光纤通信系统中无源器件的原理及性能指标
光无源器件研究报告
光无源器件研究报告近年来，随着通信技术的快速发展，人们对光通信技术的研究和应用越来越广泛。
而光无源器件作为光通信系统中重要的组成部分，对于提高光通信的性能和稳定性具有重要的意义。
本文将介绍光无源器件的研究现状和发展趋势。
一、光无源器件的定义和分类光无源器件是指无需外部能量输入即可实现光信号处理的元器件。
它不需要任何电、磁或化学能量的输入，只需要利用光本身的特性完成光信号的处理。
光无源器件广泛应用于光通信、光存储、光计算等领域。
根据不同的工作原理，光无源器件可以分为几种类型，如：1. 光纤光纤是一种将光信号传输到目的地的无源设备。
光纤具有低损耗、高速率和抗电磁干扰等特点，因此它广泛应用于光通信系统中。
一般来讲，光纤可分为单模光纤和多模光纤两种。
其中，单模光纤适合远距离传输，而多模光纤适合短距离传输。
2. 光栅光栅是一种将光信号进行处理的器件。
它通常由一系列的反射棱镜组成，可以用来扩展、稳定和调制光信号。
光栅广泛应用于激光系统、治疗仪器和光谱仪等领域。
3. 光衰减器光衰减器是一种可以调节光的强度的器件。
它可用来控制光信号的输出功率，从而保证通信系统的正常运行。
光衰减器通常由气体、固体材料或半导体材料构成。
4. 光开关光开关是一种可以控制光线的传输路径的器件。
它通过调节光的传输路径来进行光信号的切换和路由。
光开关广泛应用于网络通信、光计算和光传感器等领域。
近年来，随着通信技术的快速发展，人们对光无源器件的研究越来越深入。
目前，研究人员主要关注以下几个方面：1. 新型光无源器件的研发为了提高光通信系统的性能和稳定性，研究人员一直在努力研发新型的光无源器件。
这些新型器件具有更高的灵敏度、更低的损耗和更广泛的应用范围，并且可以适应不同的光通信需求。
除了研发新型器件之外，研究人员还在努力优化现有的光无源器件。
通过改进设备的结构和材料，研究人员可以提高器件的性能和工作效率，并提高器件的可靠性和稳定性。
随着通信设备越来越小、越来越便携，研究人员也在努力实现光无源器件的集成化。
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指在光通信和光网络中，不需要外部能量输入就能起作用的光学器件，例如光纤、分光器和波长分复用器等。
这些器件在光通信和光网络中起着至关重要的作用，它们的性能直接影响到整个系统的性能和稳定性。
本文将对光无源器件的技术进行分析，探讨其应用领域、性能特点和发展趋势。
一、光无源器件的应用领域光无源器件广泛应用于光通信和光网络领域，包括光纤通信系统、光纤传感系统、光纤传输系统、光纤传感测量系统等。
在光纤通信系统中，光纤作为光信号的传输介质，承担着传输和接收光信号的任务；而分光器和波长分复用器等器件则用于对光信号进行分配、合并和波长分复用。
在光纤传感系统中，光纤传感器借助于光无源器件对光信号进行传输和检测，实现对环境参数的实时监测。
二、光无源器件的性能特点1. 低损耗：光无源器件在光信号的传输和处理过程中，尽可能地减少能量损耗，保证光信号的传输稳定和可靠。
2. 增益均匀：光无源器件对光信号进行分配、合并和波长分复用时，能够保持光信号的增益均匀，保证传输系统的性能稳定。
3. 高灵敏度：光无源器件在提取和传输光信号时，对光信号的灵敏度高，能够快速、准确地传输光信号。
4. 高波长选择性：光无源器件对不同波长的光信号具有高度的选择性，能够对不同波长的光信号进行准确的分配和合并。
5. 高可靠性：光无源器件的制作工艺和材料选择经过严格的筛选和测试，保证其在光通信和光网络系统中具有高可靠性和长寿命。
三、光无源器件的发展趋势1. 高性能化：随着光通信和光网络技术的不断发展，光无源器件的要求也越来越高，未来光无源器件将不断追求更高的性能，包括更低的损耗、更高的增益均匀性、更高的波长选择性和更高的可靠性。
2. 多功能化：未来光无源器件将趋向于多功能化，能够实现多种功能的器件，例如光纤传输系统中的光纤分光合并器将具有分光、合并和波长分复用的功能。
3. 集成化：随着微纳光电子器件和光学集成技术的不断发展，未来光无源器件将趋向于集成化，实现多种功能的集成器件。
论述光纤通信中光无源器件的种类、作用、原理和技术指标
（2）插入损耗。插入损耗是指由于光开关的使用而导致的光路上的能量损耗，常用dB表示。插损越小越好。当开关处于不同的输入/输出状态时，插入损耗有可能不一致，即插入损耗的一致性差，这对于实际的应用是不希望的。
相比于传统的通信传输方式，光纤通信有着许许多多的优势：通信容量大，传输距离长，抗电磁干扰、抗噪声干扰、适应环境、重量轻，安全易敷设，保密性好，寿命长。但是光纤通信也仍然存在着很多不足：在实际使用中需要昂贵的接口期间将光纤接到标准电子设备上。同时光纤相比于同轴电缆抗拉强度要低得多。光纤的焊接和维修都需要专业的设备工具和人员，因而维护投入大。[1]
光耦合器的特性可以用以下几个参数来描述。
（1）附加损耗
其中Pj是在端口j的输出功率，Pi是端口i的输入功率。
（2）插入损耗
插入损耗是指输入端口i和输出端口j之间产生的损耗，为输出与输入端口功率之比。
（3）耦合比
耦合比形式上定义为某一端口输出的功率与所有端口输出功率之比。
光开关
光开关是光交换的关键器件，它在光网络中有许多应用场合。光开关的开关速度或称开关时间是个重要性能指标。不同的应用场合对开关时间的要求是不一样的，如果光通道的设置开关时间为1~10ms，保护倒换的开关时间为1~100μs，分组交换的开关时间为1ns，外调制器开关时间为10ps级。除了开关时间外，还有下面一些参数用来衡量光开关的性能。
光纤的无源器件都不需要接通电源，它们的工作原理一般都是源于它们的特殊几何结构。当光信号通过这些特殊的结构时，就会发生一些改变，当我们控制这些器件的几何结构时，我们也就能够利用这些器件认为的控制光信号。相比于有源器件，无源器件的工作完全依赖于自身的几何结构，因而十分稳定，器件的几何结构不易发生改变，不会受到电流噪声的干扰。在光纤通信的过程中，光无源器件发挥着重要的作用。
光纤活动连接器技术及指标要求
光纤活动连接器技术及指标要求一、引言光纤活动连接器，俗称活接头，国际电信联盟（ITU）建议将其定义为“用以稳定地，但并不是永久地连接两根或多根光纤的无源组件”。
主要用于实现系统中设备间、设备与仪表间、设备与光纤间以及光纤与光纤间的非永久性固定连接，是光纤通信系统中不可缺少的无源器件。
正是由于连接器的使用，使得光通道间的可拆式连接成为可能，从而为光纤提供了测试入口，方便了光系统的调测与维护；又为网路管理提供了媒介，使光系统的转接调度更加灵活。
由于光纤活动连接器在光纤通信系统中具有如此重要的作用，因此各国的厂家对此投入了大量的人力、物力，进行了积极和深入的研究，研制开发出了多种光纤活动连接器，现已广泛地应用于各类光纤通信系统中。
二、光纤活动连接器的一般特征大多数的光纤活动连接器是由三个部分组成的：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。
另外，耦合管多配有金属或非金属法兰，以便于连接器的安装固定。
