论述光纤通信中光无源器件的种类、作用、原理和技术指标

光隔离器与光环形器
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。
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]
光纤非线性环境是由光纤环与传输光纤紧密相邻，因而在接触形成一个耦合器。当传输有行进一周后又返回耦合器，这样来自传输光纤的光波与绕环后的光波之间将产生相移，相移的大小由环的长度和光波的波长决定。二者之间将产生相涨或相消干涉，因此，光纤非线性环境可以用来选择所需的信号，对于不需要的波长只需要引入180°相移即可
参考文献
[1]张宝富，苏洋，王海潼.光纤通信.西安电子科技大学出版社，2015
[2]彭大胜著.试论光纤通信系统的组成与技术,2013
光连接器
对于任何一种通信传输方式，都要考虑的一个重要因素就是信号在传输过程中的损耗，光纤通信也不例外。在光纤通信中，必须要考虑的一个重要的问题就是光纤之间的低损耗连接方法。这些连接存在于光源与光纤，光纤与光纤以及光纤与光检测器之间。光纤的连接技术分为两种，永久连接和可拆卸连接。一个永久性连接通常指的是一个接头，而一个易拆卸的连接则是称为连接器。接头一般位于两根光缆中的光纤之间的连接，而连接器一般位于光缆终端处，用于光源或光检测器与光缆中的光纤连接起来。
（3）串扰。串扰是指某输出端口的功率有来自希望的输入端口外，还有来自不希望的输入端口的功率，二者的光功率之比称为串扰。
（4）偏振依赖损耗。偏振依赖损耗是指由于偏振引起的光功率损耗。
表1各种开关性能比较
类型
规模
插损/dB
串扰
偏振依赖损耗/dB
开关时间
机械开关
8×8
3
3.5
0.2
10ms
热光开关
Si开关
常见的滤波器有法布里-珀罗腔型滤波器、马赫-增德尔滤波器、阵列波导光栅、声光可调谐滤波器、光纤光栅滤波器等。这些滤波器结构、参数各不相同，限于篇幅，不进行一一介绍。
WDM
波分复用WDM技术是光纤通信发展史上的一次突破性的进展。利用WDM技术，可使光纤传输容量获得突破。WMD技术的基本思想就是将工作波长略微不同，各自携带了不同信息的多个光源发出的光信号，一起注入同一根光纤进行传输。
目前光栅的光源主要有193nm/248nm中紫外光，334nm近紫外光级10.6μmCO2激光。制作方法主要有干涉法和非干涉法。
光滤波器
光滤波器全称为光学滤波器，与大家熟悉的电滤波的作用是一样的，只是这里滤除的是特定波长的光信号。光滤波器可分为固定的和可调谐的两种。固定滤波器允许一个固定的、预先确定的波长通过，而可调谐的滤波器课动态的选择波长。由于可调谐的滤波器需要一些外部电源，严格的说它不是无缘器件，这里将具有类似特性的器件放在一起介绍。
光锁相环与光纤非线性环境
光锁相环与电锁相环的功能一样，可实现接收信号与本地振荡信号即基准信号的同频相加，从而实现二者的同步。它由本地激光器、光电二极管平衡器件和滤波器等构成。平衡二极管器件检测本地激光器的频率与接收的光信号的频率，当两个频率完全相同时，二极管平衡电路处于静止状态；否则，这种静止状态将被破坏，使得二极管平衡电路有不平衡电流输出，该电流被放大后送滤波器滤除高频分量，滤波后的低频直流分量去控制本地激光器的输出频率，直至二者的频率完全相同，然后电路处于平衡状态。
WDM合波/分波器是波分复用系统的核心部件，其性能好坏在很大程度上决定了真个系统的性能。WMD合波/分波器主要有几种：多层介质薄膜MDTFF、熔锥型、光纤光栅型等。由于不同种类的WMD合波/分波器的原理差异较大，限于篇幅，难以分别介绍。
评价WMD合波/分波器性能的张鸿鹄要参数为前面介绍过的插入损耗和隔离度。
（1）通断消光比。通断消光比是指光开关处于通状态时输出的光功率和处于断状态下的光功率之比。通断消光比越大，光开关性能越好，这对外调制器尤为重要。机械开关的通断消光比大约为40~50db。
（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。
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。
评分项目
分值
得分
选题
15
论文技术及理论水平
50
结构和逻辑性
15
格式规范要求
20
总分
100
《光纤通信基础》课程论文
论述光纤通信中光无源器件的种类、作用、原理和技术指标
院（系）名称：测绘学院
专业名称ຫໍສະໝຸດ Baidu测绘工程
学号：2014*********
学生姓名：**
指导教师：耿**
二○一六年十二月
随着时代的发展，人们对各种信息的需求越来越大。尤其是当今互联网时代的到来，人们与外界的信息交流越来越密切，因而对信息的传播速率和稳定性有了更高的要求。而光纤通信就是在这样的时代的需求下的产物。光通信是利用光波来传送信息的一种通信方式。光波的频率比目前电信通信使用的频率高得多，因而其通信容量很大。但是，要利用光通信还需要解决两个重要的问题。（1）产生稳定可靠可控的理想光波。（2）传输稳定损耗低传输介质。而激光器和光导纤维的出现则解决了这两个问题，从而使光纤通信成为当今信息传播的重要手段。
光纤连接器常采用螺丝卡口、卡销固定、推拉式三种结构。这三种结构都包括单通道连接器和既可应用于光缆对光缆，也可用于光缆对线路卡连接的多通道器。这些连接器利用的基本耦合机理既可以是对接类型，也可以是扩展光束类型。
光纤耦合器
在光纤通信和光纤测量中，有时需要把光信号在光路上由一路向两路或多路传送，有时N路光信号合路再向M路或N路分配，能完成上述功能的期间就是光耦合器。通俗一点将来就是光纤中的集线器。光耦合器按照制作方法分为微镜片耦合器、波导耦合器和光纤耦合器等。其中光纤耦合器由于制作时只需要光纤，不需要其他光学元件，具有与传输光纤容易连接且损耗较低、耦合过程无需离开光纤，不存在任何反射端面引起的回波损耗等优点，因而更适合光纤通信，有时也称为全光纤元件。