光纤通信基本器件
光纤通信技术与设备习题
第一章概述一：单项选择题1.光纤通信指的是：A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式；D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。
2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的：A 近红外区B 可见光区C 远红外区D 近紫外区3 目前光纤通信所用光波的波长范围是：A 0.4～2.0B 0.4～1.8C 0.4～1.5D 0.8～1.84 目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：A 0.85、1.20、1.80；B 0.80、1.51、1.80；C 0.85、1.31、1.55；D 0.80、1.20、1.70。
5 下面说法正确的是：A 光纤的传输频带极宽，通信容量很大；B 光纤的尺寸很小，所以通信容量不大；C 为了提高光纤的通信容量，应加大光纤的尺寸；D 由于光纤的芯径很细，所以无中继传输距离短。
二、简述题1、什么是光纤通信？2、光纤的主要作用是什么？3、与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信有何优点？4、光纤通信所用光波的波长范围是多少？5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别是多少？第二章光纤与光缆工程一、单项选择题1.下面说法正确的是：A 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率；B 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率；C为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率；D 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂覆层的折射率。
2下面说法正确的是：A 单模光纤只能传输模式；B 单模光纤只能传输一路信号；C 单模光纤只能传输一种模式；D 单模光纤只能传输模式。
3下面哪一种光纤是色散位移单模光纤？A 光纤；B 光纤；C 光纤；D 光纤。
4.下面说法正确的是：A 光纤的损耗决定光纤通信系统的通信容量；B 光纤的损耗决定光纤通信系统的传输距离；C 光纤的损耗决定光纤通信系统的传输速率；D 光纤的损耗决定光纤通信系统的传输模式。
《光纤通信》 第3讲_无源光器件
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接续点上的不连续现象
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由于折射率不同引起的反射可用菲涅耳公式计算。 设玻璃的折射率为n1时，光功率的反射系数可用下式求 出：
r =[(n1 - n2 )/(n1 + n2)]2
例如:当 n1 ＝ 1.45， n2 ＝ 1，r＝ 3.4%时，即有14.7dB 的反射损耗。
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光纤耦合器 fiber optic coupler
将不同方向的光信号耦合送入一根光纤中传输，或 者相反。结构：
Port 4
Port 3
棱镜耦合式
Port 1
光纤耦合式
Port 2
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2x2定向耦合器及lxN、NxN星形 耦合器大多数采用熔融 渐变双锥的制造方法，即将多根裸光纤绞合在一 起，火焰 加热到软化温度后适当拉 伸，在熔融区形成渐变双锥结构 。 图b是 X型2×2定向耦合器。
§= P 3/P 4
隔离度反映定向耦合器反向散射信号的大小。当从 1端注入光功率，3、4端输出功率时，2端对1端的隔离 度定义为：
I=10lg((P 3+P 4) / P2 )) (dB)
光纤定向耦合器的插入损耗为0.2～1dB,分光比1％ ～99％（根据需要)，隔离度可大于65dB。
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这个SWP的作用是将入射光分解为两个正交偏振分量， 让垂直分量直线通过， 水平分量偏折通过。
两个分量都要通过法拉弟旋转器， 其偏振态都要旋转 45°。法拉弟旋转器后面跟随的是一块半波片 (λ/2 plate或 halfwave plate)。
这个半波片的作用是将从左向右传播的光的偏振态顺时针 旋转45°，将从右向左传播的光的偏振态逆时针旋转45°。