光纤活动连接器的对准方式有两种：用精密组件对准和主动对准。
高精密组件对准方式是最常用的方式，这种方法是将光纤穿入并固定在插头的支撑套管中，将对接端口进行打磨或抛光处理后，在套筒耦合管中实现对准。
插头的支撑套管采用不锈钢、镶嵌玻璃或陶瓷的不锈钢、陶瓷套管、铸模玻璃纤维塑料等材料制作。
插头的对接端进行研磨处理，另一端通常采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软线以释放应力。
耦合对准用的套筒一般是由陶瓷、玻璃纤维增强塑料（FRP）或金属等材料制成的两半合成的、紧固的圆筒形构件做成的。
为使光纤对得准，这种类型的连接器对插头和套筒耦合组件的加工精度要求很高，需采用超高精密铸模或机械加工工艺制作。
这一类光纤活动连接器的介入损耗在（0.18～3.0）dB范围内。
主动对准连接器对组件的精度要求较低，可按低成本的普通工艺制造。
但在装配时需采用光学仪表（显微镜、可见光源等）辅助调节，以对准纤芯。
为获得较低的插入损耗和较高的回波损耗，还需使用折射率匹配材料。
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。
实验五光无源器件特性测试实验
实验五-光无源器件特性测试实验实验五：光无源器件特性测试实验一、实验目的1.掌握光无源器件的基本特性测试方法；2.熟悉光无源器件的性能指标；3.学习并掌握光损耗测试、光回波损耗测试、光方向性测试等基本光无源器件测试方法。
二、实验原理光无源器件是构成光通信网络不可或缺的部分，其特性测试对于确保系统的稳定性和性能至关重要。
实验中，我们将对光损耗、光回波损耗和光方向性等关键指标进行测试。
1.光损耗：光损耗是指光在传输过程中，由于各种原因导致的光功率减弱。
实验中，我们通过测量输入光功率和输出光功率之差，得到器件的光损耗。
2.光回波损耗：光回波损耗是指反射回来的光功率与入射光功率之比。
高回波损耗意味着低反射，有助于减少光信号的散射和增强系统的稳定性。
3.光方向性：光方向性描述了光在特定方向上的传播能力。
实验中，我们通过测量器件在不同角度上的透射和反射光功率，评估其方向性。
三、实验步骤1.搭建测试平台：准备好测试所需的设备和器材，包括光源、光功率计、稳定光源、光无源器件待测件、光纤跳线等。
2.初始化：对测试平台进行初始化，包括连接光纤、设置光源波长等。
3.测试光损耗：首先，调整好光源的输出功率，将稳定光源的光纤连接到光无源器件的输入端，同时将光功率计连接到输出端，测量原始的光功率P1；然后，将待测件插入到稳定光源与光功率计之间，再次测量输出光功率P2；最后，通过计算P1和P2的差值，得到光损耗=10*log10(P1/P2)。
4.测试光回波损耗：将稳定光源的光纤连接到光无源器件的输入端，同时将回波损耗仪连接到输出端，测量回波损耗值。
5.测试光方向性：通过旋转待测件，在不同角度上测量透射和反射光功率，并记录数据。
通常以角度为横坐标，以功率为纵坐标绘制曲线图，即可得到光方向性的结果。
6.数据处理与分析：对测试得到的数据进行分析，评估待测件的性能。
对比同类型器件的测试结果，可以对器件进行优化或改进设计。
7.清理现场：实验结束后，关闭设备并整理现场。
光无源器件
Grin-Lens：
n 0 1 co A Z s
C-Lens：
n11(n n1)R Lc
C-Lens与Grin-Lens对比II
➢双光纤准直器
子午面
垂直排列
水平排列
双光纤准直器尾纤排列方式
2 cross Lcross
双光纤准直器的交叉角度和交叉长度
反射镜
双光纤准直器
双光纤准直器应用示例 －2×2光开关
➢双光纤准直器
双光纤准直器输出光偏角由水平偏角θ//和竖
子午面
轴线
直偏角θ⊥两个分量组成，其中θ//因光纤位
置离轴产生，θ⊥由端面斜角引起。 2 a c r c ) o ta t / s ) / a 2 n ( / / n (
Grin-Lens：
2 cr 2 o n 0 s A s s A i Z n r
Lcrossn0
1 AtanAZ
C-Lens：
2cross2nR1r
Lcross
R n1
//
透镜端面
双光纤准直器输出光束方向
➢双光纤准直器
在光开关和光环形器等器件中，为了减少准直器数量和缩小体积，常用到双 光纤准直器与屋脊棱镜和Wedge对的耦合：
2 cross
2 cross
双光纤准直器与屋脊棱镜的耦合
➢Freespace型光隔离器
光隔离器分为偏振相关型和偏振无关型两种，前者又称为Freespace型，因两端无光 纤输入输出；后者又称为在线型，因两端有光纤输入输出。 ✓Freespace型光隔离器一般用于LD中，因为LD发出的光具有极高的线性度，可以采 用这种偏振相关的光隔离器而享有低成本的优势； ✓通信线路或者EDFA中一般采用在线型光隔离器，因为线路上的光偏振特性非常不 稳定，要求器件有较小的偏振相关损耗。
光纤通信用新型光无源器件
光纤通信用新型光无源器件光纤通信是一种高速、远距离传输数据的先进技术，其中最为关键的因素是光无源器件。
光无源器件是指在光通信中不需要任何主动或外部能量驱动的光学器件。
光无源器件具有光学透明度高、传输损失小、光学干扰小等优点，广泛应用于光网络、光纤传感器、光存储等领域。
随着科技的发展，新型光无源器件也得到了广泛研究和应用。
一、新型光无源器件概述新型光无源器件是指近年来光通信技术和材料技术的发展所推动的新型光无源器件。
这些器件具有光学性能更优、光纤通信能力更强、成本更低等特点。
目前，在新型光无源器件方面，最具有前景的研究方向有：1. 高效能光器件研究：如利用微纳技术制备高品质硅基光器件，制备更具有可靠性和成本优势的纳米光器件。
2. 光纤泵浦技术研究：光纤泵浦技术是光无源器件中的一项重要技术，它可以实现高功率、高效率的光放大器和激光器等器件。
3. 新型光纤材料研究：新型光纤材料具有更广泛的光谱响应、更高的抗干扰能力、更大的带宽等特点，可以扩展光纤通信的传输容量和传输距离。
二、新型光无源器件的应用领域新型光无源器件是光通信技术的重要组成部分，它在科学研究、医疗、工业制造、国防等领域都有着广泛的应用。
1. 光网络：新型光无源器件可以有效地提高光网络的传输质量和稳定性，使其更加可靠。
2. 光纤传感器：新型的光无源器件可以应用于各种光纤传感器、特别是温度和应力传感器。
3. 光存储：新型光无源器件也可以应用于光存储器件，以实现更高密度的存储和更快的读写速度。
4. 医疗：新型光无源器件应用于医疗器械中，可以提高医疗诊断和治疗的可靠性和精度。
5. 国防：新型光无源器件在国防领域中的应用，包括光纤通信、光纤传感器、高性能光放大器等方面，可以有效提高军事通信的保密性。
三、新型光无源器件的研究现状当前，新型光无源器件研究正处于高速发展期，主要涉及器件结构设计、材料制备、光学特性测试等方面。
在器件设计方面，国内多家单位正在进行研究，采用多种方法优化器件的结构和性能；在材料制备方面，利用新型材料和制备技术进行研究和应用；在光学特性测试方面，采用更加高效的测量方法和测试设备等。
光无源器件技术综述
