第五章 光无源器件与光放大器
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无源光器件与光放大器
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)
TW－SOA与FP－SOA的区别在于端面的反射率 大小， TW－SOA具有极低的端面反射率，通 常在0.1%以下。 TW－SOA的增益、增益带宽和噪声特性都可 以满足光纤通信的要求，但如下两个缺点限 制着它在光纤通信中的实际应用：
对光信号偏振态的敏感性； 对光信号增益的饱和性。
Байду номын сангаас
SOA Product
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
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。
光纤通信-第五章-光纤线路技术与器件-光环形器
磁光材料有钇铁石榴石（YIG）、铋铁石榴 石（SIC）等。
偏振相关型光隔离器
由起偏器、检偏器和旋光器三部分组成。
偏振无关型光隔离器
主要技术指标
插入损耗 回波损耗 隔离度
偏振相关损耗（PDL） 偏振模色散（PMD）
插入损耗(IL)
指在光隔离器通光方向上传输的光信号由 于引入光隔离器而产生的附加损耗。
无源器件和有源器件
无源器件(passive device)：本身不发生 光电或电光转换的器件。如光隔离器、 光耦合器、光环形器等实现连接光路、 分配光功率以及合波和分波等作用。
有源器件(active device)：本身会发生光 电或电光转换的器件，如激光器、光电 检测器、光放大器等。
光隔离器(isolator)
套管结构
由插针和套管组成，都是精密的机械结 构和光学结构
光纤固定在插针里，两个插针在套管中 对接并保证两根光纤的对准 套管 插针
光纤
光纤
插针
可用不锈钢、陶瓷、玻璃、塑料等材料制作
陶瓷材料具有极好的温度稳定性，线膨胀系 数很小，且与石英光纤的线膨胀系数接近，
使用最多
f 2.499±0.0005 f 0.125±0.001
由端口2>端口3;
…… 若端口N输入的光可由
端口1输出，称为环行 器，若不可以，称为准 环行器
应用
双向通信中的重要器件，完成正反向传 输光的分离
单纤双向通信、上/下话路、合波/分波 及色散补偿等
结构
光 分 偏 光 偏分 光 纤 束 振 束 振束 纤 准 合 旋 变 旋合 准 直 束 转 换 转束 直 器 镜 镜 器 镜镜 器
第五章 光纤线路技术及器件
主要内容
一、光隔离器和光环形器 二、光纤的连接 三、光衰减器和光开关 四、光纤耦合器 五、光纤光栅 六、波分复用器件 七、平面及矩形光波导技术及器件 八、光放大器 九、色散补偿技术
偏振相关型光隔离器
由起偏器、检偏器和旋光器三部分组成。
偏振无关型光隔离器
主要技术指标
插入损耗 回波损耗 隔离度
偏振相关损耗（PDL） 偏振模色散（PMD）
插入损耗(IL)
指在光隔离器通光方向上传输的光信号由 于引入光隔离器而产生的附加损耗。
无源器件和有源器件
无源器件(passive device)：本身不发生 光电或电光转换的器件。如光隔离器、 光耦合器、光环形器等实现连接光路、 分配光功率以及合波和分波等作用。
有源器件(active device)：本身会发生光 电或电光转换的器件，如激光器、光电 检测器、光放大器等。
光隔离器(isolator)
套管结构
由插针和套管组成，都是精密的机械结 构和光学结构
光纤固定在插针里，两个插针在套管中 对接并保证两根光纤的对准 套管 插针
光纤
光纤
插针
可用不锈钢、陶瓷、玻璃、塑料等材料制作
陶瓷材料具有极好的温度稳定性，线膨胀系 数很小，且与石英光纤的线膨胀系数接近，
使用最多
f 2.499±0.0005 f 0.125±0.001
由端口2>端口3;
…… 若端口N输入的光可由
端口1输出，称为环行 器，若不可以，称为准 环行器
应用
双向通信中的重要器件，完成正反向传 输光的分离