光纤通信系统的组成及其各部分的作用
光纤通信系统的组成及其各部分的作用光发信机是实现电/光转换的光端机。
它由光源、驱动器和调制器组成。
其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
电端机就是常规的电子通信设备。
有关“光纤通信系统的组成及其各部分的作用”的详细说明。
1.光纤通信系统的组成（1）光发信机光发信机是实现电/光转换的光端机。
它由光源、驱动器和调制器组成。
其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
电端机就是常规的电子通信设备。
（2）光收信机光收信机是实现光/电转换的光端机。
它由光检测器和光放大器组成。
其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。
（3）光纤或光缆光纤或光缆构成光的传输通路。
其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
（4）中继器中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。
它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性。
（5）光纤连接器、耦合器等无源器件由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。
因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。
于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。
光纤通信系统与光器件光器件
三、多层介质膜滤波器TFF
Multilayer Dielectric Thin-Film Filter 多层介质膜：通过某一波长，阻止其它波长
Thin-Film resonant Multicavity Filter (TFMF) 薄膜多共振腔滤波器
TFMF的传输特性： 腔越多滤波器顶越平
边缘越陡
Output 1 /2+L+ /2= L+ Output 2 /2+L- /2= L
L=2neff L /=k
k为奇数 k为偶数
Output 1 Output 2
五、体光栅滤波器
在Si衬底上沉积环氧树脂后制造成光栅。多波长信号经光纤 输入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上，反射光栅将各 波长分开，然后经透镜将各个波长的光聚焦在各自的光纤。
光衰减器—Attenuator
根据工作原理分类：
横向位移型光衰减器
位移型光衰减器
纵向位移型光衰减器
光衰 减器
直接镀膜型光衰减器 （吸收模或反射模型）
衰减片型光衰减器
液晶型光衰减器
光衰 减器
固定光 衰减器
可变光 衰减器
尾纤式固定光衰减器
转\变换器式 固定光衰减器
SC—FC型、 FC— ST型、 SC—ST型、
对输入信号 进行分路的 3dB耦合器
长度相差L的两根波 导，用来在两臂间产 生与波长有关的相移
在输出端将 信号复合的 3dB耦合器
通过分裂输入光束以及在一条通路上引进一个相移，重组 的信号将在一个输出端产生相加性干涉，而在另一个输出 端产生相消性干涉，信号最后只会在一个输出端口出现。
Input 1
反射中 2neff 光栅
心波长
光器件简介介绍
光器件的应用领域
Байду номын сангаас
通信
光器件在光纤通信网络中广泛应用于发射、接收、调制、放大等 环节，实现高速、大容量的信息传输。
传感
光器件还可以用于光学传感领域，如光纤传感器、光谱分析仪等， 用于测量物理量、化学量和生物量等。
照明
光器件在照明领域也有广泛应用，如LED灯具、舞台灯光等，具有 高效、节能、环保等特点。
02
常见光器件介绍
光器件的发展历程与趋势
发展历程
光器件的发展经历了从机械式到固态化、从分立式到集成化的过程，不断提高性能、降低成本，促进光通信和光 学传感技术的快速发展。
发展趋势
未来光器件的发展将更加注重小型化、集成化、智能化和低成本化，同时不断探索新的材料和工艺，提高器件性 能和降低能耗，以满足不断增长的信息传输和处理需求。
光器件简介介绍
汇报人： 2024-01-07
目录
• 光器件概述 • 常见光器件介绍 • 光器件的性能指标 • 光器件的制造工艺与材料
01
光器件概述
光器件的定义与分类
定义
光器件是用于处理光信号的设备或组 件，是光通信系统中的重要组成部分 。
分类
根据功能和应用场景，光器件可以分 为发射器、接收器、调制器、光放大 器等类型。
光纤通信用光器件介绍