光无源器件技术综述万助军中科院上海微系统与信息技术研究所博士生上海上诠光纤通信设备有限公司技术顾问光无源器件是光纤通信中不可或缺的部分，本文综合介绍各种光无源器件技术原理、特摘要：光纤准直器设计等°减反射角、点以及部分工艺考虑，内容包括高斯光束能量耦合、光纤头的8单元技术和光纤连接器、晶体光学器件、波分复用器、光开关等器件技术，希望对从事光无源器件设计和制造的工程师有参考作用。
FBT关键词：光无源器件，准直器，隔离器、环形器、光开关、言绪一.适应信息社会对通信容量的要求，光纤通信已经取代电子通信。
低损耗光纤、半导体激使光纤通DWDM+EDFA光器和掺铒光纤放大器是使光纤通信成为可能的三个关键因素，而信容量得到空前扩展。
在光纤通信系统中，各种光无源器件扮演着不可或缺的角色，本文将[1]综合介绍各种光无源器件技术原理及特点。
下文的组织结构是，第二部分介绍光无源器件中用到的基础知识和单元技术；第三部分对光纤连接器的一些特性进行分析；第四部分介绍各种晶体光学器件的结构、原理和发展情况；第五部分介绍波分复用器的原理和结构；第六部分介绍各种光开关的原理、结构和特点；第七部分介绍各种光衰减器的原理、结构和特点；第八部分介绍光纤熔融拉锥器件的基本原理和各种具体器件的实现方式；第九部分为全文总结。
需要说明的是，限于本文作者的知识水平和研究经历，对某些技术有较深入的分析，如型波分复用器和光纤熔融拉光纤头、光纤准直器、光纤连接器、光隔离器、光环形器、Filter、光开关和可调光衰减器等，这锥器件等，对某些技术则大致介绍结构和原理，如Interleaver些都是为了聊补本文的完整性，以顶住光无源器件技术综述这顶帽子。
考虑本文的读者对象是从事光无源器件设计和制造的工程师，作者尽量少用复杂的公式，但在某些场合，公式有50个公式。
助于理解问题和说明一些重要结论，因此本文中仍出现多达基础知识和单元技术二.高斯光束的能量耦合1.在尾纤为单模光纤的光无源器件中，光束可用高斯近似处理，器件的耦合损耗可用高斯光束之间的耦合效率进行分析。
光无源器件参数测试实验
光无源器件参数测试实验光无源器件参数测试实验是对光通信系统中使用的无源器件进行性能测试的一种方法。
无源器件包括光纤、光分路器、光耦合器等，它们在光通信系统中起到传输和分配光信号的作用。
在光通信系统中，无源器件的性能直接影响到系统的传输效率和稳定性，因此准确测试无源器件的参数是非常重要的。
1.实验目的测试光无源器件的参数，包括插入损耗、反射损耗、带宽、槽隔离度等，以评估器件的性能，为光通信系统的设计和优化提供依据。
2.实验仪器与设备(1)光源：常用的光源有激光二极管光源、电子脉冲激光器、气体激光器等。
光源的选择应根据实际应用需求确定。
(2)光功率计：用于测量光源的输出光功率，常用的光功率计包括光纤功率计和探头功率计。
(3)光分路器：用于将光信号分成两个或多个信号，常用的光分路器有耦合式光纤分路器和干涉式光纤分路器。
(4)光耦合器：用于将光信号从一个光纤耦合到另一个光纤中，常用的光耦合器有耦合式光纤耦合器和波导式光纤耦合器。
(5)光衰减器：用于调节光信号的光功率，常用的光衰减器有可调半波电压衰减器、可调半波电压Tipo式衰减器。
(6)光检测器：用于检测光信号的强度和特性，常用的光检测器有光电二极管、光电探测器等。
(7)光谱仪：用于测量光信号的频谱，获取光信号的频率信息，常用的光谱仪有光栅光谱仪、波长计等。
3.实验步骤(1)校准仪器：调节光源的输出光功率，使用光功率计校准光源的输出功率，并记录下来。
(2)测量插入损耗：将光无源器件与光源和光功率计连接起来，记录下光源的输出功率和光经过器件后的功率，计算插入损耗。
(3)测量反射损耗：将光无源器件与光源和光功率计连接起来，记录下光源的输出功率和光反射回来的功率，计算反射损耗。
(4)测量带宽：使用光谱仪测量无源器件的光信号频谱，记录下信号的中心频率和带宽。
(5)测量槽隔离度：使用光分路器或光耦合器将光信号分成两个或多个信号，分别测量各个信号的光功率，并计算槽隔离度。
光纤无源器件介绍
第3张光纤无源器件介绍在光纤通信的传输系统中，除了必备的光终端设备、电终端设备和光纤之外，在传输线路中还需要各种辅助器件以实现光纤与光纤之间或光纤与端机之间的连接、耦合、合／分路、线路倒换以及保护等多种功能。
相对于光电器件，如半导体激光器、发光二极管、光电二极管以及光纤放大器等光“有源器件”而言，这一类本身不发光、不放大、不产生光电转换的光学器件，常被称之为光“无源器件”。
无源器件的种类繁多，功能及形式各异，但在光纤通信网络里是一种使用性很强的不可缺少的器件。
主要的无源器件有光纤连接器、光缆连接器、光纤耦合器、光开关、光复用器(合波器和分波器)、光分路器、光隔离器、光衰耗器、光滤波器，等等。
它的作用概括起来主要是：连接光波导或光路；控制光的传播方向；控制光功率的分配；控制光波导之间、器件之间和光波导与器件之间的光耦合；以及合波和分波等作用。
需特别指出，由于生产光“无源器件”的厂家众多，且品种、结构、外貌各异，价格也不菲，因此实验箱中所涉及的光“无源器件”远不能代表该类器件的全貌。
各学校可根据自己教学的需要和开设特殊实验内容的要求，在该实验箱基础上添置更多的光“无源器件”，增加新的实验内容。
本章节的实验目的是让学生对光纤通信中这一类基本器件的某种结构及相关性能指标有一个基本了解，熟悉光“无源器件”性能指标的测量方法和光学测量仪器的使用方法，为今后的实践打下一个良好的基础。
“JH5002型光纤通信原理综合实验系统”现在的光“无源器件”基本配置见表。
一、光纤连接器光纤连接器又叫光纤活动连接器、或叫活接头。
这是用于连接两根光纤或光缆形成连续光通路的可以可拆卸重复使用的光“无源器件”，被广泛应用在光纤传输线路、光纤配线架和光纤测试仪器、仪表中，也是目前使用数量最多的光无源器件。
尽管光纤连接器在结构上千差万别，品种上多种多样，但按其功能可以分成如下几个部分：表光“无源器件”种类和数量配置连接器插头：插头由插针体和外部配件组成，用于完成在光纤器件连接中插拔功能。
光通信原理实验指导书
实验一模拟信号光调制实验一、实验目的1、了解模拟信号光纤通信原理。
2、了解不同频率不同幅度的正弦波、三角波、方波等模拟信号的系统光传输性能情况。
二、实验内容1、测量不同的正弦波、三角波和方波的光调制系统性能。
三、实验器材1、主控&信号源、25号模块各1块2、双踪示波器1台3、连接线若干4、光纤跳线1根四、实验原理1、实验原理框图光调制功率检测框图模拟信号光调制传输系统框图2、实验框图说明本实验是输入不同的模拟信号，测量模拟光调制系统性能。
如模拟信号光调制传输系统框图所示，不同频率不同幅度的正弦波、三角波和方波等信号，经25号模块的光发射机单元，完成电光转换，然后通过光纤跳线传输至25号模块的光接收机单元，进行光电转换处理，从而还原出原始模拟信号。
实验中利用光功率计对光发射机的功率检测，了解模拟光调制系统的性能。
注：根据实际模块配置情况不同，自行选择不同波长（比如1310nm、1550nm）的25号光收发模块进行实验。
五、注意事项1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。
