
光开关
光开关
（2）电光式光开关
场效应晶体
高折射率玻璃棱镜
V<Vt
v
V>Vt
（3）热光开关
《光无源器件》课件
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目录 /目录
01
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04
光无源器件的 应用场景
02
光无源器件概 述
05
光无源器件的 市场分析
03
光无源器件的 原理与技术
06
光无源器件的 挑战与前景
01 添加章节标题
02 光无源器件概述
性能参数
光功率：表示光无源器件的输出光功率 光损耗：表示光无源器件的损耗程度 光隔离度：表示光无源器件的隔离性能 光稳定性：表示光无源器件的稳定性能
0应用
光纤通信：光无源 器件在光纤通信系 统中的应用广泛， 如光纤耦合器、光 纤分路器等。
光传输系统：光无 源器件在光传输系 统中的应用，如光 放大器、光调制器 等。
定义与分类
光无源器件：指在光通信系统中，不需 要外部电源即可工作的器件
分类：根据功能不同，可以分为光分路 器、光隔离器、光耦合器等
光分路器：用于将光信号分成多路，实 现光信号的分配和复用
光隔离器：用于防止光信号的反射和回 波，保证光信号的传输质量
光耦合器：用于将光信号从一个光纤传 输到另一个光纤，实现光信号的耦合和 分离
市场需求：光无源器件的市场需求尚未完全打开，需要加大市场推广力度 政策支持：政府对光无源器件产业的政策支持力度有待加强，需要争取更 多的政策支持
技术创新与突破方向
提高光无源器件的性能和稳定 性
降低光无源器件的成本和功耗
开发新型光无源器件，如光子 晶体、光子集成电路等
研究光无源器件在5G、物联网、 人工智能等领域的应用
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光无源器件
对于宽谱源或ASE光源而言，波谱稳定度是一个关键参数，波谱稳定度是比积分功率稳定度更严格、更有意 义的参数，它表征宽谱源在一段时间内波谱峰峰值变化的最大值。由于宽谱源一般配合光谱仪或波长计之类器的材料大致决定了功率计的整体性能，一般有Ge、Si、InGaAs等材料的探测器，除此之外还有 一种低偏振反映度(PDR)探测器，这种探测器是在InGaAs探测器的基础上添加一些材料使得其对PDL非常不敏感， 所以很适合用于PDL的测试。
该方法是很多器件生产厂商常用的，优点是非常方便，如果功率计端采用裸光纤适配器，则只需5次切纤、2 次熔纤(回损采用比较法测试)便可完成插损、回损及偏振相关损耗的测试。但是这种测试方法却有严重的缺点： 由于偏振控制器采用随机扫描Poincare球面方法测试偏振相关损耗，无需做测试参考，所以系统测得的PDL实际 上是偏振控制器输出端到光功率计输入端之间链路上的综合PDL值。由于回损仪中的耦合器等无源器件以及回损 仪APC的光口自身都有不小的PDL，仅APC光口PDL值就有约0.007dB，且PDL相加并不成立，所以PDL测试值系统误 差较大，测试的重复性和可靠性都不理想，所以这种方法不是值得推荐的方法。改进测试方法见图2所示。
把光纤接头连接在一起，从而使光纤接通的器件称为转换器，转换器俗称法兰盘。在CATV系统中用得最多的 是FC型连接器；SC型连接器因使用方便、价格低廉，可以密集安装等优点，应用前景也不错，除此地外，ST型连 接器也有一定数量的应用。
第4章 无源光器件
(4.1)
第4章 无源光器件
其中， C为耦合系数， L为耦合区的长度。 由于 实际的器件不可能无损耗， 因而功率传输矩阵函数为
T
a11 a21
a12
a22
(4.2)
且满足
a11+a12<1, a21+a22<1 其中, a11、 a12和a21、 a22分别为输入端口1和2到 输出端口1和2的功率传输因子。
第4章 无源光器件
倾斜错位有时称为角错位。 若角错位小于2°， 则 耦合损耗不会超过0.5 dB。 截面不平整。 光纤连接的 两个截面必须经过高精度抛光和正面粘合。 如果截面 与垂直面的夹角小于3°， 则耦合损耗不会超过0.5 dB。