单纤双向通信、上/下话路、合波/分波 及色散补偿等
结构
光 分 偏 光 偏分 光 纤 束 振 束 振束 纤 准 合 旋 变 旋合 准 直 束 转 换 转束 直 器 镜 镜 器 镜镜 器
第五章 光纤线路技术及器件
主要内容
一、光隔离器和光环形器 二、光纤的连接 三、光衰减器和光开关 四、光纤耦合器 五、光纤光栅 六、波分复用器件 七、平面及矩形光波导技术及器件 八、光放大器 九、色散补偿技术
《光纤通信技术》习题
《光纤通信技术》习题第一章概述1、填空题光纤通信是以 为载频，以 为传输介质的通信方式1966年7月，英籍华人 博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性；1960年7月，美国科学家 发明了红宝石激光器光纤通信系统的短波长窗口为 ，长波长窗口为 。
光纤通信系统的通信窗口波长范围为 。
在光通信发展史上， 和 两个难题的解决，开创了光纤通信的时代。
2、简答题光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式？光纤通信系统由哪几部分组成？并说明各部分在系统中所完成的功能。
现有光纤通信使用的光波长有哪几种？对应的频率是多少？它们在整个电磁波谱中处在什么位置？第二章光纤及其导光原理1、填空题光纤的导光原理与结构特性可用 理论与 理论两种方法进行分析。
单模光纤中不存在 色散，仅存在 色散，具体来讲，可分为 和 。
光纤色散参数的单位为 ，表示两个波长间隔为 的光波传输 后到达时间的延迟对纯石英光纤，在λ= 处，色散参数D=D M+D W=0，这个波长称为 。
在单模光纤中，由于光纤的双折射特性使两个正交偏振分量以不同的群速度传输，也将导致光脉冲展宽，这种现象称为 色散。
单模传输条件是归一化参量V 。
允许单模传输的最小波长称为 。
数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能力就越 ，光纤与光源之间的耦合效率就越2、简答题光纤由哪几部分构成？各起什么作用？简述G.651、G.652、G.653、G.654、G.655光纤的特性。
简述光纤的传输特性3、计算题阶跃折射率分布的光纤的芯径d=2a为100μm，折射率n1=1.458，包层的折射率n2=1.450，在该光纤中传输的光波的波长λ=850nm。
（1）计算该光纤的V参数？（2）估算在该光纤内传输的模式数量是多少？（3）计算该光纤的数值孔径？（4）计算该光纤单模工作的波长？（考试试卷A卷计算题）已知均匀光纤纤芯的折射率为n1=1.5，相对折射率差△=0.01，芯半径a=25μm，试求：（1）LP01、LP02、LP11和LP12模的截止波长各为多少？（2）若λ0=1μm，光纤的归一化频率V以及其中传输的模式数量M各等于多少均匀光纤，若n1=1.5，λ0=1.3μm，试计算：（1）若△=0.25，为了保证单模传输，其纤芯半径应取多大？（2）若取a=5μm，为了保证单模传输，△应取多大？第三章光缆及其工程技术1、填空题光缆大体上都是由 、 和 三部分组成的。
第五章 无源光器件
∆n( E ) ∝ γE + ξE
2
Optical fiber Principle and Application 5-8
γE ξE
2
谱克尔电光效应 γ 线性电光系数 克尔电光效应
ξ二次电光系数
线性电光效应所需的电压比克尔效应要低一些
C.铌酸锂晶体（ C.铌酸锂晶体（LiNbo3）的谱克尔效应 铌酸锂晶体
∆n
n n = − ∆η = − γE 2 2
3
3
Optical fiber Principle and Application 5-9
Δn(E)也是外加电场的线性函数,当信号电场E改变时,介质 的折射 n(E)也是外加电场的线性函数,当信号电场E改变时, 也是外加电场的线性函数 随之线性变化,从而实现对光的调制。 率n随之线性变化,从而实现对光的调制。 二. 相位调制器
Optical fiber Principle and Application 5-1