2、不要带电插拔信号连接导线。
六、实验步骤1、系统关电，参考系统框图，依次按下面说明进行连线。
（1）用连接线将信号源A-OUT，连接至25号模块的TH1模拟输入端。
（2）用光纤跳线连接25号模块的光发端口和光收端口，此过程是将电信号转换为光信号，经光纤跳线传输后再将光信号还原为电信号。
注意，连接光纤跳线时需定位销口方向且操作小心仔细，切勿损伤光纤跳线或光收发端口。
（3）用同轴连接线将25号模块的P4光探测器输出端，连接至23号模块的P1光探测器输入端。
2、设置25号模块的功能初状态。
（1）将收发模式选择开关S3拨至“模拟”，即选择模拟信号光调制传输。
（2）将拨码开关J1拨至“ON”，即连接激光器；拨码开关APC此时选择“ON”或“OFF”都可，即APC功能可根据需要随意选择。
（3）将功能选择开关S1拨至“光功率计”，即选择光功率计测量功能。
DWDM技术中的关键无源器件
DWDM技术中的关键无源器件1、引言：WDM即波分复用(Wavelength Division Multiplexing),是光纤通信中的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段作为一个独立的通道传轴一个预定波长的光信号。
若通道间隔小于或者等于3.2nm,则称为DWDM.即密集波分复用(Dense WDM)，也常常把密集波分复用简称为波分复用。
DWDM技术具备良好的技术优势和良好的经济性，已成为光纤传输的主流。
要实现DWDM传输。
需要许多与其相适应的高新技术和器件、其中的关键无滚器件是波分复用器，即分波器.合波器。
要进一步实现DWDM组网，则涉及到OADM，OXC等无源器件的开发。
本文对这些无源器件的结构和工作原理作一论述。
2、工作参数介绍：在DWDM系统中、器件的性能会给系统会带来一系列的影响.这里首先对D WDM中的无源器件的主要参数指标作一个介绍。
2.1插入损耗指器件给系统带来的功率损耗。
系统中器件的插入损耗包括两个方面。
一个是器件本身存在的固有损耗.另一个就是由于器件的接人在光纤线路连接点上产生的连接损耗。
插入损耗值越小则对系统越有利。
应该注愈的是，插入损耗不是一个恒定值、而是光波长的函数，因此在使用时我们必须了解披长变化时捅入损耗的相应变化，即器件的波长响应(谱响应)。
此外，对于多信道器件，信道插入损耗不均匀度也是一个很重要的参数，一般来说，系统要求器件对于各信道有相同的损耗，即要求信道擂插入损耗不均匀度越，越好。
2,信道隔离度：在DWDM系统中，多个不同波长的光信号同时送入一根光纤里传轴，因此在合波、分波的过程中，某一信道中的信号光会不可避免地翻合到另一个信道，这个耦合进来的信号光对原信道形成噪声，使该信道传输质量劣化，这就是串扰，串扰也可用隔离度来表述，它代表信道间的最大串扰信号量，并且假定最大串扰祸合产生于相邻的波长信道，如果最大串扰不是来自相邻信道，则以来自产生最大串扰的信道的串扰作为信道隔离度。
光无源器件概述
类型：无源、有源
无源器件主要包括：光连接器、光衰减器、光耦合器、光 波分复用/解复用器、隔离器、环行器、滤波器、光调制器、 光开光等。
有源器件主要包括：激光器、光探测器、光放大器等。
3
光纤无源器件技术
4
无源器件功能
光无源器件是一种能量消耗型器件，主要功能是对信号或能 量进行连接、合成、分叉、转换以及有目的的衰减等，在光纤通 信系统以及各类光纤传感系统中是必不可少的重要器件。
光纤无源及有源器件 技术及应用
1
主要内容：
光纤无源器件技术
光纤光栅、滤波器、调制器等
光纤放大器技术
掺铒光纤放大器、拉曼放大器等
光纤激光器技术
多波长光纤激光器、锁模光纤激光器、单频 光纤激光器等
2
光器件
用途:
实现光信号的连接、能量分路/合路、波长复用/解复用、光路 转换、能量衰减、方向阻隔、光-电-光转换、光信号放大、光信号 调制等功能，是构成光纤通信系统的必备元件。
光波分复用器和解复用器是WDM光纤通信系统中 的关键部件。
25
熔锥光纤型波分复用器结构和特性
P P1
P2
0
1 2
26
1 2 3
1+ 2+ 3
光纤
透镜
光栅
衍射光栅型波分复用器结构示意图
27
光纤
1 2 3
1+ 2+ 3
棒透镜 光栅
采用棒透镜的光栅型WDM
28
光波导
开角
(a)
波导型波分解复用器
1.3 mm
19
光纤耦合器的技术参数
(6) 工作波长范围
浅谈光纤通信有源器件与无源器件
浅谈光纤通信有源器件与无源器件任课教师学院班级姓名学号日期2016年05月18日目录1 引言 (1)2光有源器件 (1)2.1 光有源器件简介 (1)2.2 光纤激光器 (1)2.3光纤放大器 (3)2.4 全光波长变换器 (4)2.5光检测器 (4)3 光无源器件 (5)3.1 光无源器件简介 (5)3.2 光纤活动连接器 (6)3.3 跳线 (6)3.4 转换器 (7)3.5 变换器 (8)3.6光纤活动连接器的表征指标 (9)3.6.1插入损耗 (9)3.6.2回波损耗 (9)3.6.3重复性 (10)3.6.4互换性 (10)3.7光分路器 (10)3.8光衰减器 (12)3.9光隔离器 (14)3.10光开关 (15)3.11波分复用器 (15)3.12光接头盒、光配线箱、光终端盒 (15)结语 (16)参考文献 (16)1引言在光纤通讯行业，光纤系统中所用到的各种器件称为光器件。
而光器件简单来说分为有源光器件与无源光器件两种。
有源光器件也称光有源器件，无源光器件也称光无源器件。
光有源和无源器件都有如下产品：●有源光器件：定义是在光通信系统中能产生或接收光信号的器件。
可以简单的认为有源光器件是需要接上电源才能工作的。
比如：光纤收发器（"纤亿通"自主生产），光接收机，光源，光端机，光功率计等。
●无源光器件：定义是在光通信系统中不能产生或接收光信号的器件。
可以简单的认为无源光器件是不需要接上电源就能够工作的。
比如：光纤连接器，光纤适配器，光纤衰减器，光纤终结器，密集波分复用器（DWDM），粗波分复用器（CWDM），光纤耦合器，光开光，光纤准直器，光隔离器,平面波导光分路器（PLCS）等等。
2光有源器件2.1光有源器件简介光有源器件是光纤通信重要的核心器件之一，受到人们普遍的重视和关注。
目前光纤通信领域应用的光有源器件主要有光源(量子阱激光器(QWLD)，垂直腔面发射激光器(VCSEI.),量子点激光器(QDI,D)、多波长激光器等)，光探测器(光电子二极管(PD)、雪崩光电二极管(APD)等)，光调制器(妮酸锉(LiNb03)调制器等。
光通信系统中的重要有源光器件和无源光器件有源器件光
谐振型和传输型半导体光放大器的光谱特性
半导体光放大器的串音特性
光放大器增益的偏振特性
光放大器增益的偏振特性的消除
2。掺铒光纤光放大器的结构
Signal in λ = 1550 nm
Optical isolator
Er 3+ -doped fiber (10 - 20 m)
Wavelength-selective
couplerຫໍສະໝຸດ SpliceSplice
Optical isolator