光纤通信用光器件介绍光纤通信是利用光纤传输光信号进行通信的技术，其核心是通过光器件来发射、接收和调制光信号。
光器件是光纤通信系统中非常重要的组成部分，能够直接影响到通信系统的性能和稳定性。
在这篇文章中，我将介绍几种常见的光器件，并介绍它们的工作原理和应用。
第一种光器件是光纤激光器。
光纤激光器是一种能够发射强聚焦、单一波长、狭谱宽的光信号的器件。
它的工作原理是通过激光材料受到光电势驱动而产生的受激辐射来产生光信号。
光纤激光器具有很高的光输出功率和较窄的光谱特性，使其在长距离传输和高速通信中具有很大的优势。
第二种光器件是光纤调制器。
光纤调制器是一种能够改变光信号的特征以传输信息的器件。
它的工作原理是通过改变光的相位、幅度或频率，来调制光信号传递的信息。
光纤调制器在光纤通信中广泛应用于多种信号调制技术，如振幅调制、频率调制和相移键控等。
第三种光器件是光纤增益器。
光纤增益器是一种能够增强光信号的器件。
它通过将光信号输入到光纤中，通过光放大的原理来增强信号的强度。
光纤增益器在光纤通信系统中被广泛应用于信号放大和信号传输的中继，使得信号能够在长距离的传输中保持高强度和低损耗。
第四种光器件是光纤光栅。
光纤光栅是一种能够选择性反射或散射特定波长的光信号的器件。
它的工作原理是通过将光纤中的折射率周期性改变，产生布拉格衍射，从而实现对特定波长的光信号选择性反射或散射。
光纤光栅在光纤通信中被广泛应用于波长选择多路复用和分光分集等技术中。
第五种光器件是光纤检测器。
光纤检测器是一种能够接收光信号并转换为电信号的器件。
它的工作原理是通过光电效应将光信号转化为电信号。
光纤检测器在光纤通信系统中被广泛应用于光信号的接收和调制等过程中。
除了上述介绍的几种光器件外，还有许多其他类型的光器件，在光纤通信系统中起到了各种不同的作用。
例如，光纤散射器用于分配光信号，光纤滤波器用于调制光信号波长，光纤耦合器用于将多个光纤连接在一起等等。
这些光器件为光纤通信提供了更多的灵活性和多样性，使得通信系统能够更好地适应不同的需求和环境。
光纤通信第五章光纤线路技术原理及器件光环形器
Fiber-Optic Communication Technology
2005/2006学年第二学期
光纤通信第五章光纤线路技术原理 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原理 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
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原理 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原理 及器件光环形器
(dB )
Pi：输入的光信号功率，
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原理 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原理 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
光纤通信用光器件介绍
• FP: Fabry-Perot, 法布里-珀罗激光二极管
• DFB: Distributed Feedback Laser, 分布反馈式激光二极管
• VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 垂直腔面发射激光器
• PIN: Positive Intrinsic Negative, 同质PN结光电二极管
光纤通信用光器件介绍
主要内容
• 光纤通信系统 • 缩略语 • LD的基本工作原理及其关键性能指标 • TOSA分类及其基本结构 • TOSA生产工艺 • TOSA测试原理 • PD的基本工作原理及其关键性能指标 • ROSA的分类及基本结构 • ROSA的生产工艺 • ROSA测试原理 • TOSA/ROSA常见问题 • BOSA - 单纤双向应用
有源区 (增益介质)
反射镜面 (解理面)
R1
Z=0
注入电流
有源区 (增益介质)
P
激光发射
N
反射镜面
(解理面)
R2
Z=L
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LD基本工作原理-激光产生的基本条件(4)
• 阈值条件：
¾ 由于谐振腔中存在损耗及通过反射镜子的光辐射，受激辐射产生的光 子将不断消耗。只有当增益等于或超过总损耗时，才能建立起稳定的 振荡，这一临界增益称为阈值增益。为达到阈值增益所需的注入电流 称为阈值电流。
• E2入射光 hf = E2 - E1
E1
E2
•
E1
•受激辐射光
hf = E2 - E1
受激辐射产生的过程
