无源光器件与光放大器
第三章光无源器件
•Often yellow sheath used for single-mode fiber, orange sheath for multimode
光纤线路与光发射机输出或光接收机输入 之间
光纤线路与其他光无源器件之间的连接 光纤与测试仪表之间 光纤固定接头是实现光纤与光纤之间的永久
性（固定）连接，主要用于光纤线路的构 成，通常在工程现场实施。
第三章光无源器件
一．单芯活动连接器的结构与种类
FC/FC型活动连接器(用于FC和FC型插头互连)
2.回波（反射）损耗RL
R L1l0gPR P TP T PR dB
其中P′T是反向输入光功率， P′R是反向输出光功率
PT
PR
P′R
P′T
第三章光无源器件
引起光纤连接损耗的原因 :
•两 光 纤 端 面 之 间 有间隙D； •两 光 纤 轴 有 横 向 位移d； •两 光 纤 轴 倾 斜 成 角度θ； •光 纤 端 面 不 平 整 。
第三章光无源器件
FC/ST型活动连接器 (用于FC和ST型插头互连)
ST型插头：由AT&T公司开发，采用带键的卡 口式锁紧结构，确保连接时准确对准。
论述光纤通信中光无源器件的种类、作用、原理和技术指标
光隔离器和光环形器的工作原理基本一致，只是光隔离器为双端口期间，即一个输入和一个输出端口，而光环形器为多端口器件，常用的有3端口和4端口光环形器，即从任一端口输入，从指定端口输出。他们都是非互易器件，即当输入和输出端口对调时器件的工作特性不一样。评价光隔离器和光环形器性能的参数依然是前面介绍过的插入损耗和隔离度。
8×8
10
15
低
2ms
聚合物开关
8×8
10
30
低
2ms
电光开关
LiNbO3开关
8×8
8
35
1
10ps
SOA开关
8×8
0
40
低
1ns
光纤光栅
光纤光栅由一段折射率沿其长度周期性变化的光纤构成。利用掺锗石英光纤收到240nm附近紫外光照射时纤芯折射率会增大这一现象，将光纤沿中兴轴线切开，从光纤切面照射呈空间周期性变化的紫外光，纤芯部位就会出现周期性折射率变化，这就形成了光栅。
光纤通信系统包括实现点对点通信的全部设施，主要由传输系统、用户终端、接入设备和交换设备四个部分组成。光纤传输系统一般由光发送机、光传输线路(含光放大器)、光接收机等功能部分组成，其中包括多种无源与有源光器件。有源和无源光器件的区别在于这些器件是否需要接到电源。[2]比如光源和光检测器等都是有源器件。接下来我们将重点介绍光无源器件。
第4章 无源光器件
第4章 无源来自百度文库器件
4.1 光纤连接器 4.2 光纤耦合器 4.3 光开关 4.4 光纤光栅 4.5 光滤波器 4.6 WDM合波/分波器 4.7 光隔离器与光环形器 4.8 光锁相环与非线性光环镜NOLM 习题四
第4章 无源光器件
第4章 无源光器件
第4章 无源光器件
第4章 无源光器件
回射发生在纤芯之间空气的交界面上， 为此安装人员提出了有效的解决 方法： 将两个连接器通过物理接触(PC)来减小它们之间的空气缝隙。 现在 多数连接器都是利用这种方法安装的。 由于制造完美的平面来实现理想的 物理接触是不可能的， 因此制造商将插针体的端面做成不同的形状， 如圆 弧形等。 为了提高物理接触的效果就必须减少接触面积， 因为小面积的质 量可以更加有效地控制。
(a) 直套筒； (b) 锥 形 套筒 ； (c) 扩展光束
发 射 光纤
共轴调 整套筒 扩 展 光束
准 直 聚焦 透 镜 (c)
套管 (b )
接 收 光纤
第4章 无源光器件
扩展光束类型的连接器在光纤的端面之间加进透 镜， 如图4.6(c)所示。 这些透镜既可以准直从传输光 纤出射的光， 也可以将扩展光束聚焦到接收光纤的纤 芯处， 光纤到透镜的距离等于透镜的焦距。 这种结构 的优点是由于准直了光束， 因此在连接器的光纤端面 间就可以保持一定的距离， 这样连接器的精度将较少 地受横向对准误差的影响。 而且， 一些光处理元件， 诸如分束器和光开关等， 也能很容易地插入到光纤端 面间的扩展光束中。
《光纤通信》第3讲无源光器件
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《光纤通信》第3讲无源光器件
