光纤通信第五章光纤线路技术及器件光环形器
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光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光纤线路技术
为了实现光信号从发射机至接收机的传 送，在整个光纤的传输线路上既需要解 决由光纤损耗、色散及非线性引起的信 号衰减和畸变等问题，还需要解决信号 的调制、信号的选路、线路的连接、光 功率的分配、光功率的控制、杂散光的 隔离等一系列工程实践问题。
RL =10logPr Pi
(dB ) Pi
Pr
Pi：正向输入光隔离器的光信号功率 Pr ：返回输入端口的光功率
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
隔离度
指在逆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损耗
Iso=10logP Poi (dB ) Pi’：反向输入光隔离器的光信号功率 Po’：返回输入端口的光功率
偏振无关型光隔离器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
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）
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
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。
IL=10logPo Pi
分束/合束镜
将任意状态的输入光变成分解成两束偏 振方向垂直的偏振分量
双折射平行平板、楔形双折射晶体
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
偏振旋转镜
90度非互易旋转器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
端口1→端口2
端 x口
1 23 4 5 6
端 口
1
2
3
4
z
y
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光环形器(circulator)
多端口非互易 N（N>2）个端口 光由端口1>端口2；
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
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
应用
双向通信中的重要器件，完成正反向传 输光的分离
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
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。
度，V维尔德常数为材料的特性常数)。
偏振方向的旋转只与磁场强度的方向有关， 而与光传播的方向无关。
磁光材料有钇铁石榴石（YIG）、铋铁石榴 石（SIC）等。光纤通信第五章光纤线路技术及器
件光环形器
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。
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光隔离器(isolator)
光隔离器是一种只允许光沿一个方向通 过而在相反方向阻挡光通过的光无源器 件
作用：防止光路中的后向传输光对光源 以及光路系统产生不良影响
例如：半导体激光器、光纤放大器 应用：光纤通信、光信息处理系统、光
纤传感以及精密光学测量系统等 分类：偏振相关型和偏振无关型两类
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
法拉第旋光效应
光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。
法拉第效应是法拉第在1845年首先观察到的 不具有旋光性的材料在磁场作用下使通过该 物质的光的偏振方向发生旋转，也称磁致旋 光效应。沿磁场方向传输的偏振光，其偏振
方向旋转角度q=VBL (B磁场强度，L材料长
单纤双向通信、上/下话路、合波/分波 及色散补偿等
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
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
端 x口
1 23 4 5 6
端 口
1
2
3
4
z
y
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光纤的连接
光纤的连接将两根光纤端面结合在一起， 实现光信号的持续传输。
根据连接方式的不同，可分为活动连接和 固定连接。
利用活动连接器是实现活动连接的主要方 法
熔接法是固定连接的主要方法
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
活动连接器
连接两根光纤或光缆使其成为光通路的 可以重复装拆的活接头
值越大越好
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
偏振相关损耗和偏振模色散
偏振相关损耗（PDL）：指输入光偏振 态发生变化而其它参数不变时，器件插 入损耗的最大变化量，是衡量器件插入 损耗受偏振态影响程度的指标。
偏振模色散（PMD）：指通过器件的信 号光不同偏振态之间的相位延迟差。
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
端口2→端口3
端 x口
1 23 4 5 6
端 口
1
2
3
4
z
y
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
端口3→端口4
端 x口
1 23 4 5 6
端 口
1
2
3
4
z
y
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
技术指标
包括插入损耗、回波损耗、隔离度、串 音、偏振相关损耗、偏振模色散等
串音指两个不相邻端口之间理论上不能 接收到光信号但实际中由于种种原因而 接收到的功率以dB表示的相对值，
用于光源到光纤、光纤到光纤、光纤与 深测器、器件之间等的连接
必须具备损耗低、体积小、重量轻、可 靠性高、便于操作、重复性和互换性好 以及价格低廉等优点。要求能承受机械 振动和冲击、适应一定的温度和湿度环 境条件、装拆时防止杂质污染的保护措 施。
(dB )
Pi：输入的光信号功率，
源自文库
Pi
Po
Po ：经过光隔离器后的功率，
显然， IL值越小越好。
光隔离器的插入损耗来源于偏振器、法拉 第旋转器等各部分的插入损耗。
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
回波损耗(RL)
回波损耗：指由于构成光隔离器的各元 件、光纤以及空气折射率失配引起的反 射造成的对入射光信号的衰减。
光纤通信第五章光纤线路技 术及器件光环形器
第五章 光纤线路技术及器件
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
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
光纤线路技术