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增益/损耗
f1
f0
f2 频率(Hz)
光通信原理及光器件介绍
1400
光波长（nm）
全波光纤
1600
1800
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光纤通讯系统知识介绍－光纤结构
光纤
光纤的结构
涂敷层
包层 纤芯
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光纤结构
光纤（Optical Fiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴 组成的圆柱形细丝。
纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量 主要在纤芯内传输。
包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机 械保护作用。
突变型多模光纤（Step-Index Fiber, SIF） 渐变型多模光纤（Graded-Index Fiber, GIF） 单模光纤（Single-Mode Fiber, SMF） 相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径 都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤。
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横截 面
偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统， 这种系统 最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。
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光纤传输优点
1、通信容量大 从理论上讲，一根仅有头发丝粗细的光纤可以同时传输1000 亿个话路 2、中继距离长 3、保密性能好 光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有光“泄露”出去，因 此其保密性能极好 4、适应能力强 适应能力强是指，不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀，可挠性强 5、体积小、重量轻、便于施工维护 光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空 6、原材料来源丰富，潜在价格低廉 制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅即砂子，而砂子在大自然界中 几乎是取之不尽、用之不竭的。因此其潜在价格是十分低廉的
DFB LD module
Dual-baalog)
DFB LD module
1x4 Splitter
光纤通信系统的组成及每部分的作用
光纤通信系统的组成及每部分的作用一、引言光纤通信是一种利用光纤作为传输介质的通信方式，具有大带宽、低损耗、抗干扰、安全可靠等优点，被广泛应用于现代通信领域。
光纤通信系统由多个组成部分构成，每个部分都起着不同的作用，下面将分别介绍。
二、光纤传输介质光纤传输介质是光纤通信系统的核心部分，它由光纤芯和包层组成。
光纤芯是光信号传输的通道，通常由高纯度的二氧化硅或玻璃制成，具有较高的折射率。
包层则是保护光纤芯的外层，通常由低折射率的材料制成，能够使光信号在光纤内部反射传输。
三、光源光源是光纤通信系统的信号发射器，它的作用是产生光信号并将其输入到光纤中进行传输。
常见的光源有激光二极管和发光二极管。
激光二极管具有窄谱宽、较高的功率和较长的寿命等优点，被广泛应用于光纤通信系统中。
四、调制器调制器是光纤通信系统中的信号调制器件，它的作用是将要传输的信息信号转换成适合光纤传输的光信号。
常见的调制器有电调制器和光调制器。
电调制器通过改变电信号的强度、频率或相位来调制光信号，而光调制器则通过改变光信号的强度、频率或相位来实现信号调制。
五、光纤放大器光纤放大器是光纤通信系统中的信号增强器件，它的作用是放大传输过程中衰减的光信号，以保证信号质量。
常见的光纤放大器有掺铒光纤放大器和掺镱光纤放大器。
掺铒光纤放大器适用于波长在1550纳米范围内的信号放大，而掺镱光纤放大器适用于波长在1300纳米范围内的信号放大。
六、光纤接收器光纤接收器是光纤通信系统中的信号接收器件，它的作用是接收光信号并将其转换成电信号。
光纤接收器通常由光电二极管或光电倍增管组成，能够将光信号转换为电信号并放大，以便后续的信号处理和解调。