光纤与光纤的连接有两种形式，一种是永久性 连接，另一种是活动连接。
永久性连接具有粘接法和熔接法之分，目前 多采用熔接法。
• 光纤连接器的基本构成
由三个部分组成的：两个配合插头和一个耦合 管。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套 管的作用。如图所示。
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《光纤通信》第3讲无源光器件
一、光纤的连接与光纤连接器
光纤连接器 fiber optic connector 又称光纤活动连接器，俗称活动接头，用
于设备与光纤之间的连接。 光纤连接器的作用是将需要连接起来的单
根或多根光纤芯线的断面对准、贴紧，并能多 次使用。
光纤连接器在工艺上应满足的条件： 1）连接损耗要小于 0.5dB； 2）装、拆方便，重复性好； 3）体积小，成本低等。 光纤连接器轴心偏离、有夹角会引起大的损耗。
如下图所示，可分为棱镜型，多层电介质 干涉膜（干涉膜滤波器）型以及衍射光栅型等 几种类型。
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《光纤通信》第3讲无源光器件
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•光合波器和光分波器的类型
《光纤通信》第3讲无源光器件
•P
• P1
P2
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•熔锥光纤型波分复用器结构和特性
光有源&无源器件
多波长光源与波长可调谐激光器
光电探测器(PD、PIN、APD)
光调制器件
幅度调制
– – – – 机械调制 电光调制 直接调制 电吸收光调制(EA)
相位调制 偏振调制 光电集成芯片(OEIC) 光子集成芯片(PIC)
光放大器件
掺铒光纤放大(EDFA) 掺镨光纤放大(PDFA) 掺钕光纤放大(NDFA) 分布式光纤放大 – 喇曼光纤放大(SRFA) – 布里渊光纤放大(SBFA) 半导体光放大(SOA)
系统：Systems 系统： 模块：Modules 模块： 器件：Devices 器件： 元件：Components 元件：
Optical Component Technologies
Optical fibre technology Microoptic technology Planar waveguide technology Micro-Optic-Electronic-Mechanic technology
How to make an OA
Amplifiers can be built in semiconductor: Semiconductor Optical Amplifiers (SOAs).
光器件与电器件的类比
电线 电阻 二极管 放大器 滤波器 电接插件 开关 光纤 光衰减器 光隔离器 光放大器 光滤波器 光连接器 光开关 调制器 混频器 频率转换器 电源 探头 集成电路 光调制器 光波分复用器 光波长转换器 光源 光探测器 集成光路
全光网络中的光器件
全光网络中的光器件
2004-08-03蒋丽娟信息产业部电子第34研究所21世纪将是"信息时代"，随着社会的发展，对通信的需求不断上升，通信技术也在突飞猛进的发展。信息的传输和交换正由电光网络向全光网络发展。全光网络以光纤为传输媒介，采用光波分复用（WDM）技术提高网络的传输容量。然而，WDM技术的进步主要依赖光器件的进步。
光纤通信网络方面的技术与光器件方面的发展是相辅相成的。光通信网络的发展既受限于光器件的发展，同时又对光器件的发展提出更新更高的要求；而光器件的发展又必将推动光通信网络快速发展。
在目前技术状况下，构成全光网的光器件大致可分为三大类，即：有源光器件、无源光器件和光子集成器件。
有源光器件
激光器DWDM系统是构成全光网的基础。DWDM要求的激光器，应能满足多波长、可调谐、高功率等要求。DWDM光网络有非常严格的波长间隔和标准波长，已实用的LD器件输出光波长包含了C 波段（1530~1570）和L波段（1570~1610）目前DWDM光源的技术特点和技术状况如表1所示。