光无源器件（参见P.57） 第五章 光无源器件（参见 ）
第一节 光无源元件的结构形式 第二节 光纤的连接损耗与光纤连接器 第三节 光波导的横向耦合与耦合器 第四节 光调制器 第五节 其他无源器件
Optical fiber Principle and Application 5-2
n( E ) =
1 3 n + ∆n = n − rn E 2
当光波通过此晶体时 , 经受的相位变化为 :
ϕ = k 0 n ( E ) L = ϕ (0) − π
rn 3 LE
λ0
L调制器的长度 , λ 0 波长 , ϕ (0) = 2πnL / λ 0 未加电压时的相位 变化
Optical fiber Principle and Application 5-11
光纤通信原理第五章1 无源光器件和WDM技术
波长，每一波长有一个相移Δθi=2πneff ΔL/ λi。此外，
每一波长在输入和输出耦合器中受到相移。结果是一个波 长的每一空间分量受到不同的相移，并在输出耦合器中相 互干涉，形成一系列最大光强，它们的方向取决于波长值。
1 .... 5
Input fibre
Constant path difference = between waveguides
P0
P1
P2
P1 = P0 cos2(Kz)
P2 = P0 sin2(Kz)
K是耦合系数，和耦合区的长度、光纤的半 径及光波长有关； z是耦合区长度。
插入损耗：L=10log[P1/(P3+P2)] (dB) 分光比： R=P2/（P3＋P2) 耦合系数：K=P3/P1 隔离度： I=10log[(P2+P3)/P4] (dB)
1 2
3
3端口环行器中端口1到端口2的光路
自聚焦透镜
主要作用是准直光束 。 自聚焦透镜是一种圆柱棒状微光学元件， 其折射率分布同自聚焦光纤，直径远大于自 聚焦光纤芯径 。
1、渐变折射率分布材料 2、依靠光线轨迹的弯曲实现光学成像
F-P腔滤波器
由两块平行的高反射率的镜面构成 谐振腔，对特定波长的光波发生谐振而 得到频率选择性。
B = 2neff
neff是纤芯的等效折射率； 是光栅周期 。
λ1—λ16
布拉格光栅
λ1—λ15
λ16
光纤光栅：体积小、插入损耗低、可以与 光纤有良好的匹配。
环形器
λ1—λ15、λ16
FBG
λ1—λ15、λ16
λ16
λ16
光纤光栅的应用
•光纤激光器 •波分复用器 •传感器
每一波长在输入和输出耦合器中受到相移。结果是一个波 长的每一空间分量受到不同的相移，并在输出耦合器中相 互干涉，形成一系列最大光强，它们的方向取决于波长值。
1 .... 5
Input fibre
Constant path difference = between waveguides
P0
P1
P2
P1 = P0 cos2(Kz)
P2 = P0 sin2(Kz)
K是耦合系数，和耦合区的长度、光纤的半 径及光波长有关； z是耦合区长度。
插入损耗：L=10log[P1/(P3+P2)] (dB) 分光比： R=P2/（P3＋P2) 耦合系数：K=P3/P1 隔离度： I=10log[(P2+P3)/P4] (dB)
1 2
3
3端口环行器中端口1到端口2的光路
自聚焦透镜
主要作用是准直光束 。 自聚焦透镜是一种圆柱棒状微光学元件， 其折射率分布同自聚焦光纤，直径远大于自 聚焦光纤芯径 。
1、渐变折射率分布材料 2、依靠光线轨迹的弯曲实现光学成像
F-P腔滤波器
由两块平行的高反射率的镜面构成 谐振腔，对特定波长的光波发生谐振而 得到频率选择性。
B = 2neff
neff是纤芯的等效折射率； 是光栅周期 。
λ1—λ16
布拉格光栅
λ1—λ15
λ16
光纤光栅：体积小、插入损耗低、可以与 光纤有良好的匹配。
环形器
λ1—λ15、λ16
FBG
λ1—λ15、λ16
λ16
λ16
光纤光栅的应用
•光纤激光器 •波分复用器 •传感器
光无源器件
用于从自然光中获得偏振光的无源器件称为起偏器(Polarizer).