七、光纤连接器光纤连接器是光纤通信系统中连接光纤的重要组件，它的作用是将不同的光纤连接起来，以实现光信号的传输。
光纤连接器通常采用FC、SC、ST等标准接口，能够保证连接的稳定性和可靠性。
八、光纤交叉连接设备光纤交叉连接设备是光纤通信系统中实现光信号交叉连接的重要设备，它的作用是根据需要将光信号从一个光纤路由到另一个光纤。
光纤通信有源器
噪声问题
总结词
噪声问题是光纤通信有源器件在工作过 程中产生的噪声对通信信号的影响问题 。
VS
详细描述
噪声会导致信号的信噪比降低，影响通信 质量。为了降低噪声的影响，可以采用噪 声抑制技术，如采用低噪声放大器或降噪 算法等。同时，优化有源器件的设计和制 作工艺，降低其内部噪声也是解决这一问 题的有效方法。
总结词
高功率光纤通信有源器件是未来发展的重点，它们能够提供更高的光功率输出， 从而实现更远距离的光纤传输。
详细描述
随着光纤通信技术的不断发展，对光功率的需求也在不断增加。高功率光纤通信 有源器件能够提供更高的光功率输出，从而延长传输距离或提高信号质量。目前 ，高功率光纤激光器、放大器等有源器件已经得到了广泛的应用和研究。
激光器的调制方式主要有直接调制和外部调制两 种，直接调制结构简单，但调制速率受限于载流 子恢复时间；外部调制适用于高速调制，但需要 额外的调制器。
光放大器
光放大器用于放大光信号， 以补偿光纤传输过程中的损 耗。常见的光放大器有半导 体光放大器和光纤放大器。
半导体光放大器基于半导体 材料，具有体积小、成本低 等优点，但带宽和增益受限 ；光纤放大器利用掺铒光纤 作为增益介质，具有带宽宽 、增益高等优点，但需要泵 浦光。
光放大器的性能参数包括增 益、带宽、噪声系数等，选 择合适的光放大器可以提高 光纤通信系统的传输距离和 容量。
光放大器的应用场景包括但 不限于光纤传感、光子雷达 和光计算等领域。
光调制器
01
光调制器用于将信息加载到 光波上，实现信息的传输。 常见的光调制器有电吸收型 调制器和液晶调制器等。
02
电吸收型调制器利用电场改 变介质折射率实现调制，具 有响应速度快、消光比高等 优点；液晶调制器利用电场 改变液晶的折射率实现调制 ，具有可调谐性和并行处理 能力。
光纤通信用光器件介绍
光纤通信用光器件介绍光纤通信是一种利用光信号传输数据的通信方式。
它利用光纤作为传输介质，通过调制光信号的强度、频率或相位来传输信息。
在光纤通信系统中，光器件起着关键的作用，它们负责产生、放大、调制和检测光信号。
本文将介绍光纤通信中常用的光器件，包括光源、放大器、调制器和光检测器。
光源是光纤通信系统中的重要组成部分，负责产生光信号。
常见的光源有半导体激光器、气体激光器和光纤激光器。
半导体激光器是最常用的光源，它具有体积小、功耗低、调制速度快等优点。
气体激光器具有宽的谱带宽和高的输出功率，但体积较大。
光纤激光器结合了两者的优点，是一种理想的光信号源。
放大器是光纤通信系统中的另一个重要组成部分，用于增强光信号的功率。
光纤放大器是常用的放大器类型，它可以放大光信号而不需要将其转换为电信号。
最常见的光纤放大器是掺铒光纤放大器（EDFA），它利用掺铒光纤中的铕原子的能级跃迁来实现光信号的放大。
EDFA具有宽的增益带宽、高增益、低噪声等优点，是目前光纤通信系统中最常用的放大器。
调制器是光纤通信系统中用于调制光信号的器件。
光电调制器是常用的调制器类型，它利用光电效应或半导体材料的光学特性来实现光信号的调制。
光电调制器分为直接调制器和外调制器。
直接调制器利用半导体材料的直接带隙特性，通过改变注入电流来调制光信号的强度。
外调制器利用半导体材料的Kerr效应或电光效应来调制光信号的相位或强度。
光电调制器具有调制速度快、带宽宽、功耗低等优点。
光检测器是光纤通信系统中用于检测光信号的器件。
光电二极管是最常用的光检测器，它利用光束的能量转变为电流。
光电二极管具有高速度、高灵敏度、低噪声等优点，是目前光纤通信系统中最常用的光检测器。
其他常用的光检测器还包括光开关和光波导耦合器。
除了以上介绍的光器件，还有一些其他的光器件在光纤通信系统中扮演着重要角色。
例如，光分路器用于将光信号分成多个通道，光耦合器用于将光信号从一根光纤传输到另一根光纤，光滤波器用于选择或剔除特定波长的光信号。
光纤通信的基本器件概述
光纤通信的基本器件概述光纤通信系统中的基本器件包括光源、光接收器、光纤传输介质和光纤连接器。
光源是产生光信号的装置，常用的光源包括半导体激光器和 LED。
光接收器是将光信号转换成电信号的装置，常用的光接收器包括光电二极管和光电探测器。
光纤传输介质是用来传输光信号的介质，其主要优点是信号传输损耗小和传输距离远。
光纤连接器是用来连接光纤的装置，其主要作用是使光信号能够顺利地传输到目的地。