探测器满足全光网要求的光探测器正向着高灵敏度、宽带接收和高响应速度方向发展。目前，PIN光电管在1550 nm窗口可提供1A/W的灵敏度。基于InP的光电管是宽带接收器件，用于1310nm 和1550nm两个传输窗口。
光放大器光发大器是解决光网络长距离无中继的关键器件。目前已实用化的光放大器有掺铒光纤放大器（EDFA）、半导体激光放大器（SOA）和受激拉曼放大器。EDFA主要是解决增益平坦问题和降低噪声问题。代表EDFA器件最高水平的是已做出在C和L波段的35 nm窗口增益平坦度均优于1.5dB，新一代改进的EDFA的放大范围将大于50 nm，最终目标是研制出可放大整个C+L波段的光放大器。随着通信系统容量的增加，对放大器的质量要求也在不断提高，即要设法降低光放大器的噪声。有关研究表明，拉曼放大器与EDFA器件的结合可能提供虚拟的"无噪声"光放大器。增益为10 dB左右的半导体激光放大器SOA芯片已面世多年，目前正向着构筑InP SOA芯片阵列来完成光选路功能（无损交换），此类器件的交换速度可达秒级，最大优点是阵列规模可变，且当他与平面封装技术结合时，可大大降低成本。
光无源器件
6
光纤连接器
光连接器件是把两个光纤端面结合在一起，以实 现光纤之间可拆卸（活动）连接的光无源器件，它还 具有将光纤与有源器件、光纤与其它无源器件、光纤
40
光滤波器
进行波长选择的无源光器件， 即光滤波器。
, , ,
1 2 3 4
带通滤波器 光滤波器
1
, ,
2 3
4
, , , n 1 2
光滤波器 宽带光源
光滤波器示意图
梳状滤波器
41
几种常用光滤波器
法布里-珀罗(FP: Fabry-Perot)滤波器
马 赫 - 曾 德 尔 干 涉 仪 (MZI: MachZehnder Interferometer) 光纤光栅
12
光纤耦合器 Coupler
光耦合器（Coupler）是一类能使传输中的光信号在特殊结构 的耦合区发生耦合，并进行再分配的器件。从端口形式上划分，它 包括X型(2×2) 耦合器、 Y形（1×2 ）耦合器、星形（N×N ，N>2）
耦合器以及树形耦合器等。
13
光纤耦合器 Coupler
1 α α：耦合分束比，3dB coupler α= 0.5 1-α 熔锥形光纤耦合器示意图
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。
有源光器件和无源光器件区别及基础剖析-127页精选文档
E2 N2
h
E1 N1
EphE2E1
处于高能级的原子自发的辐射一个频率为ν、能量 为E的光子，跃迁到低能级，这一过程称为自发辐 射。是相位、偏振方向不同的非相干光。
3.1.3 .2 受激辐射 (stimulated radiation)
EhE 2E 1E2 N2
h
E1 N1
即若 E2 > E 1，则两能级上的原子数目之比
N2
E2E1
e kT
1
N2
N1
k=1.38×10-23J/K
N1
为玻耳兹曼常量
粒子数反转（N2 >N1）是实现激光放大的必要条件。
N2
N1
为了实现粒子数反转，就需要大量电子跃迁到导带， 为此，需要泵浦为跃迁提供能量。 此外，还需要亚稳态能级使激发的电子保持一段时 间，形成粒子数反转。
全同光子
在能量为E的入射光子的激励下，原子从高能级向 低能级跃迁，同时发射一个与入射光子频率、相位、 偏振方向和传播方向都相同的另一个光子，这一过 程称为受激辐射。
3.1.3 .3 受激吸收 (stimulated absorption)
E2 N2
h
EhE 2E 1E1 N1
上述外来光也有可能被低能级吸收，使原子从E1E2。 在入射光子的激励下，原子从低能级向高能级跃迁， 称为受激吸收。
光有源器件和无源器件区别小结版
光器件：分为有源器件和无源器件，简单地讲就是需能（电）源的器件叫有源器件Active Device，无需能（电）源的器件就是无源器件Passive Device。
有源器件一般用来信号放大、变换等，无源器件用来进行信号传输，或者通过方向性进行“信号放大”。容、阻、感都是无源器件，IC、模块等都是有源器件。（通俗的说就是需要电源才能显示其特性的就是有源元件，如三极管。而不用电源就能显示其特性的就叫无源元件）
