光纤通信第五章_光纤线路技术及器件光衰减器PPT课件
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缺省条件下，入射光可沿着波导无交换 传输。当需要交换时，一个热敏硅片会 在液体中波导交叉点处产生一个气泡， 气泡将入射波导中的光信号全反射至输 出波导，实现光路的选择、转换。
微机械式光开关（MEMS）
Micro-Electro-Mechanical Systems
一般称作微机电系统技术，其含义是指 可批量制作的，集微型机构、微型传感 器、微型执行器以及信号处理和控制电 路、直至接口、通信和电源等于一体的 微型器件或系统。是随着半导体集成电 路微细加工技术和超精密机械加工技术 的发展而发展起来的。
光衰减器（optical attenuator）
用来稳定地、准确地减小信号光功率的 无源器件。它是光功率调节所不可缺少 的器件。
按衰减光功率的工作机理分有： 耦合型光衰减器 反射型光衰减器 吸收型光衰减器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体概述
概况一
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概况二
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吸收型光衰减器
采用光学吸收材料制成衰减片，对光的 作用主要是吸收和透射，其反射量很小。 因而光线可垂直入射到衰减片上，从而 可简化结构和工艺，使器件体积和重量 变得较小。
光衰减器按其衰减量的变化情况可分为 三种类型：
固定式衰减器，即衰减量一定；
步进可变式衰减器，即阶跃式可变，如5 步进式的，每步为10dB，即10dB×5
基于磁光效应光开关
机械式光开关
通过机械运动实现不同光纤端口之间的 相对连接，解决的办法是相对移动光纤 或相对移动光学元件。
液晶光开关
液晶是一种介于固态和液态之间的物质，它 具有光学各向异性晶体所特有的双折射性。 液晶分子有较强的电偶极矩，在外电场作用 下易于极化；其分子间的作用力比固体弱， 容易呈现各种状态，而且多数在介电常数、 折射率、磁化等方面显示出较大的各向异性。 因此，通过微小的外部能量——电、磁、热 等就能实现分子状态间的转变，从而引起它 的电、光、磁的物理性质发生变化。
交换粒度：反映了光开关交换业务的灵活 性。分为三类：波长交换、波长组交换和 光纤交换。
升级能力：增加光开关的容量。
可靠性：要求具有良好的稳定性和可靠性
光开关类型
依据原理可分为：机械光开关、热光开 关、电光开关和声光开关。
依据交换介质可分为：自由空间交换光 开关和波导交换光开关。
常用的光开关有：MEMS光开关、喷墨 气泡光开关、热光效应光开关、液晶光 开关、全息光开关、声光开关、液体光 栅光开关、SOA光开关等。
MEMS的应用
MEMS在工业、信息和通信、国防、航空 航天、航海、医疗和物生工程、农业、环 境和家庭服务等领域有着潜在的巨大应用 前景。
目前，MEMS的应用领域中领先的有：汽 车、医疗和环境；正在增长的有：通信、 机构工程和过程自动化；还在萌芽的有： 家用/安全、化学/配药和食品加工。
微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、 惯性小、谐振频率高、响应时间短。
1N MEMS Switch
微反射镜
光纤耦合器(Optical fiber coupler)
能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区 发生耦合，并进行再分配的器件。在耦合 的过程中，信号的波谱成分没有发生变化， 变化的只是信号的光功率。
从端口形式上分：X形(22)、Y形(12)、
星形(NN，N>2)、树形(1N，N>2)等。
液晶材料用于光开关，利用了它的光学特性 随电场改变的特性，称液晶的电光效应。
根据用外电场控制液晶分子的取向，对 偏振进行控制而实现开关功能的。
气泡式光开关
安捷伦公司结合热喷墨打印和硅平面光 波导两种技术，开发出的二维光交叉连 接系统。又称为“光子交换平台”。
由许多交叉的硅波导和经过交叉点的沟 道组成，沟道中填充特定的折射率匹配 液。
概况三