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。
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)
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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
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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。
第五章光无源器件与光放大器概论
9
方法：利用精密陶瓷套筒准直纤芯
光纤通信
光纤连接器的核心技术体现在陶瓷插针体的毛坯上，毛坯内孔 的精度体现了精密机械加工的技术水平。2002年以前，以TOTO 为代表的日本三大公司的产量占全球产量的80%以上。
10
光纤通信
11
光纤通信 （2）光纤连接器的分类 型号:FC/SC/ST/LC系列（螺纹/方销/卡口/自锁） 多芯光纤活动连接器（光纤阵列等） 跳线:单芯/双芯/模块尾纤/束状/带状
一般情况下，要求小于0.5dB 。
30
5.1.2 光纤耦合器
（2）耦合比CR（用百分数表示）
光纤通信
耦合比是指一个输出端口（3口）的光功率P03与全部输出端口输
出光功率之比，如图端3耦合比：
CR P03 X100 P03 P04
一般情况下，定向耦合器的分光比为1︰1～1︰10。
（3）串音LC 由端1输入的光功率P1应从端2和端3输出，端4理论上应无光功 率输出。但实际上端4还是有少量光功率输出（P4），其大小就表 示了1、4两个端口的串音程度，用Lc表示为
Pout,1=Eout,1Eout,1*=1/2Ein,12=1/2P0 Pout,2=Eout,2Eout,2*=1/2Ein,12=1/2P0
24
光纤通信
25
光纤通信
3dB coupler
26
光纤通信
27
5.1.2 光纤耦合器
3．介质膜型滤波器WDM(微器件型)
光纤通信
原理:基于多层介质薄膜的反射/透射原理，由光学厚度λ1/4的两组 高反膜系H（LH）P-1和（HL）P-1中间夹着一层间隔层LL构成，类
Reflected signals
Component
方法：利用精密陶瓷套筒准直纤芯
光纤通信
光纤连接器的核心技术体现在陶瓷插针体的毛坯上，毛坯内孔 的精度体现了精密机械加工的技术水平。2002年以前，以TOTO 为代表的日本三大公司的产量占全球产量的80%以上。
10
光纤通信
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光纤通信 （2）光纤连接器的分类 型号:FC/SC/ST/LC系列（螺纹/方销/卡口/自锁） 多芯光纤活动连接器（光纤阵列等） 跳线:单芯/双芯/模块尾纤/束状/带状
一般情况下，要求小于0.5dB 。
30
5.1.2 光纤耦合器
（2）耦合比CR（用百分数表示）
光纤通信
耦合比是指一个输出端口（3口）的光功率P03与全部输出端口输
出光功率之比，如图端3耦合比：
CR P03 X100 P03 P04
一般情况下，定向耦合器的分光比为1︰1～1︰10。
（3）串音LC 由端1输入的光功率P1应从端2和端3输出，端4理论上应无光功 率输出。但实际上端4还是有少量光功率输出（P4），其大小就表 示了1、4两个端口的串音程度，用Lc表示为
Pout,1=Eout,1Eout,1*=1/2Ein,12=1/2P0 Pout,2=Eout,2Eout,2*=1/2Ein,12=1/2P0
24
光纤通信
25
光纤通信
3dB coupler
26
光纤通信
27
5.1.2 光纤耦合器
3．介质膜型滤波器WDM(微器件型)
光纤通信
原理:基于多层介质薄膜的反射/透射原理，由光学厚度λ1/4的两组 高反膜系H（LH）P-1和（HL）P-1中间夹着一层间隔层LL构成，类
Reflected signals
Component
什么是光的光学放大和光学放大器
什么是光的光学放大和光学放大器？光的光学放大是指利用物质的非线性光学效应，将光波的强度增大的过程。
光学放大器则是利用光学放大原理制造出来的光学器件。
光学放大器可以分为有源放大器和无源放大器两种类型。
有源光学放大器是利用激光器原理将电能转化为光能，通过在物质中激发出更多的光子，使光波的强度得以增强。
有源放大器通常由激光器、放大介质和光学系统组成。