第4章 无源光器件
除了错位连接之外， 任何相连的光纤的几何特性 和波导特性的差异对光纤间的耦合损耗都有大的影响。 这些特性包括纤芯的直径、 纤芯区域的椭圆度、 光纤 的数值孔径、 折射率剖面等。 由于这些参数与生产厂 家相关， 因而使用者不能控制特性的变化。 理论结果 表明， 与折射率剖面、 纤芯区域的椭圆度相比， 纤芯 的直径和数值孔径的差异对连接损耗的影响更大。 图 4.2（a）、 （b）、 （c）给出了由纤芯直径、 数值孔 径和模场直径失配所引起的损耗的示意图。
插入损耗是由制造商以如下的两个数值提供的： 平均值和 最大值。 一般的连接器平均损耗大约为0.25 dB， 这个数值可以 在0.1～1 dB之间浮动。 最大损耗大约为0.5 dB， 变化范围在 0.3～1.5 dB之间。
第4章 无源光器件
2. 回波损耗(简称回损)
对连接器来说， 回波损耗的问题起源于一个简单的矛盾现象： 为了最 小化插入损耗， 需要尽可能地将光纤端面抛光， 而抛光的端面对光的反射 增强， 这样回波损耗就产生了。
光无源器件介绍范文
光无源器件介绍范文光无源器件，又称为光传输无源器件，是指在光通信或光网络中起到信号传输、辅助和转换的功能，但没有电源和活动部件的器件。
光无源器件包括各种被动元件，如光纤、光耦合器、光分路器、光滤波器、光合分器、光切换器等等。
在光通信和光网络中，光无源器件的使用非常广泛且至关重要。
首先，光纤是光无源器件中最基础和最关键的一个。
光纤的作用是将光信号传输到目标地点。
光纤由细长的玻璃或塑料材料制成，其核心是一个折射率较高的介质，被一个折射率较低的包层包围。
光纤的传输速度快、信号损耗小、带宽大，使其成为光通信和光网络中最常用的传输介质。
其次，光耦合器是光无源器件中一种常见的元件，用于实现光信号的耦合和分配。
光耦合器可以将入射光信号分配到多个输出端口，也可以将多个光信号通过耦合器的输入端口合并到一个输出端口。
光耦合器通常以光栅波导结构实现，其工作原理是通过光栅波导的折射率周期性变化将光信号耦合到不同的传输通道。
光分路器是另一种常见的光无源器件，用于将光信号按不同的比例分配到不同的输出通道。
光分路器通常采用耦合波导技术，通过改变波导的结构或尺寸使得不同的输出通道对应不同的传输损耗。
光分路器广泛应用于光网络中的信号分配、波长分割和波长选择等应用场景。
光滤波器是一种能够选择性地传递或阻挡特定波长的光信号的器件。
光滤波器通常采用薄膜多层堆积技术，通过控制多层膜材料的厚度和折射率来实现对特定波长的选择性透过或反射。
光滤波器在光通信中被广泛应用于波分复用和波分多路复用系统中，用于合并或分离不同波长的光信号。
此外，光合分器和光切换器也是光无源器件中的重要代表。
光合分器是一种能够将多个光信号合并到一个输出通道的器件，常用于光网络中信号的合并和集中。
光切换器则是一种能够通过调节输入和输出通道的连通状态实现光信号的切换的器件。
光切换器在光通信和光网络中能够实现对光路的切换、光路的互联等重要功能。
总之，光无源器件是光通信和光网络中不可或缺的一部分。
光无源器件
激光雷达中的应用
激光准直器
用于激光雷达的发射端，将激光束准直为平行光，以提高激光雷 达的测量精度和距离。
光学滤波器
用于滤除激光雷达接收端中的背景光和干扰光，提高信噪比和探 测灵敏度。
光电探测器
将激光雷达接收到的光信号转换为电信号，以便进行后续的信号 处理和分析。
其他领域的应用
1 2 3
光学仪器
光无源器件可用于显微镜、望远镜、光谱仪等光 学仪器中，以改善成像质量、提高分辨率或实现 特定功能。
光无源器件
汇报人：XX
目 录
• 光无源器件概述 • 光无源器件原理及技术 • 常见光无源器件介绍 • 光无源器件性能指标及测试方法 • 光无源器件应用案例分析 • 光无源器件市场前景及挑战
01 光无源器件概述
定义与分类
定义