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耦合型光衰减器
通过输入、输出光束对准偏差的控制来 改变光耦合量的大小，从而达到改变衰 减量的目的。
反射型光衰减器
是在玻璃基片上镀反射膜作为衰减片。 光透过衰减片时主要是反射和透射。由 膜层厚度的不同来改变反射量的大小， 从而达到改变衰减量的目的。
以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强 度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝， 热传导率接近钼和钨。
批量生产：用硅微加工工艺在一片硅片上可同 时制造成百上千个，成本大大降低生产。
集成化：可以把不同种类传感器或执行器集成 于一体，形成微传感器阵列、微执行器阵列。
多学科交叉：涉及电子、机械、材料、制造、 信息与自动控制、物理、化学和生物等学科。
插入损耗： (MN)
N
IL 1l0g j1P ou ,jt P in ,m m1,,M
光开关的主要性能参数
交换矩阵：大小反映了光开关的交换能力。
交换速度：
损耗：包括插入损耗、回波损耗等。产生 的原因主要有两个：光纤和光开关端口耦 合时的损耗和光开关自身材料对光信号产 生的损耗。损耗特性影响到了光开关的级 联，限制了光开关的扩容能力。
消光比：描述光开关导通与非导通状态通 光能力差别的主要指标，即两个端口处于 导通和非导通状态的插入损耗之差。
可以实现对线路的监控；可以用于光纤 CATV、光纤用户网、无源光网络(PON)、 光纤传感等领域，实现信号的组合与分配。
原理：光学分束原理、消逝场耦合原理
微透镜耦合型
自聚焦棒耦合型
融锥型
波导型
应力型
主要参数
分光比： 定义为耦合器各输出端口的输出功率的
比值，具体应用中常用相对输出总功率 的百分比来表示，如50:50、80:20、 25:25:25:25等，或用各端口之间输出功 率之比表示，如1:1、4:1、1:1:1:1等。
连续可变式衰减器，如0～60dB。
主要技术指标
插入损耗 衰减量变化范围 精度 温度的影响
光开关（optical switch）
一种光路控制器件，可实现光路通 断的控制、光路选择、光交换
如：主备光路切换；光纤、光器件 的测试等；实现全光层次的路由选 择、波长选择、光交叉连接、自愈 保护等功能。
微机械式光开关（MEMS）
Micro-Electro-Mechanical Systems
一般称作微机电系统技术，其含义是指 可批量制作的，集微型机构、微型传感 器、微型执行器以及信号处理和控制电 路、直至接口、通信和电源等于一体的 微型器件或系统。是随着半导体集成电 路微细加工技术和超精密机械加工技术 的发展而发展起来的。
光衰减器（optical attenuator）
用来稳定地、准确地减小信号光功率的 无源器件。它是光功率调节所不可缺少 的器件。
按衰减光功率的工作机理分有： 耦合型光衰减器 反射型光衰减器 吸收型光衰减器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体概述
概况一
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概况二
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吸收型光衰减器
采用光学吸收材料制成衰减片，对光的 作用主要是吸收和透射，其反射量很小。 因而光线可垂直入射到衰减片上，从而 可简化结构和工艺，使器件体积和重量 变得较小。
光衰减器按其衰减量的变化情况可分为 三种类型：
固定式衰减器，即衰减量一定；
步进可变式衰减器，即阶跃式可变，如5 步进式的，每步为10dB，即10dB×5
基于磁光效应光开关
机械式光开关
通过机械运动实现不同光纤端口之间的 相对连接，解决的办法是相对移动光纤 或相对移动光学元件。
液晶光开关
液晶是一种介于固态和液态之间的物质，它 具有光学各向异性晶体所特有的双折射性。 液晶分子有较强的电偶极矩，在外电场作用 下易于极化；其分子间的作用力比固体弱， 容易呈现各种状态，而且多数在介电常数、 折射率、磁化等方面显示出较大的各向异性。 因此，通过微小的外部能量——电、磁、热 等就能实现分子状态间的转变，从而引起它 的电、光、磁的物理性质发生变化。