Signal out λ = 1550 nm
Pump laser diode λ = 980 nm
Termination
掺铒光纤光放大器的特性
掺铒光纤光放大器的原理
Energy of the Er in the glass fiber
3 + ion
1.54 eV 1.27 eV
E 3
E3
Non-radiative decay
980 nm
Pump
0.80 eV 1550 nm
In
0
E2
1550 nm
Out E1
掺铒光纤光放大器增益谱特性
掺铒光纤结构
两种实际掺铒光纤光放大器结构
光通信系统中的重要 有源光器件和无源光器件
有源器件： 光放大器等
无源器件： 耦合器，波分复用器，滤波器， 隔离器，环行器等
光有源器件：光放大器
光通信系统中的几种光放大器
1。半导体光放大器
谐振型和传输型半导体光放大器
谐振型半导体光放大器
传输型半导体光放大器I
传输型半导体光放大器II
光放大器的增益饱和特性
光纤无源器件特性测试实验
光纤无源器件特性测试实验[实验目的]1. 了解光纤活动连接器,光分路器,光耦合器及光波分复用器的工作原理及其结构.2. 掌握光纤活动连接器,光分路器,光耦合器及光波分复用器的正确使用方法.3. 掌握它们的主要特性参数的测试方法.[实验内容]1. 测量活动连接器的插入损耗.2. 测量活动连接器的回波损耗.3. 测量波分复用器的光串扰.4. 学习光分路器和耦合器的结构及原理.[实验仪器]RC-GT-II光纤通信原理实验箱,光功率计,FC/PC光纤活动连接器两只,FC/PC Y 型光分路器(分光比1:1)一只,FC/PC波分复用器两只,FC/PC光纤跳线四根. [实验原理](一)单模光纤活动连接器一个完整的光纤线路是由许多光纤接续而成的.接续分为永久性的和可拆卸的两类,前者是用电弧放电法,使两根光纤端头熔化而连接在一起,后者是通过活动连接器使两根光纤 31的端面作机械接触.无论哪种接续,其基本的技术要点都是光纤模斑要匹配,光纤端面要平整,光纤轴线要对准.好的连接的标准是插入损耗小和反射损耗大.光纤连接处的插入损耗和反射损耗的定义为1210lgsPLP= (dB) 式10-11210lgtPLP= (dB) 式10-2式中P1为入射光功率,P2为出射光功率,P3为反射光功率,如图10-1所示.由于连接处不可免的不连续性,P2P2+P3,即使后向反射光P3小到可以略去不计,仍然有P1>P2,即插入损耗存在.图10-1 光纤连接处的功率关系光纤活动连接器是可重复拆卸的无源器件.主要的技术要求除了插入损耗小,反射损耗大外,还有拆卸方便,互换性好,重复性好,能承受机械振动和冲击以及温度和湿度的变化. 光纤活动连接器种类很多,现在使用最多的是非调心型对接耦合式活动连接器,如平面对接式(FC型),直接接触式(PC型)和矩形(SC型)活动连接器等.单模光纤的模场直径不足10um,被连接的两段光纤的轴心对准度必须小于1um.因此, 单模光纤活动连接器的机械精度应达到亚微米级,需要超精细加工技术,包括切削加工和光学冷加工工艺技术来保证.1. FC型单模光纤活动连接器.典型的FC型单模光纤活动连接器结构如图10-2 所示,它由套筒,插针体a,b和装在插针体中的光纤组成.将a,b两者同时插入套筒中再将螺旋拧紧,就完成了光纤的对接. 两插针体端面磨成平面,外套一个弹簧对中套筒,使其压紧并精确对准定位. 32图10-2 FC型单模光纤活动连接器2. PC型单模光纤的活动连接器FC型连接器中的两根光纤处于平面接触状态,端面间不免有小的气隙,从而引起损耗和菲涅尔反射.改进的办法是把插针体端面抛磨成凸球面,这样就使被连接的两光纤端面直接接触.FC型和PC型单模光纤活动连接器的插入损耗都小于0.5dB,而PC型结构可将反射损耗提高到40dB.早期的FC型和PC型光纤活动连接器的套筒和插针套管都是用合金铜或不锈钢制造的, 但铜的耐磨性差,重复插拔的磨损会破坏对中精度,磨损产生的尘粒有时还会影响光的传输, 因而使用寿命短.不锈钢比铜加工困难,使磨损程度有所改进.现在最好的方案是套筒和插针套管都用陶瓷制造.用氧化锆制作开槽套筒,用氧化铝制作插针套管,可得到最好的配合. 采用陶瓷材料后,光纤活动连接器的寿命(插拔次数)可大于10000,而温度范围可扩展至一 40～+80?.3. SC型单模光纤活动连接器图10-3 SC型单模光纤活动连接器33图10-4 FC/APC型单模光纤活动连接器SC型单模光纤活动连接器如图10-3所示.与FC型,PC型活动连接器依靠螺旋锁紧对接光纤不同,SC型活动连接器只需轴向插拔操作,能自锁和开启,体积小,最适宜于高密度安装.SC型活动连接器采用塑料模塑工艺制造,插针套管是氧化锆整体型,端面磨成凸球面. 4. FC/APC型单模光纤活动连接器为了获得更高的反射损耗,已发展了FC/APC型单模光纤活动连接器,其结构如图10-4 所示.在这种结构中,两个插针体端面被磨成8?倾斜,使反射波不能沿入射波的反方向前进而是逃逸到光纤之外,因此,FC/APC单模光纤活动连接器的反射损耗可达到60dB以上,而最小插入损耗可达到0.3dB.(二)光分路器光分路器是一种光无源元件,用来将一路输入光功率分配成若干路输出.在光纤电视分配网络中特别需要将光发送机的大功率分配给一系列光接收机.从性能,可靠性,使用方便和价格等方面考虑,现在无例外地都采用熔锥型单模光纤耦合器构成1Xn光分路器. 将2X2单模光纤耦合器(图10-5)的第4臂剪去,即得1X2光分路器.同法将3X3单模光纤耦合器(图10-6)的第5,6臂剪去即得1X3光分路器.P1 P21 24 3P4 P3图10-5 2X2单模光纤耦合器单模光纤耦合器346 2 P2P1 1 3 P35 4 P4图10-6 3X3单模光纤耦合器对于n?4,有两个办法构造1Xn光分路器,其一是若干个1X2的光分路器的级联,其二是若干个1X2光分路器和1X3光分路器级联.在1X3光分路器出现以前,只能用1X2光分路器链构造1Xn光分路器,例如:两个1X2 光分路器级联构成1X3光分路器,三个1X2光分路器级联构成1X4光分路器.依此类推, 为了构造一个n=2k的1Xn光分路器,就需要n-1个1X2光分路器作k级级联,图10-7是 1X8光分路器的例子.由于第一个1X2光分路器都有附加损耗,帮多级级联必然造成较大的附加损耗和多重反射,特别是级联是通过熔接来实现时尤其如此.采用1X3光分路器作为1Xn光分路器的构成单元,可以大大减少级联数,从而减小1Xn 光分路器的附加损耗和多重反射.图10-8是联合运用1X2和1X3光分路器单元来构造1Xn (n?4)光分路器的方案.由图可见一个1X9光发路器只需四个1X3光分路器的二级级联. 利用自动化的连续熔融拉锥设备可以实现图10-8的构成方案而级间不用熔接,并且各输出口的分光比可任意指定.这比用多个分光比5%分档的市售1X2光分路器熔接而构成的1Xn 光分路器要优越得多.图0-7 1X8分路器的构成图10-8 光分路器的构成方案单模光纤耦合器35(三)光耦合器光耦合器又称光定向耦合器(directional coupler),是对光信号实现分路,合路,插入和分配的无源器件.