无源器件的定义如果电子元器件工作时，其内部没有任何形式的电源，则这种器件叫做无源器件。从电路性质上看，无源器件有两个基本特点：
（1）自身或消耗电能，或把电能转变为不同形式的其他能量。
（2）只需输入信号，不需要外加电源就能正常工作。
有源器件的定义如果电子元器件工作时，其内部有电源存在，则这种器件叫做有源器件。从电路性质上看，有源器件有两个基本特点：
（1）自身也消耗电能。
（2）除了输入信号外，还必须要有外加电源才可以正常工作。
光有源器件是光通信系统中需要外加能源驱动工作的可以将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的光电子器件，是光传输系统的心脏。
光纤放大器成为光有源器件的新秀，当前大量应用的是掺铒光纤放大器（EDFA），正在研究并很有应用前景的是拉曼光放大器。
无源器件：
电路器件：蜂鸣器（Buzzer）、电容（Capacitor）、理想二极管（Diode）、电阻器（Resistor）、电感（Inductor）、按键（Key）、无源滤波器（Passive Filter）、排阻（Resistor Arrays）、继电器（Relay）、变压器（Transformer）、扬声器（Speaker）、开关（Switch）等。
无源光器件与光放大器课件
拉曼放大器的基本结构
❖ 泵浦光：给放大器提供能量，光波长可以根据要 放大的波长任意选择，功率约为几百mw～十几W
❖ 光纤：可以是特种光纤，长度<10km，或者是利用 传输光纤，长度为几十Km～上百Km
❖ 光耦合器：使信号光和泵浦光合路送入光纤 ❖ 光滤波器：滤除泵浦光和部分噪声 ❖ 光隔离器：防止反射光影响FRA的工作稳定性
❖波分复用就是将几路不同波长的光信号，合 路以后在一条光纤中传输，在接收端经分路 后恢复成原来的路数。
❖将不同波长的多个光信号合并为一路的器件 称为光合波器；
❖将光信号按不同波长分开的器件称为光分波 器。
棱镜型光合波和光分波的原理图
衍射光栅型光合波和光分波的原理图
光波分复用器的光学特性
❖中心波长（ λ1 λ2 λ3 λn+1 ） ❖ITU-T建议G.652规定的中心波长及分布是：
线路放大(In-line)：周 期性补偿各段光纤损耗
功率放大(Boost)：增加 入纤功率,延长传输距离
前置预放大(Pre-Amplify): 提高接收灵敏度
局域网的功率放大器：补偿 分配损耗，增大网络节点数
6、掺铒光纤放大器的优缺点
1. 工作波长与光纤最小损耗窗口一致，可在 光纤通信中获得广泛应用。
四、无源光器件
❖ 无源光器件不需要电源的光通路部件。 ❖无源光器件可分为连接用的部件和功能性部
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
对光信号偏振态的敏感性； 对光信号增益的饱和性。
SOA Product
（6）光波分复用器
波分复用就是将几路不同波长的光信号，合 路以后在一条光纤中传输，在接收端经分路 后恢复成原来的路数。 将不同波长的多个光信号合并为一路的器件 称为光合波器； 将光信号按不同波长分开的器件称为光分波 器。
棱镜型光合波和光分波的原理图
衍射光栅型光合波和光分波的原理图
光波分复用器的光学特性
（3）光耦合器
光分路耦合器的作用是对光信号进行分路和 耦合。
（4）光隔离器
光隔离器是保证光波只能正向传输，避免线 路中由于各种因素而产生的反射光再次进入 激光器而影响激光器的工作稳定性。 光隔离器主要用在激光器或光放大器的后面。
（5）光开关
光开关对光路进行控制，将光接通，或将光 断开。
多波长放大、低成本。
光放大器（O-O）
光放大器的原理
光放大器的功能：提供光信号增益，以补偿 光信号在通路中的传输衰减，增大系统的无 中继传输距离。 在泵浦能量（电或光）的作用下，实现粒子 数反转（非线性光纤放大器除外），然后通 过受激辐射实现对入射光的放大。 光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实 现入射光信号放大的一种器件。其机制与激 光器完全相同。实际上，光放大器在结构上 是一个没有反馈或反馈较小的激光器。
常用的端面接触形式
FC型（face connect平面接触型） 端面为垂直光纤轴心，无凹凸不平的跑光平面。 PC（physical connect 物理接触型） 插针体的端面为抛光的球面，光纤芯子位于球冠的 中心。
