常见光无源器件

2020/4/19
图3.10 FMS-1型光纤固定连接器的结构图
3.1.2 光纤固定连接器
• (2) 毛细管固定接头 • 毛细管固定接头一般采用玻璃材料制作，将两根处理好的
光纤从两头穿入玻璃毛细管内，利用其精密内孔使两根光 纤纤心对准。在两根光纤端面加入匹配液，消除菲涅尔反 射。
• (3) 套管式固定接头 • 与活动连接器一样，其主要零件也是插针和套筒。插入损
• 1．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。
• 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3.1~图3.5所示。
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图3.1 套管结构
3.1.1 光纤活动连接器
•
•
图3.2 双锥结构
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3.2.1 描述光耦合器特性的一些 技术参数
• 由 2 端输出的光功率 PIN 2 (与o u t)全部注入的光功率(即图3.11
中 1 端注入的光功率 )之P I比N 1 为
DL10lgPIP NI2N (o1ut)
(dB)
(3.7)
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图3.11 X形耦合器的方向性
• 衡量器件对于传输光信号的偏振态的敏感程度的参量，也 称为偏振灵敏度。
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3.2.1 描述光耦合器特性的一些
技术参数
• 当传输光信号的偏振态变化 3 6 0 时，器件各输出端输出
功率的最大变化量：
PDL10lgM Mainx((P Poouuttii)) (dB)
(3.9)
• 7．隔离度(Isolation)
纤固定在V形槽内。
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3.1.2 光纤固定连接器
• (2) 光纤的对准机构 • 在熔接光纤之前，一般要通过手动或自动装置使纤心完全
对准。常用如下三种方法来实现光纤的对准：① 功率监测 ② 纤心直视③ 包层对准
• (3) 电弧放电机构 • 熔接机的电弧放电由两根电极完成，电极由钼丝制成。
3.1.1 光纤活动连接器
• 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：
• (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。
• 制作固定接头的方法有熔接法、V形槽法、毛细管法、套 管法等。
• 1．熔接法 • 用熔接法制作固定连接器，是光纤固定连接的主要方法。 • 它采用加热的方法将光纤熔接在一起，只要操作得当，熔
接机设计合理，连接插入损耗很小，后向反射光近似为零 ，可以得到非常理想的光纤固定接头。
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3.1.2 光纤固定连接器
3.1.1 光纤活动连接器
• 影响光纤活动连接器插入损耗的因素很多，现简述如下： • (1) 两个光纤纤心位置的错位，如图3.8所示。
实际有三种情况，即横向错位、角度倾斜和端面间隙。
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图3.8 光纤纤心位置的错位
3.1.1 光纤活动连接器
• (2) 在两个光纤端面之间，由于存在不同的介质（如空气 ），光在介质之间多次反射，产生损耗，称为菲涅耳反射 引起的损耗，其表达式为
I
10lg
Pouti iPini
(dB)
(3.10)
• 式中，P o u t为i 在第i个光路输出端测到的其他输出端光信号 的功率； P为i n i输入的光功率。
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3.2.2 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、全 光纤型和平面波导型。
• 1、早期采用分立光学元件（如棒透镜、反射镜、棱镜等 ）组合拼接。
3.2.1 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：
FL10lgM Mainx((P Poouuttii)) (dB)
(3.8)
• 6．偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss)
IL10(ldgBP )out/P in(3.1)
式中， P 为i n 输入光功率； P为o u 输t 出光功率。插入损耗 越
小越好。
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3.1.1 光纤活动连接器
• (2) 回波损耗
• 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
RL10 (dlBg)Pr(3/.P 2in )
( N × N, N＞2 ) 以及树形 ( 1 × N, N＞2）耦合器。
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3.2 光 耦 合 器
• 从工作带宽上，可分为单工作窗口的窄带耦合器、单工作 窗口的宽带耦合器和双工作窗口的宽带耦合器。
• 另外，由于传导光模式的不同，又有多模光纤耦合器和单 模光纤耦合器之分。
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拼接，做成光纤耦合器。
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3.2.2 光耦合器的制作方法
（4）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。
• (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。
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3.1.1 光纤活动连接器
• 2．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
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3.2.1 描述光耦合器特性的一些
技术参数
• 3．分光比(
Pouti 100％ Pouti
• 它是光耦合器特有的技术指标。
(3.6)
• 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) 电弧放电和电机驱动的控制机构 • 在电极放电过程中，电机的驱动都由微处理机控制，按预
定程序工作。
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3.1.2 光纤固定连接器
• 2．其他固定连接方式 • (1) V 形槽固定接头 • 这种接头携带方便，操作简单，不需要贵重的仪表和设备
。V 形槽的结构是多样的，图3.10为 FMS-1 型光纤固定 连接器的结构图。
式中， P 为i n 输入光功率； 为P 后r 向反射光功率。回波损耗
越大越好。
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3.1.1 光纤活动连接器
• (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。
• 互换性是指连接器各部件互换时，插入损耗的变化，也用 dB表示。
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3.1.1 光纤活动连接器
• (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。
• (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。
• 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。
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3.2.2 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）最早是Sheem和Giallorenzi发明的蚀刻法 （2） Bergh等人发明了光纤研磨法， （3）研磨结束后，在研磨面上加一小滴匹配液，再将光纤
3.2 光 耦 合 器
1
3.2.1 描述光耦 合器特性 的一些技 术参数
2
3.2.2 光耦合器 的制作方 法
3
3.2.3 耦合机理
4
3.2.4 波导型光 耦合器
5
3.2.5
光波分复
用
器
(WDM)
和解复用
器
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3.2.1 描述光耦合器特性的一些 技术参数
• 1．插入损耗(Insertion Loss)
耗在0.1 dB以下，回波损耗达45 dB以上。
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3.2 光 耦 合 器
• 光耦合器(Coupler)是能使光信号在特殊结构的耦合区发 生耦合，并进行光功率再分配的器件。
• 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。
• 从端口形式上，可分为X 形( 2 2 )、Y 形( 1 )2、星形
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3.1.2 光纤固定连接器
• 实现光纤熔接的设备是光纤熔接机，它由下述部分组成： (1)光纤的准直与夹紧结构；(2)光纤的对准机构；(3)电 弧放电机构；(4)电弧放电和电机驱动的控制机构。
• 以下是详细介绍。
• (1) 光纤的准直与夹紧结构 • 光纤的准直与夹紧结构由精密V形槽和压板构成， • 精密V形槽的作用是使一对光纤不产生轴偏移，压板使光
• 光纤加热和熔化的方法有三种，如图3.9所示。其特点如下
：
• (1) 电弧熔接 (2) 氢氧焰熔接 (3) 激光熔接