光无源器件(第8章(1)

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光耦合器（Coupler）
3. 光耦合器（Coupler）
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光耦合器（Coupler）
耦合器件的定义以及种类
光耦合器是重要的无源器件，可是传输中的光信号在特殊结构的耦 合区发生耦合，然后进行再分配。
种类从功能上分光功率（Splitter）和光波长分配耦合器（WDM Coupler）；从端口形式可分为X形、Y形、星形以及树形耦合器；从 工作带宽分窄带耦合器、单工作窗口宽带耦合器、双工作窗口的宽 带耦合器；从传导光模式分多模耦合器、单模耦合器。
保持稳定的工作特性； 4、控制方法简单、灵活； 5、成本低廉：原料为一般光纤，自动化程度高，成品
率高。
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光耦合器（Coupler）
光纤结构示意图
Coating包胶层 Cladding涂覆层 Core纤芯
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光耦合器（Coupler）
光线的传播
1. Meridional Ray子午光线的传播（总与光纤轴相交）
第八章 光无源器件
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概述
简介
• 是一种光学元器件 • 工艺原理遵循光学的基本原理，即光线理论 以及电磁波理论 • 光通信设备的重要组成部分 • 工艺涉及多种加工工艺，特别复杂
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概述
光无源器件主要分为以下几种
1. 光纤准直器（Fiber Collimators ） 2. 光纤连接器（Connector） 3. 光耦合器件（Coupler） 4. 光衰减器（Attenuator） 5. 光隔离器（Isolator） 6. 光波分复用器（WDM） 7. 偏振光合波器（PBC） 8. 光开关(Switch) 9. 光环形器（Circulator）
熔融拉锥型全光纤耦合器应为其良好的综合优势成为现在制作耦合 器的主要方法。JDSU主要制造此类Coupler，为本章节专讲内容。
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光耦合器（Coupler）
熔融拉锥型全光纤耦合器的优势 1、极低的附加损耗：标准X型可达到0.05dB以下； 2、方向性好：一般超过60dB; 3、良好的环境稳定性：例如在-40度－85度范围内可
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光纤准直器（Collimator)
制作工艺 Lens组装
UV胶
玻璃管
Lens Epoxy环氧树脂
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光纤准直器（Collimator)
制作工艺 Pigtail组装
斜面对齐
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对齐后作标记
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光纤准直器（Collimator)
制作工艺 Lens Holder套管组装
Epoxy环氧胶 Silicon Rubber硅胶
V-shape Quartz Tube V 型石英基板
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光耦合器（Coupler）
主要性能技术指标
1、插入损耗 2、附加损耗（Excess Loss ）：
全部输出端口功率总和相对于全部输入功 率总和的减少值 3、分光比（Coupling Ratio）：
Lens Holder
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光纤准直器（Collimator)
主要性能技术指标：
1. Wavelength（波长） = 1520 ~ 1580 nm 2. Insertion Loss（插入损耗） < 0.15 dB 3. Return Loss（回波损耗） > 65 dB 4. Tensile Load （拉力）> 5 N 5. Working Distance（工作距离）: 10 mm
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光耦合器（Coupler）
耦合机理示意图(1X2 Single为例)
背散射臂 耦合区
耦合臂 形成新的全反射
单模输入光
输入臂
（小角度单一路径）
入射角度变大 逸出折射光 直通臂
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光耦合器（Coupler）
熔融拉锥示意图
一定要打两个结
拉力
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99.9％氢气火焰
光纤耦合器件某一光路对其他光路中光信号的隔离能力
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光衰减器（Attenuator）
4. 光衰减器（Attenuator）
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光衰减器（Attenuator）
光衰减器的作用：
光衰减器是重要的光学无缘器件，常用于在系统中吸收或反射 掉光功率余量、评估系统的损耗以及各类测试中。 光衰减器可以按照用户的要求将光信号进行预期的衰减，类型 很多，不同类型衰减器分别采用不同的工作原理。
• C-Lens光纤准直器: Cylindrical-Lens,球端面透镜技术准直器 • G-Lens光纤准直器: Grin Lens,斜端面折射率径向渐变技术准直器
C-Lens 可通过增大端面曲率半径来增加工作距离，比G-Lens 改变参数相对容易，长工作距离应用中具有优势，而在普通应 用中，也因其成本优势受到欢迎。只是在Filter 型WDM 中，需 要在透镜的端面粘贴滤波片，Grin-Lens端面为平面易于贴片。
4 ø3.17 mm陶瓷
SMA905
SMA906
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方型塑料插芯 MT MPX MPT MT-RJ
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双锥插芯
（老式连接器）
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连接器（Connector）
各种制造标准
类型 FC&SC ST LC MU D4 DIN&E2000 BSC2 MPX
MT-RJ
VF-45
厂商 NTT AT&T Lucent NTT NEC Diamond Molex AMP AMP&Stratos Siemeas
耦合器各输出端口的输出功率的比值 4、方向性（Directivity）：
输入侧非注入光一端的输出光功率与全部注入功率的比较值 5、均匀性（Uniformity）:
在器件工作带宽范围内，各输出端口输出光功率的最大变化值 6、偏振相关损耗（Polarization Dependent Loss）
当传输光信号偏振态发生360度变化，器件各端口输出光功率最大 变化量 7、隔离度（Isolation）
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连接器（Connector）
种类
1、活动连接器： a、连接器插头（Plug Connector） 使光纤（缆）在转换器或变换器中完成插拔功能的器件 b、转换器（Adaptor） 把光纤（缆）插头连接在一起，从而实现光纤接通的器件 c、跳线（Jumper Connector） 一根光纤（缆）的两端都装上插头 d、变换器（Converter） 使某种型号的插头换成另一种型号插头的器件 e、裸光纤转换器（Bare Fiber Adaptor） 使裸光纤与光源、探测器、各类光仪表连接的器件
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光纤准直器（Collimator)
原理示意图
束腰半径小 发散角大
腰斑较大 发散角小
近高斯光束
Fiber Pigtail 光纤尾纤