除了这些基本器件之外，光纤通信系统还包括光纤放大器、光谱分析仪、光纤调制器、光纤衰减器等辅助器件。
这些器件的作用是增强光信号的强度、分析光信号的特性以及对光信号进行调制和衰减。
总的来说，光纤通信的基本器件是光源、光接收器、光纤传输介质和光纤连接器。
这些器件共同构成了光纤通信系统，为现代通信系统的发展提供了重要支持。
光纤通信作为一种高效、高速、高容量的通信方式，在现代通信领域具有重要地位。
除了基本器件外，光纤通信系统还包括光纤交叉连接、光纤网络监测系统等辅助设备，以构建起完整的光纤通信网络。
以下将详细介绍光纤通信的基本器件及其相关辅助设备。
光源是光纤通信系统中的重要组成部分，用于产生光信号。
在光纤通信系统中，常用的光源有激光器和LED。
激光器由激光二极管构成，其光具有单一波长、高亮度、窄谱线、直射性以及相干性等良好特性。
这使得激光器在光纤通信中受到广泛应用。
相比之下，LED 的光谱相对较宽，其光源亮度较低，但具有制造成本低、使用寿命长等优点，常用于短距离通信和光纤传感。
在光纤通信系统中，光接收器也是至关重要的组件。
光接收器主要用于将光信号转化为电信号。
常用的光接收器包括光电二极管（PD）和光电探测器。
光电二极管用于接收低速光信号，具有快速响应速度、适应高温环境并可以工作在不同波长。
光电探测器则用于接收高速、远距离的光信号，并且其响应速度更快。
光电探测器在长距离、高速率的通信领域得到广泛应用。
光纤传输介质是光纤通信系统中的关键组成部分，用于传输光信号。
光纤通信技术第五章光无源器件(1)汇总
（1）T型耦合器
这是一种2×2的3端耦合器，如图5.8（a） 所示，它的功能是把一根光纤输入的光信号按 一定比例分配给两根光纤，或把两根光纤输入 的光信号组合在一起输入一根光纤。这种耦合 器主要用作不同分路比的功率分配器或功率组 合器。
（2）星型耦合器
这是一种n×m耦合器，如图5.8（b）所示， 它的功能是把n根光纤输入的光功率组合在一 起，均匀地分配给m根光纤，m和n不一定相 等。这种耦合器常用作多端功率分配器。
1. 光纤型耦合器
光纤型耦合器是把两根或多根光纤排列，
用熔融拉锥法制作出来的器件。熔融拉锥法就 是将两根或两根以上除去涂覆层的光纤以一定 的方式靠拢，在高温加热下熔融，同时向两侧 拉伸，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波 导结构，实现传输光功率耦合的一种方法，这 种方法的系统框图如图5.9所示。
图5.9 熔融拉锥系统示意图
图5.1示出套筒结构的光 纤连接器简图，包括用于对 中的套筒、带有微孔的插针 和端面的形状（图中画出平 面的端面）。光纤固定在插 针的微孔内，两支带光纤的 插针用套筒对中实现连接。 以下文中提到的光纤连接器 都指的是光纤活动连接器。
图5.1 套筒结构光纤连接器简图
对光纤连接器的基本要求是使发射光纤输出的光 能量最大限度地耦合进接收光纤。光纤连接器是光纤 通信中应用最广泛、最基本的光无源器件。光纤连接 器的“尾纤”（即一端有活动的连接器光纤）用于和 光源或检测器耦合，以构成发射机或接收机的输出/输 入接口，或构成光缆线路及各种光无源器件两端的接 口。光纤连接器跳线（即两端都有光纤活动连接器的 一小段光纤）用于终端设备与光缆线路及各种光无源 器件之间的互连，以构成光纤传输系统。
重复性是指光纤（缆）活动连接器多次插拔后插 入损耗的变化，用dB表示。互换性是指连接器各部件 互换时插入损耗的变化，也用dB表示。 这两项指标可以考核连接器结构设计和加工工艺 的合理性，也是表明连接器实用化的重要标志。影响 插入损耗的各项因素，也同时影响着连接器的重复性 和互换性，因而这些因素的改善也会有效地提高重复 性和互换性的性能指标。
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光隔离器、光调制器等
3.1 光源器件
光发射部分的核心：光源，它是组成光纤 通信系统的重要器件。
光源器件是光发射机的核心，它的作用是 将电信号转换成光信号。光纤通信中常用的 光源器件有半导体激光器LD和半导体发光二 极管LED两种。
4)晶体能带：半导体是由大量原子有次序的周期 性排列的晶体。
L为腔的几何长度。上式为激光器的相位平衡条件， 通常又称为光腔的驻波条件，当满足该条件时， 腔内形成驻波。
4．激光器纵模与纵模间隔
(1).纵模——光场沿轴Z向变化模式
(2).纵模间隔：相邻的两个纵模的谐振频率 间 隔 ：△f0q=c/2nL ;
波长表示纵模间隔，则近似为： △λ0q=λ20/2nL
2)频率选择及正反馈 光学谐振腔
3)阈值条件和相位条件
➢ 激光产生的过程
激活物质和光学谐振器只是激光产生 的必要条件，要产生激光振荡，还必须 满足一定的阈值条件和相位条件。
激光产生的过程 ？简述
泵浦源
P入
光子流输出
P反
M1 r1 = P反/ P入