它们是依靠光波导间电磁场的相互耦合来工作的.1. 光耦合器的分类光定向耦合器的种类很多,最基本的是实现两波耦合的耦合器.从结构上说,两个入口的光定向耦合器有如图10-9所示的品种.第一类为微光元件型.除了图10-9(a)那样采用微型透镜,半反射透镜的结构外,多数都是以自聚焦透镜为主要的光学构件,如图24-9(b),(c),(d),(e),(f).利用λ/4的自聚焦透镜能把会聚光线变成平行光线的特点来实现两束光线的耦合.第二类为光纤成形型,如图10-9(g).星形耦合器是光纤成形中最典型的形式,可以用两根以上的光纤经局部加热融合而成.这种光纤耦合器的制作要经过几道工序:首先去掉光纤的被覆层,再在熔融拉伸设备上平行安装两根光纤,然后用丁烷氧微型喷灯的火焰将光纤局部加热融合,并渐渐将融合部分的直径从200um左右拉细到20～40um左右.由于这种细芯中的光场渗透到包层中,所以两个纤芯之间就会产生光的耦合,拉伸程度不同,耦合比也不同.这种光纤耦合器的附加损耗和分光比由光纤选型和熔融拉伸工艺所决定,若人工操作, 则成品率不高.现在已出现自动熔融拉伸设备,可以自动监测分光比和拉伸量,用计算机控制微型喷灯的工作及气流量,这样制得的熔锥型光纤耦合器的平均插入损耗可达0.1 dB以下,分光比精度可达1%以下.熔锥型光纤耦合器的结构如图10—10所示.第三类为光纤对接耦合型.它是用玻璃加工技术,把光纤磨抛成楔形,将两根光纤的楔形斜面对接胶黏后,再与另一根光纤的端面黏结.其附加损耗可以低于1dB,隔离度大于 50dB,分光比可由1:1至1:100.或者先将两根光纤在一定长度上磨掉近一半,然后把这两半光纤黏结在一起.如图10-9(h)所示.第四类为平面波导型.它是用平面薄膜光刻,扩散工艺制作的,其一致性好,分光比精度也高,但耦合到光纤的插入损耗较大.如图10-9(i)所示.在上述各类光耦合器中,熔锥型光纤耦合器制作方便,价格便宜,容易与外部光纤连接为一整体,而且可以耐受机械振动和温度变化,故应用最多.36图10-9 几种光定向耦合器的结构示意图37图10-10 熔锥型光方向耦合器2. 2X2单模光纤耦合器的性能指标2 X 2单模光纤耦合器的结构方框图如图10-11所示.图10-11 2X2单模光纤耦合器方框图2X2单模光纤耦合器按应用目的可分别制成分路器和波分复用器,前者工作于一个波长,而后者则工作于两个不同的波长.当工作于一个波长时,光源接于端口1(或4),光功率除了传输到端口2(或3)外,也耦合到端口3(或2).几乎没有光功率从端口1(或4)耦合到端口4(或1).另外系统是可互易的,端口1,4可以与端口2,3交换.这种耦合器的技术指标如下.1. 工作波长λ0通常取1.31 m或1.55 m.2. 附加损耗Le附加损耗的定义为21110lgePPLP+= (dB) 式10-3式中Pl为注入端口1的光功率,P2,P3分别为端口2,3输出的光功率.好的2 X 2单模光纤耦合器的附加损耗可小于0.2dB.3. 分束比(或分光比)Ri分束比的定义为23iiPRPP=+i=2,3 式10-438其值根据应用要求而定.4. 分路损耗Li分路损耗的定义为eiiiLRpPL+ = =lg10lg101i=2,3 式10-55. 反向隔离度Lr反向隔离度的定义为4110lgrPLP= 式10-6通常应有Lr>55dB.测量反向隔离度时,须将端口2,3浸润于光纤的匹配液中,以防止光的反射.6. 偏振灵敏度?R偏振灵敏度的定义为光源的偏振方向变化90?时,光纤耦合器分束比变化的分贝数.好的光纤耦合器的偏振灵敏度应小于0.2dB. 7. 光谱响应范围?λ光谱响应范围是指光纤耦合器的分束比保持在给定误差范围内所允许的光源波长变化范围.通常?λ值为土20nm.除此以外,尚有机械性能和温度性能指标.当工作于两个不同的波长时,若两个波长为λ1,λ2的光波都从端口l注入,则端口2为λ1光波的输出口,端口3为λ2光波的输出口.波分复用器的主要技术指标如下. 1)工作波长λ1,λ2工作波长A1,λ2值由应用要求而定,例如1.31 m/1.55 m…2)插入损耗Li插入损耗的定义为12110lgiPLPλ=或23110lgPPλ式10-7 即波长为λ1输入光功率P1与输出光功率P2之比(化成分贝数)或波长为λ2的输入光功率P1与输出光功率P2之比(化成分贝数).优良的波分复用器的插入损耗可小于0.5dB.3)波长隔离度Lλ波长隔离度的定义为3913210lgPLPλλ=或22310lgPPλ式10-8它们是一个波长的光功率串扰另一波长输出臂程度的度量(化成分贝数).Lλ值一般应达到 20 dB以上.4)光谱响应范围?λ通常指插入损耗小于某一容许值的波长范围.要根据应用要求而定.除此以外还有机械性能和温度性能指标.一个典型的1.31 m/1.55 m熔锥型单模光纤波分复用器的谱损曲线如图10-14所示. 作为波分复用器的单模光纤耦合器可单向运用,也可双向运用.在单向运用时,两个不同波长的光波从端口1注入,端口2,3分别有一个波长的光波输出,这是分波器.反之, 两个不同波长的光波分别从端口2,3注人,则端口1有两个波长光波的合成输出,这是合波器.合波器,分波器分别应用在波分复用光纤传输系统的发送端和接收端,如图10-12所示.在双向运用时,正方向和反方向传输的光波的波长不同,两个波分复用器分别置于双向光纤传输系统的两端,起按波长分隔方向的作用,如图10-13所示.波分复用器的合波状态应用较多,例如,在掺饵光纤放大器中将980nm或1480nm 波长的泵浦(pump)光与1550 nm波长的信号光合成起来注入掺饵光纤.图10-12 波分复用光纤传输系统图10-13 双向光纤传输系统40图10-14 1.31 m/1.55 m熔锥型单模光纤波分复用器的谱损曲线(四)各无源器件特性测量框图1. 测试活动连接器插入损耗的实现向光发机的数字驱动电路送入一伪随机信号(长度为24位),保持注入电流恒定.将活动连接器连接在光发机与光功率计之间,记下此时的光功率P:;取下活动连接器,再测此时的光功率,记为P1,将P1,P2代入公式24-1即可计算出其插入损耗.其实验原理框图如图10-15所示:图10-15 活动连接器插入损耗的测量原理图2. 活动连接器的回波损耗:向光发机的数字驱动电路送入一伪随机信号(长度为24位),保持注入电流恒定.测得此时的光功率记为P1.将活动连接器按图10-16接入.测得此时的光功率为P2,将P1,P2 代入公式10-2即可计算出其回波损耗.其测试框图如图10-16所示:41图10-16 活动连接器回波损耗的测量3. 波分复用器的光串扰,波分复用器的光串扰即为其隔离度,其测试原理,框图如图 10-17所示:图10-17 波分复用器光串扰的测量原理图上图中波长为1310nm,1550nm的光信号经波分复用器复用以后输出的光功率分别为 P1,P2,解复用后分别输出的光信号,此时从1310窗口输出13lOnm的光功率为P11,输出 1550nm的光功率为P12;从1550窗口输出1550nm的光功率为P21,输出1310nm的光功率为P22.将各数字代入下列公式:1122210logPLP= 式10-92211210logPLP= 式10-10上式中L12,L21即为相应的光串扰.