光无源器件是光通信系统中的重要组 成部分，用于实现光信号的传输、分 配、耦合、隔离、滤波等功能，而无 需外部能源驱动。
距离和接收灵敏度的要求。
传感领域的应用
光纤光栅传感器
01
利用光纤光栅的波长选择性反射特性，实现对温度、压力、应
变等物理量的测量。
光纤陀螺仪
02
基于萨格纳克效应，利用光纤环中的两束反向传播的光波干涉
来测量旋转角速度。
分布式光纤传感器
03
通过测量光纤中后向散射光的强度和时间变化，实现对温度、
应变等物理量的分布式测量。
场景。
行业法规政策影响因素
1
国家对光通信产业的支持力度不断加大，相关法 规政策逐步完善，为光无源器件市场发展提供了 有力保障。
2
随着全球环保意识的提高，环保法规对光无源器 件的生产和使用提出了更高要求，推动行业向绿 色、环保方向发展。
光无源器件的技术分析
光无源器件的技术分析光无源器件是光通信系统中的重要组成部分，主要用于光信号的传输和调制。
它是指光电转换过程中没有能量输入的器件，也就是没有外部电源的驱动。
1. 光传输技术：光无源器件中最基本的技术就是光传输技术。
光传输技术是指通过光纤等传输介质将光信号从一个地方传输到另一个地方。
目前广泛应用的光纤传输技术主要包括多模光纤传输和单模光纤传输两种。
多模光纤传输适用于短距离传输，而单模光纤传输适用于长距离传输。
2. 光调制技术：光调制技术是指通过改变光信号的某些参数来传输信息的技术。
主要有强度调制、相位调制和频率调制等几种方式。
强度调制是最常用的一种方式，利用光源的亮度进行调制。
相位调制则是通过改变光信号的相位来进行调制，频率调制则是通过改变光信号的频率来进行调制。
3. 光转换技术：光无源器件还需要将光信号转换为电信号或者其他形式的信号。
光转换技术包括光电转换和光声转换等，主要是通过光电二极管、光电倍增管等光电器件来实现。
4. 光谱分析技术：光谱分析技术是光无源器件中的重要技术之一。
光谱分析用于研究光的频率、波长和强度等参数，以及光之间的相互作用和传输等。
光谱分析技术可以通过光谱仪等仪器来实现。
5. 光学隔离技术：光无源器件中常常需要采用光学隔离技术来实现对光信号的分离和隔离。
光学隔离技术可以在不同波长光之间实现光学耦合和隔离，同时能显著降低光学噪声和交叉干扰。
光无源器件的技术分析主要包括光传输技术、光调制技术、光转换技术、光谱分析技术和光学隔离技术等方面。
这些技术在光通信系统中起到关键的作用，能够实现光信号的传输和调制，并将光信号转换为电信号或其他形式的信号。
光无源器件
39
光偏振控制器
光偏振控制器主要用于对入射光的偏振态改变及控制。理论 上，偏振控制器能将输入的任何一种偏振态的光（椭圆偏振，圆 偏振，线偏振）转变成任意指定偏振态的输出 。
三环型机械式偏振控制器采用了三个固定延迟的波片，通过 调节波片的角度可使输出光偏振态完全覆盖Poincare球表面。
17
光纤耦合器的技术参数
（4）方向性（串扰）
方向性也是光耦合器所特有的一个技术术语，它是衡量器件定 向传输性的参数。以标准X形耦合器为例，方向性定义为在耦合 器正常工作时，输入端非注入光端口的输出光功率与总注入光功 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。
（3）分光比（Coupling Ratio）
分光比(Coupling Ratio，CR)是光耦合器所特有的技术术语，它 定义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 具体应用中常用数学表达式表示为：
例如对于标准X形耦合器，1∶1或50∶50代表了同样的分光比， 即输出为均分的器件，通常称为3dB耦合器。
1.3 mm 1.5 5mm
(b) 多 模 波导
多 层 膜滤 光 片 单 模 波导
1.5 5mm
(c)
29
光波分复用解复用器
1
波
波
2
分 1 , 2 , 3 , 4
分
复
解
3
用
复
器
用
4
器
光波复用器解复用器应用示意图
1 2 3 4
30
光隔离器
耦合器和其他大多数光无源器件的输入端和输出端 是可以互换的，称之为互易器件。