M2， r2
Z 腔轴
M1的功率反射率100%，M2的功率反射率为90％左右， 以便从M2获得激光输出。把激活物质放在两个反射镜之间。
3.1.1 发光机理 1．原子的能级结构
Femi统计规律
在热平衡状态时，粒子在各能级之间的分布应 服从费米统计规律。
f（E）＝1/[1＋exp（E-Ef）/K0T ] (3.1)
f（E)—能量为E被电子占据的机率（概率）
Ef —费米能级。它与物质的特性有关，它只是反 映电子在各个能级中分布情况的一个参量（它是抽 象的不存在的一个能级）。
3)阈值条件（门限）
激光产生的阈值条件是激光产生振荡的最低 条件 。增益＝光学谐振腔的总损耗
P(Z)=P(0) exp[g0－αi]Z （3.2） 式中：P（0）为Z=0处的光功率。光束在腔 内经历一个来回，光功率P(Z)= P(2L)
P(2L)=P(0)r1r2exp[（g0－αi）2L] 要产生振荡，必须满足：
K0=1.38x10-23J/K玻耳滋曼常数
2．光的辐射和吸收
爱 因 斯 坦 于 1917 年 , 根 据 辐 射 与 原 子 相 互作用量子学论提出:光与物质相互作用将 发生自发辐射、受激辐射、受激吸收三种 物理过程。
(a)自发辐射效应 (b)受激吸收效应
(c)受激辐射效应
能级和电子的跃迁图
1）.自发辐射效应(sp)
2）.受激吸收效应
处于低能级的电子，当受到外来的频率 为f＝（E2－E1）/h的光子照射时，原子 中电子可以吸收光子的能量从低能级向高 能级跃迁这个过程叫受激吸收。
条件：必须在外来光子的激励下，且外来 光子能量 hf外≥E2-E1
3）.受激辐射效应（st）
处于高能级E2的电子受到外来光子的感应， 发射一个与感应光子完全相同的光子，即频 率、相位、偏振方向和传播方向相同。
•受激辐射条件： 外来光子能量hf外≥E2-E1
•特点：外来光子与感应光子为全同光子。
•粒子数反转分布?即光放大状态
3. 激光产生的条件
*激光器——指激光自激振荡器。 *激光器是以受激辐射为基础的物质内部原
子内能的变化引起的。 *电振荡器构成 ：
*激光振荡器基本构成 ：
*.激光器振荡必要条件
1)光放大(粒子数反转分布=激活物质) [激光工作物质+泵浦源]
P（2L）≥P(0)
即： r1r2exp[（g0－αi）2L] ≥1 （3.3） exp[（g0－αi）2L] ≥1/ r1r2 (g 0－αi )2L=Ln[1/ r1r2] g 0－αi =[1/2L]×Ln[1/ r1r2]
g0
i
1 ln 2L
1 r1r2
阈值条件可写作：
g0>gt=αi+[1/2L] Ln[1/ r1r2] (3.4) 当g0>α总；g0>gt，激光起振 ，光信号得 放大，逐渐增加，引起增益系数g减小至α总， 维持一个稳定振荡。 当 g0=α总＝gt时，为阈值条件,不能起振， 只能维持很低光强振荡。 当g0<α总为不起振条件。
第3章光纤通信基本器件
内容提要：
3.1 光源器件 3.2 光检测器件 3.3 光纤放大器（EDFA） 3.4 连接器件 3.5 光耦合器和波分复用器 3.6 光隔离器与光环行器 3.7 光衰减器和光开关 3.8 偏振控制器和光调制器
概述
一个完整光纤通信系统需要：有源器件 多种无源器件
激光器、发光二极管:能量转换器件即电导致光 的器件
设E2>E1
处于高能级E2的电子是不稳定的，它将按一 定的概率，自发地（无外界辐射）向低能E1上 跃迁，并在跃迁的过程中发射出一个频率为f， 能量为ε的光子。
特点 ：
自发辐射是独立自发跃迁,产生光为非相干光, 且光子之间互不相干.
释放光子的能量ε=E2-E1 =hf 发射光子的频率f=(E2-E1 ) /h; 定量分析：
1)孤子原子的能级：在原子中存在着一个个分 立能级，电子只能存在于这些分立的能级之上。
2)两个原子的能级：每个能级已经分裂成为两个 彼此靠的很近的能级。
3)大量原子能带：电子不在属于个别原子，它一 方面围绕每个原子运动，同时电子做共有化运 动，相同能量的能级已变成许多靠得很近，分 裂能级——形成带状，称为能带。
Δ f0q
f0q-1 f0q
f0q+1
f
例如q=8，腔长L=（q/2）×8，有8个半个波 长，其谐振频率f08=（c×8）/2nL。
例如q＝10，腔长L＝（λq/2）×10，有10个半 个波长，其谐振频率f010＝（C/2nL）×10。
图3-3 激光振荡的驻波图案
2 半导体激光器的基本结构
1．半导体的能带结构
3)相位条件
激光振荡，不仅是阈值条件，还要满足相位条件。
相互加强叠加意义：入射波与经腔往返一周到原 位置的反射波产生相互叠加（加强干涉），他们 的相位差为零或2π的整数倍。
△φ＝2πq＝K×2L＝(2π/λq) ×2L (3.5)
L＝ q× λq/2
(3.6)
其中：q=1，2，3，…；λq=2L/q为与q值对应的 波导波长；