由于便携式光功率计不能滤除波长1310nm只测1550nm的光功率,同时也不滤除421550nm只测1310nm的光功率.所以改用下面的方法进行光串扰的测量.测量1310nm的光串扰的方框图如10-18(a)所示: 测量1550nm的光串扰的方框图如10-18(b)所示: 图10-18 波分复用器光串扰的测量框图 1122210logPLP= 式10-112211210logPLP= 式10-12上式中L12,L21即是光波分复用器相应的光串扰. [实验步骤](以下实验步骤以1310nm光端机的计算机接口一部分讲解,即实验箱左边的模块.1550nm光端机部分与其相同)(一)活动连接器的插入损耗测量1. 关闭系统电源,按图10-15(a)将光发送模块的的光输出端(1310nm TX),光跳线,光功率计连接好.2. 连接导线:将固定速率时分复用接口模块的FY-OUT与光发送单元的数字信号输入端口P202连接,连接固定速率时分复用单元的D1,D2,D3到D_IN1,D_IN2,D_IN3.3. 将单刀双掷开关S200拨向数字传输端.4. 开启系统电源用光功率计测量此时的光功率P1.5. 将光跳线和活动连接器串入其中,如图10-15(b),测得此时的光功率为P2.6. 代入公式10-1计算活动连接器的插入损耗.437. 关掉交流电开关.拆除导线以及各光器件.(二)活动连接器回波损耗测量1. 按图10-16 (a)将光发送模块的的光输出端(1310nm TX),Y型分路器,光功率计连接好.2. 连接导线:关闭系统电源,保持上一个实验内容的连接不变.3. 打开电源开关,用光功率计测量此时光发端机的光功率P1.4. 再按图10-16 (b)连接测试系统,测得此时的光功率为P2.代入10-2式计算活动连接器的回波损耗.5. 关掉各直流开关,以及交流电开关,拆除导线及光器件.(三)波分复用器的光串扰测量1. 连接导线:关闭系统电源,保持上一个实验内容的连接不变,新增加1550nm光端机部分的固定速率时分复用电路的连接线,产生FY-OUT,并送到1550nm光发送模块的数字信号输入端口.将两个光发送模块的开关S200拨向模拟传输端,并将跳线J200断开. 2. 波分复用器的连接.1) 将一波分复用器标有"1550nm"的光纤接头插入"1550nm TX"端口; 2) 将另一个波分复用器的标有"1310nm"的光纤接头插入"1310nm TX"端口. 3) 用FC/PC活动转接器将两个波分复用器"IN''端相连.3. 开启系统电源,将1310nm光发模块的开关S200拨向数字传输端,将光功率计选择 1310nm档,分别测出图10-18(a)中的P1,P22.4. 将13lOnm光发送模块的开关拨向模拟传输端,将1550nm发送模块的开关S200拨向数字传输端,将光功率计选择1550nm档,分别测出图10-3(b)中的P12,P21. 5. 将P1,P22,P2,P21代入式10-11,式10-13中算出波分复用器的光串扰. 6 .做完实验关闭系统电源开关.7. 拆除导线以及光学器件.8. 将各实验仪器摆放整齐.[实验结果]1. 记录各实验数据,根据实验结果算出活动连接器的插入损耗,活动连接器的回波损耗以及波分复用器的光串扰.2. 分析活动连接器插入损耗产生原因.3. 当Y型分路器的分光比为l:4时,设计测试活动连接器的回波损耗实验,并推导出计算公式.4. 试设计实验测量波分复用器的插入损耗.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 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)。
纤通信系统中无源器件的原理及性能指标AbstractOptical fiber communications equipment, optical passive devices is an important component. It is a kind of optical components, its process principles to comply with the basic law of optics and light theory and electromagnetic wave theory, various technical indicators, a variety of formulas and a variety of testing methods, and fiber optics, integrated optics are closely related; so it is with the Electrical There is a fundamental difference between passive components. In the optical fiber cable, its play connectivity, distribution, isolation, filtering and so on. In fact there are a variety of optical passive devices, limited space, here only about a few commonly used - optical splitter, optical attenuator, optical isolators, connectors, patch cords, optical switches.Keywords: passive components, optical splitter, optical attenuator, optical isolators, connectors, patch cords, optical switching摘要光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分。
它是一种光学元器件，其工艺原理遵守光学的基本规律及光线理论和电磁波理论、各项技术指标、多种计算公式和各种测试方法，与纤维光学、集成光学息息相关；因此它与电无源器件有本质的区别。
在光纤有线电视中，其起着连接、分配、隔离、滤波等作用。
实际上光无源器件有很多种，限于篇幅，此处仅讲述常用的几种—光分路器、光衰减器、光隔离器、连接器、跳线、光开关。
关键字：无源器件、光分路器、光衰减器、光隔离器、连接器、跳线、光开关一、光纤活动连接器。
1．光纤活动连接器的原理光纤活动连接器是实现光纤之间活动连接的无源光器件，它还有将光纤与有源器件、光纤与其它无源器件、光纤与系统和仪表进行连接的功能。
尽管光纤（缆）活动连接器在结构上千差万别，品种上多种多样，但按其功能可以分成如下几部分：连接器插头、光纤跳线、转换器、变换器等。
这些部件可以单独作为器件使用，也可以合在一起成为组件使用。
实际上，一个活动连接器习惯上是指两个连接器插头加一个转换器。
（1）连接器插头。