第4章光纤无源及有源器件
掺铒光纤放大器的应用
中继放大器（LA）：在光纤线路中每隔一 段距离设置一个光纤放大器，以延长干线网 的传输距离。 前置放大器（PA）：放在光接收机之前， 放大微弱的光信号，以改善光接收灵敏度， 对噪声要求苛刻。 后置放大器（BA）：放在光发射机后，以 提高发射光功率，对其噪声要求不高，饱和 输出功率是主要参数。
4.波长变换器 5.滤波器
光电工程学院
主要内容
光纤分/合路连接器和接头
光纤耦合器
光纤偏振器
光纤滤波器
光纤隔离器 光纤调制器 掺杂光纤激光器与放大器 光纤光栅
光电工程学院
全光纤定向耦合器
磨抛法 腐蚀法
缺点：热稳
定性和机械 稳定性差
缺点：工
熔锥法
用途：波
分复用器和 光滤波器
光电工程学院
光开关
光开关——用于转换光路，实现光交换。 机械光开关：利用电磁铁或步进电机驱动光 纤、棱镜或反射镜等光学元件实现光路切换。 其优点是插入损耗小、 串扰小，适用于各种 光纤，技术成熟。缺点是开关速度慢。 固体光开关：用电光效应、磁光效应或声 光效应实现光路切换。优点是开关速度快。缺 点是插入损耗大、 串扰大，只适用于单模光 纤。
艺的一致性 差、热稳定 性差和损耗 大 用途：耦 合器
用途：光
纤滤波器 、波分复 用器、光 线偏振器 和偏振耦 合器等
光电工程学院
4.2 熔锥型单模光纤光分/合路连接器 单模光纤光分/合路连接器 与波长无关 波分复用器 与波长无关
λ λ λ
1 2 N
λ
1
+ λ
2
+ …λ
N
波分复用型
光电工程学院
是镍铬等化合物材料，光的衰减量有膜的厚度进
[信息与通信]光纤通信技术_OK
![[信息与通信]光纤通信技术_OK](https://img.taocdn.com/s3/m/ab0606d1bcd126fff6050b79.png)
常
方向性：在耦合器正常工作时，输入端非注入光
用 光
端口的输出光功率与总注入光功率的比值。
无
源 器
DL 10lg Pin2 (dB)
件
Pin1
主
讲
：
施 艳
25
光纤耦合器的特性
均匀性：在器件的工作带宽范围内，各输出端口 输出功率的最大变化量。
第
FL
10lg
MINPout MAX Pout
(dB)
同方向的各级两条纹。实际上只需要调整
光栅面的倾斜度即可将最大光强调整到所
主 讲
需的方向，从而把各种波长的光波分开。
：
施 艳
42
布拉格光栅Bragg Grating
• 一般情况下，传输媒质的周期性微扰可以
看作是布拉格光栅；这种微扰通常引起媒
第 质折射率周期性的变化。
四
章 • 用途：本导体激光器使用布拉格光波导作
常
输入光功率的减小值。
用
光 无
Pouti
源
EL 10lg i
(dB)
器 件
Pin
附加损耗是体现光纤耦合器制造工艺质量的指
主
标，反映器件制作过程带来的固有损耗。
讲
：
施 艳
24
光纤耦合器的特性
分光比：耦合器各输出端口的输出功率相对输出 总功率的百分比。
CR Pouti 100%
第 四 章
Pouti
1. 复用信道数量要足够多
第
2. 插入损耗小
四 章
3. 串音衰减大
常 用
4. 通带范围宽
光 无
•
不同点：波分复用器的插入损耗较大，而
源 器
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4.3.1光耦合器的制作方法
光耦合器大致可分为分立元件组合型（微器件）、 全光纤型和平面波导型。
1、早期采用分立光学元件（如透镜、反射镜、棱 镜等）组合拼接。
其耦合机理简单直观，可用一般的几何光学进行 描述。但损耗大，与光纤耦合困难，环境稳定性较 差。
(3) 中心波长对应的最小插入损耗 是衡量解复用器的一项 重要指标，越小越好。
(4) 相邻信道之间的串音耦合最大值是另一项重要指标， 数字信号通信系统要求大于 30 dB，模拟信号通信系统要求 大于50 dB。
4.3.2 光波分复用器(WDM)和解复用器
利用色散、偏振、干涉等物理现象都可以制作 WDM 器件。以下是几种常见的WDM 器件类型。