交换粒度：反映了光开关交换业务的灵活 性。分为三类：波长交换、波长组交换和 光纤交换。
升级能力：增加光开关的容量。
可靠性：要求具有良好的稳定性和可靠性
光开关类型
依据原理可分为：机械光开关、热光开 关、电光开关和声光开关。
依据交换介质可分为：自由空间交换光 开关和波导交换光开关。
常用的光开关有：MEMS光开关、喷墨 气泡光开关、热光效应光开关、液晶光 开关、全息光开关、声光开关、液体光 栅光开关、SOA光开关等。
MEMS的应用
MEMS在工业、信息和通信、国防、航空 航天、航海、医疗和物生工程、农业、环 境和家庭服务等领域有着潜在的巨大应用 前景。
目前，MEMS的应用领域中领先的有：汽 车、医疗和环境；正在增长的有：通信、 机构工程和过程自动化；还在萌芽的有： 家用/安全、化学/配药和食品加工。
微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、 惯性小、谐振频率高、响应时间短。
1N MEMS Switch
微反射镜
光纤耦合器(Optical fiber coupler)
能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区 发生耦合，并进行再分配的器件。在耦合 的过程中，信号的波谱成分没有发生变化， 变化的只是信号的光功率。
从端口形式上分：X形(22)、Y形(12)、
星形(NN，N>2)、树形(1N，N>2)等。
液晶材料用于光开关，利用了它的光学特性 随电场改变的特性，称液晶的电光效应。
根据用外电场控制液晶分子的取向，对 偏振进行控制而实现开关功能的。
气泡式光开关
安捷伦公司结合热喷墨打印和硅平面光 波导两种技术，开发出的二维光交叉连 接系统。又称为“光子交换平台”。
由许多交叉的硅波导和经过交叉点的沟 道组成，沟道中填充特定的折射率匹配 液。
概况三
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耦合型光衰减器
通过输入、输出光束对准偏差的控制来 改变光耦合量的大小，从而达到改变衰 减量的目的。
反射型光衰减器
是在玻璃基片上镀反射膜作为衰减片。 光透过衰减片时主要是反射和透射。由 膜层厚度的不同来改变反射量的大小， 从而达到改变衰减量的目的。
以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强 度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝， 热传导率接近钼和钨。
批量生产：用硅微加工工艺在一片硅片上可同 时制造成百上千个，成本大大降低生产。
集成化：可以把不同种类传感器或执行器集成 于一体，形成微传感器阵列、微执行器阵列。
多学科交叉：涉及电子、机械、材料、制造、 信息与自动控制、物理、化学和生物等学科。
插入损耗： (MN)
N
IL 1l0g j1P ou ,jt P in ,m m1,,M
光开关的主要性能参数
交换矩阵：大小反映了光开关的交换能力。
交换速度：
损耗：包括插入损耗、回波损耗等。产生 的原因主要有两个：光纤和光开关端口耦 合时的损耗和光开关自身材料对光信号产 生的损耗。损耗特性影响到了光开关的级 联，限制了光开关的扩容能力。
消光比：描述光开关导通与非导通状态通 光能力差别的主要指标，即两个端口处于 导通和非导通状态的插入损耗之差。
可以实现对线路的监控；可以用于光纤 CATV、光纤用户网、无源光网络(PON)、 光纤传感等领域，实现信号的组合与分配。
原理：光学分束原理、消逝场耦合原理
微透镜耦合型
自聚焦棒耦合型
融锥型
波导型
应力型
主要参数
分光比： 定义为耦合器各输出端口的输出功率的
比值，具体应用中常用相对输出总功率 的百分比来表示，如50:50、80:20、 25:25:25:25等，或用各端口之间输出功 率之比表示，如1:1、4:1、1:1:1:1等。
连续可变式衰减器，如0～60dB。
主要技术指标
插入损耗 衰减量变化范围 精度 温度的影响
光开关（optical switch）
一种光路控制器件，可实现光路通 断的控制、光路选择、光交换
如：主备光路切换；光纤、光器件 的测试等；实现全光层次的路由选 择、波长选择、光交叉连接、自愈 保护等功能。