使光纤在转换器或变换器中完成插拔功能的部件称为插头，连接器插头由插针体和若干外部机械结构零件组成。
两个插头在插入转换器或变换器后可以实现光纤（缆）之间的对接；插头的机械结构用于对光纤进行有效的保护。
插针是一个带有微孔的精密圆柱体，其主要尺寸如下：外径Ф2.499±0.0005mm外径不圆度＜0.0005mm微孔直径Ф126±0.5μm微孔偏心量＜1μm微孔深度 4mm 或 10mm插针外圆柱体光洁度▽14端面曲率半径 20-60mm插针的材料有不锈钢、全陶瓷、玻璃和塑料几种。
现在市场上用得最多的是陶瓷，陶瓷材料具有极好的温度稳定性，耐磨性和抗腐蚀能力，但价格也较贵。
塑料插头价格便宜，但不耐用。
市场上也有较多插头在采用塑料冒充陶瓷，工程人员在购买时请注意识别。
插针和光纤相结合成为插针体。
插针体的制作是将选配好的光纤插入微孔中，用胶固定后，再加工其端面，插头端面的曲率半径对反射损耗影响很大，通常曲率半径越小，反射损耗越大。
插头按其端面的形状可分为3类：PC型、SPC型、APC型。
PC型插头端面曲率半径最大，近乎平面接触，反射损耗最低；SPC型插头端面的曲率半径为20mm，反射损耗可达45dB，插入损耗可以做到小于0.2dB；反射损耗最高的是APC型，它除了采用球面接触外，还把端面加工成斜面，以使反射光反射出光纤，避免反射回光发射机。
斜面的倾角越大，反射损耗越大，但插入损耗也随之增大，一般取倾角为8o—9o，此时插入损耗约0.2dB，反射损耗可达60DB，在CATV系统中所有的光纤插头端面均为APC型。
要想保证插针体的质量，光纤的几何尺寸必须达到下列要求：光纤外径比微孔直径小0.0005mm；光纤纤芯的不同轴度小于0.0005mm。
因此，插针和光纤以及两者的选配对连接器插头的质量影响极大，也是连接器插头质量好坏的关键。
不同厂家的产品工艺水平不一样，因而差别就很大，在实际应用中，本人也曾多次碰到一个插头插损1dB以上的情况，而正常值一般小于0.3dB。
在工程应用中，不要小看一个小小的插头，质量低劣的插头对系统的影响是和很大的；在选购时一定要选用信誉高、知名厂家的产品。
（2）跳线。
将一根光纤的两头都装上插头，称为跳线。
连接器插头是跳线的特殊情况，即只在光纤的一头装有插头。
在工程及仪表应用中，大量使用着各种型号、规格的跳线，跳线中光纤两头的插头可以是同一型号，也可以是不同的型号。
跳线可以是单芯的，也可以是多芯的。
跳线的价格主要由接头的质量决定。
因而价格也相差较大。
在选用跳线时，本着质优价廉去选是不错，但一定不要买质次价低的产品。
（3）转换器。
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。
a．FC型连接器。
FC型连接器是一种用螺纹连接，外部元件采用金属材料制作的圆形连接器。
它是我国采用的主要品种，在有线电视光网络系统中大量应用；其有较强的抗拉强度，能适应各种工程的要求。
b．SC型连接器。
SC型连接器外壳采用工程塑料制作，采用矩形结构，便于密集安装；不用螺纹连接，可以直接插拔，操作空间小。
实用于高密集安装，使用方便。
c．ST型连接器。
ST型连接器采用带键的卡口式锁紧结构，确保连接时准确对中。
这三种连接器虽然外观不一样，但核心元件——套筒是一样的。
套筒是一个加工精密的套管（有开口和不开口两种），两个插针在套筒中对接并保证两根光纤的对准。
其原理是：以插针的外圆柱面为基准面，插针与套筒之间为紧配合；当光纤纤芯外圆柱面的同轴度、插针的外圆柱面和端面、以及套筒的内孔加工的非常精密时，两根插针在套筒中对接，就实现了两根光纤的对准。
下面详细讲一下套筒。
套筒有两种结构：开口套筒与不开口套筒。
a．开口套筒。
开口套筒在连接器中使用最普遍，其主要尺寸为：外径：Ф3.2±0.01mm，内径Ф2.5±0.02mm，内孔光洁度：▽14；弹性形变：小于0.0005mm，插针插入或拔出套筒的力：3.92-5.88N。
开口套筒采用高弹性的材料，如磷青铜、铍青铜和氧化锆陶瓷制作，当插针插入套筒之后，套筒对插针的夹持力应保持恒定，这三种材料制作的套筒都在应用，但以铍青铜和氧化锆陶瓷居多。
b．不开口套筒。
不开口套筒在连接器中应用较少，在光纤与有源器件的连接中应用较多，其外型尺寸与开口套筒基本上一致。
不同之处在于它的内孔直径为ф2.5+0.0005mm，即比插针的外径大1μm；既让插针能够顺利插入，同时间隙也不能太大，保证光纤与有源器件（如激光管、探测器）连接时，重复性、互换性达到要求的指标。
上述三种型号的转换器，只能对同型号的插头进行连接，对不同型号插头的连接，就需要下面三种转换器。
即：FC/SC型转换器——用于FC与SC型插头互连；FC/ST型转换器——用于FC与ST型插头互连，SC/ST型转换器——用于SC与ST型插头互连。
市场上的法兰盘价格高低之间相关数倍，其实讲完这些，读者也应该明白原因在何处。
（4）变换器。
将某一种型号的插头变换成另一型号插头的器件叫做变换器，该器件由两部分组成，其中一半为某一型号的转换器，另一半为其它型号的插头。
使用时将某一型号的插头插入同型号的转换器中，就变成其它型号的插头了。
在实际工程应用中，往往会遇到这种情况，即手头上有某种型号的插头，而仪表或系统中是另一型号的转换器，彼此配不上，不能工作。
如果备有这种型号的变换器，问题就迎刃而解了。
对于FC、SC、ST三种连接器，要做到能完全互换，有下述6种变换器。
SC—FC，将SC插头变换成FC插头；ST—FC将ST插头变换成FC 插头；FC—SC将FC插头变换成SC插头；FC—ST将FC插头变换成ST插头，SC—ST将SC插头变换成ST插头；ST—SC将ST插头变换成SC插头。
实际上光纤的活动连接除了采用上述的活动连接器外，如果是紧急抢修断光缆，而手头又没有熔接机，通常采用一种机械连接头（也称快速接线子）处理。
其利用一个玻璃微细管来定位，用一套机械装置来紧固光纤，使用时先切开光纤，对端面进行清洁处理，光纤端头保留6—8mm，然后将光纤的两个端面在玻璃微细管的中央对准后夹紧，拧紧两端的螺帽即可实现光纤的可靠连接。
这种机械连接头的长度约40mm，直径不超过5.7mm，平均插入损耗小于0.4dB，反射损耗大于50dB，抗拉强度大于1.25kg，更重要的是装配时间极短，确实是一种快速抢修必备工具。
2．光纤活动连接器的性能指标（1）插入损耗。
插入损耗定义为光纤中的光信号通过活动连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝比。
其表达式为IL=-10loy PI/PO（dB），其中PO—输入端的光功率，PI—输出端的光功率。
插入损耗越小越好。
从理论上讲影响插入损耗的主要因素有以下几种：纤芯错位损耗、光纤倾斜损耗、光纤端面间隙损耗、光纤端面的菲涅耳反射损耗、纤芯直径不同损耗、数值孔径不同损耗。
不管那种损耗都和生产工艺有关，因此生产工艺技术是关键。
（2）回波损耗。
回波损耗又称反射损耗，是指在光纤连接处，后向反射光相对于输入光的比率的分贝数，其表达式为RL=-10loy Pr/PO dB，其中PO—输入光功率，Pr—后向反射光功率。