激光器产生一束窄带宽、高亮度、相干性好的光束，将其注入放大介质中，利用物质中的非线性光学效应，将光波的强度进行增强。
常见的有源放大器包括半导体光放大器、光纤放大器和固体激光器等。
无源光学放大器是利用物质的线性光学效应，将光波的能量传输到另一个位置时，利用光纤中光波的自发辐射和受激辐射效应，使得光波的强度得以增强。
无源放大器通常由光纤、光纤耦合器和光学系统组成。
光波通过光纤传输时，通过光纤中的自发辐射和受激辐射效应，使得光波的强度得以增强。
常见的无源放大器包括光纤放大器和半导体光放大器等。
光学放大器的性能可以通过增益、噪声系数、带宽和饱和功率等指标来描述。
增益是指光波在放大器中的强度增加倍数。
噪声系数是指放大器在增益过程中引入的噪声水平。
带宽是指放大器能够放大的光波频率范围。
饱和功率是指放大器输出光波强度达到极限时的输入光功率。
光学放大器在通信、传感、激光器和光学成像等领域有着广泛的应用。
在光通信中，光学放大器可以用于增强光信号的强度，延长信号传输距离。
在光学成像中，光学放大器可以用于增强图像信号的强度，提高图像质量。
在激光器中，光学放大器可以用于增强激光器的输出功率，扩大应用范围。
在光学传感中，光学放大器可以用于提高传感器的灵敏度和测量精度。
总结起来，光的光学放大是利用物质的非线性光学效应，将光波的强度增大的过程。
光学放大器是利用光学放大原理制造出来的光学器件。
光学放大器可以分为有源放大器和无源放大器两种类型。
有源放大器通常由激光器、放大介质和光学系统组成。
第五章无源光器件-PPT精选文档
2019/3/11
nancy
3.4.3 光滤波器
图3-38 F-P腔光滤波器
2019/3/11
nancy
3.4.3 光滤波器
F-P腔型光滤波器的主体是F-P谐振腔。 描述F-P腔型光滤波器的特性参数主要是自由谱 域（FSR）及带宽（BW）。 （1）自由谱域（FSR）：为相邻波长之间的距离
2019/3/11
nancy
连接器和接头
光连接器的功能是将两根光纤连接起来 连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸(活 动)连接的器件， 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。 影响光连接器的插入损耗的因素 : 被连接的两根光纤是否匹配 安装的精度
2019/3/11 nancy
2．光波分复用器
图3-46 复用器插入损耗—波长关系曲线
2019/3/11
nancy
2．光波分复用器
图3-47 解复用器波长—插入损耗关系曲线
2019/3/11
nancy
2．光波分复用器
Ⅰ 中心波长λ和中心波长的工作范围Δλ Ⅱ 中心波长对应的最小插入损耗L1和L2 Ⅲ 相邻信道之间串音耦合最大值L12和L23
2019/3/11 nancy
连接器的分类
单纤(芯)连接器和多纤(芯)连接器。
光 纤 套 管 插 针 粘 结 剂
2019/3/11
nancy
3.4.1 光定向耦合器
1 2．光纤式定向耦合器的参数 光通信中经常需要把多个光信号耦合到一 起，或将光信号分到多根光纤中，光耦合 器可以实现这些功能
2019/3/11
2019/3/11
2013光纤通信第5章_无源光器件和WDM技术(东北电力大学)
2013-8-19
图5.3 光纤错位连接损耗 (a) 轴向位移； (b) 连接间隔； (c) 倾斜错位; (d) 截面不平整
2013-8-19
轴向位移即两根光纤连接处有轴向错位。其耦合 损耗在零点几分贝到几个分贝之间，若错位距离小于 光纤直径的5%，则损耗一般可以忽略不计。连接间 隔有时又称端分离。如果两根光纤直接对接，则必须 接触在一起，光纤分得越开，光的损耗越大。如果两 根光纤通过连接器相连，则不必接触，因为在连接器 接触产生的相互摩擦会损坏光纤。 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。
2013-8-19
光纤熔接是通过加热的方法使已制备好的光纤 端面连接在一起，如图5.5所示。这种方法首先将光 纤端面对齐，并且对接在一起，该过程是在一个槽 状光纤固定器里、在带有微型控制器的显微镜之下 完成的。然后在两根光纤的连接处，使用电弧或激 光脉冲加热，使光纤头尾端被熔化，进而连接在一 起。这种技术产生非常小的连接损耗（典型的平均 值小于0.06 dB）。但是，在采用这种连接方法时必 须注意到，由于用手接触时产生的光纤表面损伤、 加热时引起的表面损伤加深、光纤连接处附近的残 余应力等都会在光纤介质熔化时导致化学成分的变 化，从而产生不牢固的连接。