折射率径向变 Grin Lens Glass Sleeve 化示意图 （1/4透镜） 玻璃套管
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光纤准直器（Collimator)
种类
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概述
PPT内容介绍
• 各种无源器件的基本原理 • 各种无源器件的种类 •各种无源器件的性能技术指标
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光纤准直器（Collimator)
1. 光纤准直器（Fiber Collimator）
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光纤准直器（Collimator)
原理与作用
光纤准直器的基本原理是，将光纤端面置于准直透镜的焦点处， 使光束得到准直，然后在焦点附近轻微调节光纤端面位置，得 到所需工作距离，因此准直器的工作距离与光纤头和透镜的间 距L 相关。 光纤准直器的作用是将光纤输出的束腰半径较小而发散角较大 的近似高斯光束转化为腰斑较大而发散角较小的光束，以增加 对轴向间距的容查从而提高光纤与光纤之间的耦合效率，这样 可使两准直器之间保持较长的距离，可以插入光学元件以实现 器件性能。如下图所示；
MU/APC
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么么么么方面
• Sds绝对是假的
连接器（Connector）
ST/PC
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连接器（Connector）
E2000/PC
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E2000/APC
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连接器（Connector）
F3000/PC
F3000/APC
Note: SFF Connector: Small Form Factor (1.25mm ferrule OD).
Epoxy 632胶
Vane 折光叶片
Coating 镀反射模
Air Gap 气孔
G-Lens Wedged Mirror 格林透镜 双折射晶体
Flex PCB （MEMS Chip Soldered ） 印刷线路板（Chip 已焊接）
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连接器（Connector）
部分连接器图例
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SC/PC
SC/APC
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连接器（Connector）
FC/PC
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FC/APC
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连接器（Connector）
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LC/PC
LC/APC
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连接器（Connector）
MU/PC
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2、固定连接器：主要为光纤熔接（Fiber Fusing Splicing）
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连接器（Connector）
基本制造类型
序号 按ferrule插针分类
类型
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ø2.5mm陶瓷
SC FC ST ESCON E2000 BSC2 DIN
2
ø1.25mm陶瓷 LC MU
3
ø2.0mm陶瓷
D4
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光耦合器（Coupler）
结构示意图
V-shape Quartz Tube 石英基板
UV 胶 Fiber光纤
Shrink Tube热 缩套
Shrink Tube热缩套
Silicon Rubber硅胶 Stainless Steel Tube不 锈钢套
Stainless Steel Tube不锈 钢套
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连接器（Connector）
插针套筒式连接器示意图
插针
插针B
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插针A
光纤
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连接器（Connector）
LC/PC连接器组装结构
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组装前
组装后
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连接器（Connector）
主要性能技术指标
1、插入损耗（Insertion Loss) 2、回波损耗（Return Loss） 3、重复损耗：多次插拔的损耗 4、互换损耗：连接器部件互换时损耗
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连接器（Connector）
2. 连接器（Connector）
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连接器（Connector）
基本原理
光纤连接器的基本原理是采用某种机械和光学机 构，是两根光纤的纤心对准，保证90％以上的光 可以通过。
光纤连接器是光学元器件中的基础元件，除了实 现光纤之间的连接外，它还具有将光纤光缆、有 源器件、其他无源器件、系统与仪表实现连接的 功能。
Cladding
Cladding
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光耦合器（Coupler）
光线的传播
2. Skew Ray斜光线的传播（射入角大于子午线，不与光纤轴相交）
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光耦合器（Coupler）
耦合机理：（单模光纤耦合器）
耦合即是入射光功率在熔融拉锥区域进行功率再分配，一部分通过 “直通臂”继续传输，另一部分由“耦合臂”传到另一光路。 基本原理是：当光线输入进入熔锥区输入端时，由于纤芯的不断变 细，入射角度也不断变大，当超过全反射的角度临界点时，会有部 分的光功率会逸出“输入臂”熔锥区的光纤包层，这时光功率是以 包层作为芯，纤外介质（空气）作为新的复合波导中传播的；在输 出端，随着纤芯变粗，入射角度逐渐变小，光功率被两个纤芯以特 定的比率捕获。
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光衰减器（Attenuator）
光衰减器的种类
位移型光衰减器
横向位移型 纵向位移型
光衰减器
直接镀膜型光衰减器（吸收或反射膜） 衰减片型光衰减器 液晶型光衰减器
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光衰减器（Attenuator）
MEMS衰减器的原理
正视图
Double Core Tube 双光纤毛细管
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连接器（Connector）
插针端面
PC： Non-angled Physical Contact connector 无角度接触连接器
APC： Angled Physical Contact connector 有角度接触连接器
这里端面一般为球面，球面增加回损。比较两种连接器， APC斜球端面连接器可以在接触时产生更大的回波损耗，其 数值可以达到50-70dB，而一般的PC端面连接器回损约为 30-40dB，只是由于角度位置的要求，APC连接器制作工艺 会稍微复杂。