用器，如图所示。
光纤
自聚 焦透镜
光纤 1
自聚焦透镜 分光片 4
光纤 1、2
(a) 自聚 焦透镜
2 滤光 片
(c)
3
2
(b)
1
1
23
自聚焦透镜 硅光栅 光纤
1＋2＋3 (d)
图 (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
波导型
波导型在一片平 板衬底上制作所需形 状的光波导，衬底作 支撑体，又作波导包 层。波导的材料根据 器件的功能来选择， 一般是SiO2，横截面为 矩形或半圆形。图示 出波导型T型耦合器、 定向耦合器和用滤光 片作为波长选择元件 的波分解复用器。
光波 导
开角
(a)
1.3 m
1.3 m 1.55 m
(b) 多模 波导
多层 膜滤光 片 单模 波导
1.55 m
(c)
图 波导型藕合器
4.2.2 描述光耦合器特性的一些技术参数
1．插入损耗(Insertion Loss)
ILi 10lg Pouti / Pin (dB) 式中，Pin为第i个输入的光功率；Pout为i 第i个输出端口的光功
图 WDM 光传输原理图 光波分复用器的一个端口作为器件的输入/输出端，N个
端口作为器件的输出/输入端。解复用器端口注入各种波
长的光信号，在输出端，不同波长的光信号分别在N个端
口输出，其功率在不同波长之间有极低的串扰。
4.3.2光波分复用器(WDM)和解复用器
解复用器则与之相反，N 个端口的插入损耗与 波长的关系如图所示。
4.3.1光耦合器的制作方法
2、全光纤耦合器，即直接在两根（或两根以 上）光纤之间形成某种形式的耦合。
全光纤耦合器的发展： (1)Bergh等人发明了光纤研磨法，研磨结束后，
在研磨面上加一小滴匹配液，再将光纤拼接， 做成光纤耦合器。
4.3.1光耦合器的制作方法
（2）20世纪80年代初，人们开始用光纤熔融拉 锥法制作单模光纤耦合器，已成为当前制作光 耦合器的主要方法。 3、集成化是未来光纤通信发展的必然趋势。 利用平面光波导制作的光耦合器具有体积小， 分光比控制精确，易于大批生产等特点。
FL
10
lg
Min(Pouti ) Max(Pouti )
(dB)
6．隔离度(Isolation)
I
10
lg
Pouti iPini
(dB)
式中，Pouti为在第i个光路输出端测到的其他输出 端光信号的功率；Pini 为输入的光功率。
4.3 光 耦 合 器相关技术
• 回波损耗又称为后向反射损耗，是指光纤连接处， 后向反射光功率相对入射光功率的分贝数，其表达式为
RL 10lg Pr / Pin • (dB)
式中，Pin 为输入光功率；Pr 为后向反射光功 率。回波损耗越大越好。
光纤活动连接器
4.1 光纤连接器
(3) 重复性和互换性
重复性是指光纤活动连接器多次插拔后， 插入损耗的变化，用dB表示。
(4) 光缆跳线(Cable Jumper)：一根光缆两端面 装上插头，称为跳线。两个插头型号可以不同， 可以是单心的，也可以是多心的。
(5) 裸光纤转换器(Bare Fiber Adapter): 将裸光 纤穿入裸光纤转换器，处理好光纤端面，形成 一个插头。
光纤活动连接器
4.1 光纤连接器
4.3.1光耦合器的制作方法
熔融拉锥法是：将两根（或两根以上）除去涂覆层的光 纤以一定方式靠拢，在高温下熔融，同时向两侧拉伸， 最终在加热区形成双锥形式的特殊波导结构，实现传输 光功率耦合的一种方法。
熔融拉锥制作系统的示意图如图所示。
图 熔融拉锥制作系统示意
4.3.1光耦合器的制作方法
熔融拉锥型全光纤耦合器有如下优点： (1) 极低的附加损耗，对于X 形或Y 形耦合器（参
率；ILi为输出端口的插入损耗。
2．附加损耗(Excess Loss)
EL 10 lg
i
Pouti Pin
(dB)
4.2.2 描述光耦合器特性的一些技术参数
3．分光比(Coupling Ration)
CRi
Pouti 100％ Pouti
它是光耦合器特有的技术指标。
同也会引起光纤连接器损耗。