常见光纤接头
ST（圆形）光尾纤接头外形图
SC（方型）光尾纤接头外形图
二、掺铒光纤放大器
铒(Er)是一种稀土 元素, 原子序数为 68，它是以三价离 子的形式参与工作 的。 参与激光放大过程 的能带： E1基态； E2受激辐射的高能 级； E3泵浦的高能级；
MU光尾纤接头外形图
FC型光尾纤外形图
（2）光衰减器
功能 对光能量进行预期的衰减，是光能量减少。
可变光光衰减器：衰减量可在一定范围内变 化，用于测量光接收机灵敏度和动态范围。
光衰减器的基本原理
在玻璃基片上蒸镀透射系数（或反射系数） 变化很小的金属膜，使通过镀膜玻璃片的光 功率被膜层材料吸收一部分，光强度受到衰 减。金属膜可以是镍铬等化合物材料，光的 衰减量有膜的厚度进行控制。
百度文库
全光型波长转换器
光放大器
光放大器的概述、放大原 理、类型 掺铒光纤放大器 半导体光放大器 光纤拉曼放大器
一、光放大器概述
光放大器的出现，可视为光纤通信发展史上的重 要里程碑。 光放大器出现之前，光纤通信的中继器采用光－ 电－光(O-E-O)变换方式。
装置复杂、耗能多、不能同时放大多个波长信 道，在WDM系统中复杂性和成本倍增。
（1）光纤活动连接器
功能： 1. 实现光纤与光纤之间 的活动连接。 2. 实现光纤与有源器件 之间的活动连接。 3. 实现光纤与无源器件 之间的活动连接。 4. 实现光纤与系统和仪 表之间的活动连接。
套管结构光纤连接器简图
套管
光纤
粘接剂
插针体
把光纤用胶固定在玻璃毛细管的轴心上，磨 平抛光，插入插针套管加上螺帽等固定件就 成了光纤插头。两个这样的光纤插头配上一 个连接插座，就可完成了光纤的活动连接。
3、光放大器的类型
利用稀土掺杂的光纤放大器（EDFA）
利用半导体制作的半导体光放大器（SOA）
利用光纤非线性效应制作的非线性光纤放大 器（FRA）
一、半导体光放大器SOA
SOA也是一种 重要的光放大 器，其结构类 似于普通的半 导体激光器。
R1
I
R2
半导体光放大器示意图
•半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与 有源层的介质特性。 •根据光放大器端面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大 器分为：----法布里－珀罗放大器(FP－SOA) ----行波放大器(TW－SOA)
光波分复用器的光学特性
通带 通过频带的宽度。定义为通带内衰减增加 0.5dB是所对应的波长范围。
α
通带
0.5dB
λ0
λ
波长转换器
使信号从一个波长转换到另一个波长的器件。 根据波长转换机理可分为光电型波长转换器 和全光型波长转换器。
光电型波长转换器
（2）全光型波长转换器 主要由半导体光放大器（SOA）构成。
中心波长（ λ1 λ2 λ3 λn+1 ） ITU-T建议G.652 规定的中心波长及分布是： 标 称 中 心 波 长 以 1552.52nm(193.1THz) 为 中 心，间隔为100GHz（0.8nm）的整数倍。 波长间隔 相邻两中心波长的间隔。
光波分复用器的光学特性
中心波长处插入损耗 插入损耗是指由于波分复用器的引入而产生 的功率损耗。 αi=10lg(P1/P2) Αi插入衰减 P1：第i个复用通道在中心波长λ01上的输入 光功率； P2：第i个复用通道在中心波长λ01上的输出 光功率；
F-P半导体光放大器
入射光从左端面进入，通过具有增益的有源层，到达右端面 后，部分从端面反射，然后反向通过有源层至左端面，部分 光从左端面出射，其余部分又从端面反射，再次通过有源层， 如此反复，使入射光得到放大。 多峰值、带 宽窄，不适 合通信系统 应用，只可 用于一些信 号处理。
行波半导体光放大器
光器件(2)
四、无源光器件
无源光器件不需要电源的光通路部件。 无源光器件可分为连接用的部件和功能性部 件两大类。 连接用的部件有各种光连接器，用做光纤和 光纤、部件（设备）和光纤、或部件（设备） 和部件（设备）的连接。 功能性部件有分路器、耦合器、光合波分波 器、光衰减器、光开关和光隔离器等，用于 光的分路、耦合、复用、衰减等方面。