为了实现光信号从发射机至接收机的传 送，在整个光纤的传输线路上既需要解 决由光纤损耗、色散及非线性引起的信 号衰减和畸变等问题，还需要解决信号 的调制、信号的选路、线路的连接、光 功率的分配、光功率的控制、杂散光的 隔离等一系列工程实践问题。
RL =10logPr Pi
(dB ) Pi
Pr
Pi：正向输入光隔离器的光信号功率 Pr ：返回输入端口的光功率
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
隔离度
指在逆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损耗
Iso=10logP Poi (dB ) Pi’：反向输入光隔离器的光信号功率 Po’：返回输入端口的光功率
偏振无关型光隔离器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
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）
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
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。
IL=10logPo Pi
分束/合束镜
将任意状态的输入光变成分解成两束偏 振方向垂直的偏振分量
双折射平行平板、楔形双折射晶体
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
偏振旋转镜
90度非互易旋转器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
端口1→端口2
端 x口
1 23 4 5 6
端 口
1
2
3
4
z
y
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光环形器(circulator)
多端口非互易 N（N>2）个端口 光由端口1>端口2；
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
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
应用
双向通信中的重要器件，完成正反向传 输光的分离
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
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。
度，V维尔德常数为材料的特性常数)。
偏振方向的旋转只与磁场强度的方向有关， 而与光传播的方向无关。
磁光材料有钇铁石榴石（YIG）、铋铁石榴 石（SIC）等。光纤通信第五章光纤线路技术及器
件光环形器
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。
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光隔离器(isolator)
光隔离器是一种只允许光沿一个方向通 过而在相反方向阻挡光通过的光无源器 件
作用：防止光路中的后向传输光对光源 以及光路系统产生不良影响
例如：半导体激光器、光纤放大器 应用：光纤通信、光信息处理系统、光
纤传感以及精密光学测量系统等 分类：偏振相关型和偏振无关型两类
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
法拉第旋光效应
光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。
法拉第效应是法拉第在1845年首先观察到的 不具有旋光性的材料在磁场作用下使通过该 物质的光的偏振方向发生旋转，也称磁致旋 光效应。沿磁场方向传输的偏振光，其偏振
方向旋转角度q=VBL (B磁场强度，L材料长
单纤双向通信、上/下话路、合波/分波 及色散补偿等
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
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
端 x口
1 23 4 5 6
端 口
1
2
3
4
z
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光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光纤的连接
光纤的连接将两根光纤端面结合在一起， 实现光信号的持续传输。
根据连接方式的不同，可分为活动连接和 固定连接。
利用活动连接器是实现活动连接的主要方 法
熔接法是固定连接的主要方法
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
活动连接器
连接两根光纤或光缆使其成为光通路的 可以重复装拆的活接头
值越大越好
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
偏振相关损耗和偏振模色散
偏振相关损耗（PDL）：指输入光偏振 态发生变化而其它参数不变时，器件插 入损耗的最大变化量，是衡量器件插入 损耗受偏振态影响程度的指标。
偏振模色散（PMD）：指通过器件的信 号光不同偏振态之间的相位延迟差。
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
端口2→端口3
端 x口
1 23 4 5 6
端 口
1
2
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光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
端口3→端口4
端 x口
1 23 4 5 6
端 口
1
2
3
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z
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光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
技术指标
包括插入损耗、回波损耗、隔离度、串 音、偏振相关损耗、偏振模色散等
串音指两个不相邻端口之间理论上不能 接收到光信号但实际中由于种种原因而 接收到的功率以dB表示的相对值，
用于光源到光纤、光纤到光纤、光纤与 深测器、器件之间等的连接
必须具备损耗低、体积小、重量轻、可 靠性高、便于操作、重复性和互换性好 以及价格低廉等优点。要求能承受机械 振动和冲击、适应一定的温度和湿度环 境条件、装拆时防止杂质污染的保护措 施。
(dB )
Pi：输入的光信号功率，
源自文库
Pi
Po
Po ：经过光隔离器后的功率，
显然， IL值越小越好。
光隔离器的插入损耗来源于偏振器、法拉 第旋转器等各部分的插入损耗。
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
回波损耗(RL)
回波损耗：指由于构成光隔离器的各元 件、光纤以及空气折射率失配引起的反 射造成的对入射光信号的衰减。
光纤通信第五章光纤线路技 术及器件光环形器
第五章 光纤线路技术及器件
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
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