2013-8-19
影响光连接器的插入损耗的因素 : 被连接的两根光纤是否匹配，即两根单模光纤 的模场分布是否匹配，或两根多模光纤的芯径和 折射率分布是否相同，被连接的两根光纤性能参 数的离散性必然导致插入损耗的增加； 安装的精度，如下图5.1所示，两根光纤横向的 错位、纵向的分离（两根光纤中间有间隙）和光 纤的倾斜都会增加插入损耗。
无源光器件与光放大器61页PPT
无源光器件与光放大器
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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17
5.1.1 光纤连接器
光纤通信
② 回波损耗（或称反射损耗、回损、回程损耗），是衡量从连 接器反射回来并沿输入通道返回的输入功率分量的一个度量值， 该值越大越好。其典型值应不小于40dB。
RL(dB) = －10lg(Pref/Pin) ③互换性，每次互换后，其连接损耗变化量越小越好。 ④重复性，即每次插拔时连接损耗变化量要小。 ⑤插拔寿命（最大可插拔次数），光纤连接器的插拔寿命一般 由元件的机械磨损情况决定。一般大于10万次。
18
5.1.2 光纤耦合器
光纤通信
光纤耦合器是分路和耦合光信号的器件。 功能是把一个输入 的光信号分配给多个输出（分路），或把多个输入的光信号组合成 一个输出（耦合）。
1．耦合器类型
（1）T形耦合器 （2）星形耦合器 （3）定向耦合器 （4）波分复用器/解复用器（也称合波器/分波器）
19
5.1.2 光纤耦合器
Input signals
Output signals
Reflected signals
Component
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，另一个是由于器件的接入在
光纤线路连接点上产生的连接损耗
插入损耗的波长响应(谱响应)：波长变化时插入损耗的变化： L = f （λ ）
光纤通信
第5章 光无源器件与光放大器
1
第3章 通信用光器件
光纤通信
本章内容、重点和难点
本章内容
无源光器件：光连接器、光衰减器、光耦合器/WDM、光隔离 器等。
光放大器 本章重点
无源光器件的功能及主要性能。 EDFA的原理及应用 本章难点
光放大机理
2
第3章 通信用光器件
学习本章目的和要求
•低的插入损耗(对正向入射光，~1dB) •高的隔离度(对反向反射光，40~50dB) •原理：一般由起偏器、检偏器和旋光器组成。
34
5.1.4 光隔离器
1．光隔离器
光纤通信
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。主要技术指标是
modules
5
光纤通信
无源光器件是指不涉及光电能量转换的器件，它们也是构成光 纤传输系统的重要部分。对于未来先进灵活的光纤通信系统而言， 光无源器件的使用将会越来越多。光无源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。
Eout,1
Eout
,2
1 j
j Ein,1
1
Ein,
2
23
光纤通信
•3dB耦合器， ＝0.5，输出场强：
a1 a2
b1 b2
Eout,1
Eout
,2
1 1
2
j
j Ein,1
1
光纤通信
3dB coupler
26
光纤通信
27
5.1.2 光纤耦合器
3．介质膜型滤波器WDM(微器件型)
光纤通信
原理:基于多层介质薄膜的反射/透射原理，由光学厚度λ1/4的两组 高反膜系H（LH）P-1和（HL）P-1中间夹着一层间隔层LL构成，类
似F-P标准具。
输入 12 3
反射 2 3
光纤通信
常用耦合器的类型
20
5.1.2 光纤耦合器
光纤通信
2．熔锥型光纤耦合器的工作原理
把两根或多根光纤排列，用熔拉双锥技术使熔融区光纤的包层合
并成同一包层，纤芯变细、靠近，制作各种器件（例分波器）
光纤a(直通臂)传输的输出光功率为Pa，光纤b(耦合臂)的输出光 功率为Pb
Pa=cos2(CλL) Pb=sin2(CλL) L为有效作用长度，Cλ为取决于光纤参数和波长的耦合系数。
•类型：无源、有源 包括：光连接器、光衰减器、光耦合器、光复用器、光隔离
器、环行器、光滤波器、光解复用器、光调制器、光开光、激 光器、光检测器、光放大器、光波长转换器等
•发展趋势：集成化、全光纤化
4
Components and Modules in DWDM光纤通信 Networks
Over 9000 Products
20 lg