4.2 光 耦 合 器
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。 对光纤线路的影响主要是附加插入损耗，还有一
定的反射和串扰噪声。 耦合器大多与波长无关，与波长相关的耦合器
专称为波分复用器/解复用器。
4.2 光 耦 合 器
从功能上，可分为光功率分配器和光波长分配 （合/分波）耦合器。
(1) 连接器插头(Plug Connector)：由插针体和 若干外部零件组成。
(2) 转换器或适配器(Adapter)：即插座，可以 连接同型号插头，也可以连接不同型号插头， 可以连一对插头，也可以连接几对插头或多心 插头。
光纤活动连接器
4.1 光纤连接器
(3) 转换器(Converter)：将某一种型号的插头 变换成另一种型号的插头，由一种型号的转换 器加上另外其他型号的插头组成。
第四章 光无源器件
通信用光器件可以分为两种类型： 1、有源器件 2、无源器件
第包括光源、光检测器和光放大器，这些
器件是光发射机、光接收机和光中继器的关键器件， 和光纤一起决定着基本光纤传输系统的水平。
2、光无源器件 光无源器件主要有光纤连接器、光耦合器、光波分
从端口形式上，可分为X 形( 2 2
)、
Y 形( 1 2 )、星形 ( N × N, N＞2 )
以及树形 ( 1 × N, N＞2）耦合器。
4.2.1常用耦合器的类型
4.2 光 耦 合 器
…
…
T形
星形
(a)
(b)
1
2
1 2
1＋2＋N
…
4
3
N
定向
波分
(c)
(d)
基本结构
4.2 光 耦 合 器
目前，活动连接器有代表性且正在使用的结构有 以下几种，如图所示。
套管结构
光纤活动连接器
4.1 光纤连接器
4.1 光纤连接器 光纤活动连接器 套管结构的核心是插针与套筒。
插针是一个带有微孔的精密圆柱体，其结构和主 要尺寸如图所示。
插针的结构与主要尺寸
光纤活动连接器
4.1 光纤连接器
光纤活动连接器结构上差别很大，品种也很多， 但按功能可分成如下几部分：
4．方向性(Directivity)
方向性是光耦合器特有的技术指标, 是衡量器件定向 传输特性的参数。以X形耦合器为例，方向性定义为耦 合器正常工作时，输入一侧非注入光的一端输出的光 功率与全部注入的光功率的比值。
4.2.2描述光耦合器特性的一些技术参数
由 2 端输出的光功率 PIN2(out) 与全部注入的光
二、主要性能指标及测试方法
(1) 插入损耗
插入损耗是指光信号通过活动连接器后，输出 光功率相对输入光功率的分贝数，其表达式为
IL 10lg Pout / Pin
(dB)式中，Pin 为输入光功率； Pout
为输出光功率。插入损耗越小越好。
光纤活动连接器 (2) 回波损耗
4.1 光纤连接器
功率(即图中 1 端注入的光功率 PIN1 )之比
为
DL
10 lg
PIN2(out) PIN1
(dB)
X形耦合器的方向性
4.2.2 描述光耦合器特性的一些技术参数 5．均匀性(Uniformity)
对于要求均匀分光的光耦合器（主要是星形和树 形），由于工艺局限，往往不可能做到绝对的均 匀，用均匀性来衡量其不均匀程度：
复用器、光隔离器、光衰减器、光开关等。这些器件对 光纤通信系统的构成、功能的扩展和性能的提高都是不 可缺少的。
第4章 光无源器件
光无源器件与电无源器件有许多相似之处， 电无源器件如插头、开关、电容、电阻、 电感等，是电路的重要组成部分。
光无源器件遵守光学的基本理论，即光线 理论和电磁场理论。
第4章 光无源器件
4.1 光纤连接器
2
4.2 光 耦 合 器 4.3 光隔离器与光环行器 4.4 光调制器 4.5 光 衰 减 器
4.1 光纤连接器
光纤连接器可分为两大类： 光纤活动连接器 光纤固定连接器
4.1 光纤连接器 一、基本结构及工作原理
光纤活动连接器基本上是采用某种机械和光学结 构，使两根光纤的纤心对接，保证95％以上的光 能通过连接器。
1．介质膜型 利用窄带干涉滤光膜（带通型）进行波长的选择，