w12 w22 2w1w2
* 数值孔径不同引起的连接损耗
aNA
10 lg(
NA2 NA1
),
NA2
NA1
光纤通信
d θ
z
15
5.1.1 光纤连接器
* 横向错位引起的连接损耗
ad 10lg exp[(d / w)2]
* 端面纵向间隙引起的连接损耗
az
10 lg{ [1
光纤连接器主要用于实现系统中设备与设备、设备与仪表、设 备与光纤及光纤与光纤的非永久性固定连接等。
（1）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。
光纤活动连接器基本结构
8
光纤通信
目前主要采用的光纤连接器多采用插针－套筒结构，如图。连 接器主要由带有微孔（Φ125μm）的插针体a、插针体b与用于套筒 等几部分构成。需要连接的光纤去除涂覆层后插入插针中心微孔， 并用环氧树脂类粘结剂固定。将插针体a、b同时插入套筒中，利 用插针和套筒之间通过精密公差配合保证两根光纤的轴对准，再采 用弹簧等机械装置紧固，实现光纤的活动连接。
1
(z)2 2n22
]2
}
光纤通信
上述因素中哪些可 作为设计可调光衰减 器的理论基础？
16
5.1.1 光纤连接器
光纤通信
（5）光纤连接器的关键参数 ① 插入损耗，该值越小越好。光纤连接器的典型值0.2dB。
输出光功率相对于输入光功率的减小 IL (dB) = －10lg(Pout/Pin)
掌握无源光器件的功能及主要性能。 掌握EDFA的原理及应用。
光纤通信
3
光器件概述
光纤通信
•作用: 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。光器件 是具有上述一种功能的元器件的总称。
30
5.1.2 光纤耦合器
（2）耦合比CR（用百分数表示）
光纤通信
耦合比是指一个输出端口（3口）的光功率P03与全部输出端口输
出光功率之比，如图端3耦合比：
CR P03 X100 P03 P04
一般情况下，定向耦合器的分光比为1︰1～1︰10。
（3）串音LC 由端1输入的光功率P1应从端2和端3输出，端4理论上应无光功 率输出。但实际上端4还是有少量光功率输出（P4），其大小就表 示了1、4两个端口的串音程度，用Lc表示为
插入损耗和隔离度。
入射光 偏振器
阻塞
法拉弟 旋转器
偏振器 反射光
35
5.1.4 光隔离器
正向光入射
光纤通信
自聚 焦棒
楔形双 折射晶
体
法拉第旋 转器
楔形双 折射晶
体
反向光出射
自
楔形 法拉第 楔形
聚
双折 旋转器 双折
焦
射晶
射晶
棒
体
体
36
光环形器
光纤通信
基本原理：工作原理等同于隔离器，
光传送顺序：12 3 4 （三端口，四端口，多端口）
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。
光有源器件通常涉及光电之间的能量转换，它包括光源、光检 测器、光放大器等器件，是构成光纤通信系统的关键器件。
6
光纤通信
7
5.1.1 光纤连接器
光纤通信
光纤连接器，俗称活接头，ITU-T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”。
Lc1、4
10log
P1 P4
(dB)
一般情况下，串音为 Lc 20 dB
31
5.1.3 光衰减器
光纤通信
光衰减器是用来稳定地、准确地减小信号光功率的无源光器件。
光衰减器主要用于调整中继段的线路衰减，测量光系统的灵敏度及
校正光功率计等。
分固定衰减器和可变衰减器两种：
位移型
横向位移型-----偏离对中
9
方法：利用精密陶瓷套筒准直纤芯
光纤通信
光纤连接器的核心技术体现在陶瓷插针体的毛坯上，毛坯内孔 的精度体现了精密机械加工的技术水平。2002年以前，以TOTO 为代表的日本三大公司的产量占全球产量的80%以上。
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光纤通信
11
光纤通信 （2）光纤连接器的分类 型号:FC/SC/ST/LC系列（螺纹/方销/卡口/自锁） 多芯光纤活动连接器（光纤阵列等） 跳线:单芯/双芯/模块尾纤/束状/带状
4．主要特性
表示光纤耦合器性能指标的参数有：插入损耗、附加损耗、耦合 比、串音等。下面以2×2定向耦合器为例来说明。
（1）插入损耗Li 插入损耗Li它表示了定向耦合器损耗的大小。插入损耗等于输 出光功率之和与输入光功率之比的分贝值，用Li表示为
Li 10log P2 P3 (dB) P1
一般情况下，要求小于0.5dB 。
modules
Amplifiers