浅谈光纤通信中无源器件
光无源器件的技术分析
光无源器件的技术分析光无源器件是指在光通信和光网络中，不需要外部能量输入就能起作用的光学器件，例如光纤、分光器和波长分复用器等。
这些器件在光通信和光网络中起着至关重要的作用，它们的性能直接影响到整个系统的性能和稳定性。
本文将对光无源器件的技术进行分析，探讨其应用领域、性能特点和发展趋势。
一、光无源器件的应用领域光无源器件广泛应用于光通信和光网络领域，包括光纤通信系统、光纤传感系统、光纤传输系统、光纤传感测量系统等。
在光纤通信系统中，光纤作为光信号的传输介质，承担着传输和接收光信号的任务；而分光器和波长分复用器等器件则用于对光信号进行分配、合并和波长分复用。
在光纤传感系统中，光纤传感器借助于光无源器件对光信号进行传输和检测，实现对环境参数的实时监测。
二、光无源器件的性能特点1. 低损耗：光无源器件在光信号的传输和处理过程中，尽可能地减少能量损耗，保证光信号的传输稳定和可靠。
2. 增益均匀：光无源器件对光信号进行分配、合并和波长分复用时，能够保持光信号的增益均匀，保证传输系统的性能稳定。
3. 高灵敏度：光无源器件在提取和传输光信号时，对光信号的灵敏度高，能够快速、准确地传输光信号。
4. 高波长选择性：光无源器件对不同波长的光信号具有高度的选择性，能够对不同波长的光信号进行准确的分配和合并。
5. 高可靠性：光无源器件的制作工艺和材料选择经过严格的筛选和测试，保证其在光通信和光网络系统中具有高可靠性和长寿命。
三、光无源器件的发展趋势1. 高性能化：随着光通信和光网络技术的不断发展，光无源器件的要求也越来越高，未来光无源器件将不断追求更高的性能，包括更低的损耗、更高的增益均匀性、更高的波长选择性和更高的可靠性。
2. 多功能化：未来光无源器件将趋向于多功能化，能够实现多种功能的器件，例如光纤传输系统中的光纤分光合并器将具有分光、合并和波长分复用的功能。
3. 集成化：随着微纳光电子器件和光学集成技术的不断发展，未来光无源器件将趋向于集成化，实现多种功能的集成器件。
光无源器件的技术分析
光无源器件的技术分析光无源器件是光通信系统中至关重要的一部分，其在光通信系统中起到传输、分配和处理光信号的作用。
光无源器件主要指的是不需要外部能量作为驱动力的器件，比如光纤、光耦合器、光接收器等。
本文将对光无源器件的技术特点、应用领域和发展趋势进行分析。
一、光无源器件的技术特点1.1 宽带传输特性光无源器件具有宽带传输特性，能够支持高速数据传输。
与传统的电子通信相比，光无源器件能够实现更高的数据传输速率和更远的传输距离，适用于大容量、远距离、高速的通信需求。
1.2 低损耗光无源器件的传输损耗较小，在信息传输过程中能够减少光信号的衰减。
这使得光无源器件在长距离传输中具有优势，保证了信号的稳定传输。
1.3 高稳定性光无源器件在工作过程中具有高稳定性，能够长时间保持良好的性能。
这对于光通信系统的稳定性和可靠性至关重要，能够有效减少系统的故障率。
1.4 低能耗光无源器件不需要外部能量作为驱动力，能够通过光信号本身完成工作，因此具有较低的能耗。
这符合当今节能环保的发展趋势，也是光通信技术被广泛应用的重要原因之一。
二、光无源器件的应用领域2.1 光通信系统光无源器件是光通信系统中不可或缺的一部分，能够支持大容量、高速、长距离的数据传输需求。
在光通信系统中，光无源器件被广泛应用于光纤通信、无线光通信、卫星通信等领域。
2.2 数据中心随着云计算、大数据、人工智能等技术的快速发展，数据中心对于高速数据传输的需求越来越大。
光无源器件能够满足数据中心对于高速、大容量数据传输的需求，提高数据中心的传输效率和稳定性。
2.3 军事领域军事通信对于信息传输的安全性、稳定性、快速性有着极高的要求，光无源器件能够满足军事通信对于大容量、高速、长距离传输的需求，确保军事信息的安全传输。
2.4 其他领域除了上述领域，光无源器件还在医疗、航空航天、工业自动化等领域有着广泛的应用。
随着光通信技术的发展和普及，光无源器件的应用领域将会继续扩大。
论述光纤通信中光无源器件的种类、作用、原理和技术指标
（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。
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。
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。
光无源器件的原理及应用
光无源器件的原理及应用概述光无源器件是指在光通信系统中不需要能量供给而能够实现光信号的传输和处理的器件。
这些器件主要包括光纤、光耦合器、光分路器和光合器等。
本文将介绍光无源器件的原理和应用。
光纤光纤是光通信系统的核心组成部分。
它通过将光信号以光的全内反射方式在高纯度的玻璃/塑料纤维中传输。
光纤有着很低的损耗和高的带宽能力，也是目前最主要的传输媒介之一。
光纤的原理光纤的工作原理基于光的光束泄漏现象，即当光束从一种介质射入另一种折射率较低的介质中时，光束会不断发生反射并沿着光纤内部进行传输。
光纤的核心由折射率较高的材料组成，以便在传输过程中最小化信号的损耗。
光纤的应用光纤广泛应用于长距离通信和局域网等领域。
其高带宽和低损耗的特点使得它成为传输大量数据的理想选择。
此外，光纤还应用于医疗设备、光纤传感器和光纤显示等领域。
光耦合器光耦合器是一种用于将光信号从一个光纤耦合到另一个光纤的器件。
它广泛应用于光通信系统中，可以实现信号的分配、处理和路由等功能。
光耦合器的原理光耦合器的原理基于波导模式之间的耦合。
当光信号从一个波导模式传输到另一个波导模式时，通过适当设计导波结构，可以实现高效的能量转移。
光耦合器的设计可以根据具体的应用需求进行调整，以实现不同的功能。
光耦合器的应用光耦合器广泛应用于光网络中的信号分配和路由。
在光通信系统中，光耦合器可以用于将信号从主干光纤耦合到分支光纤或从分支光纤耦合到接收器等。
此外，光耦合器还可以应用于光传感器和光存储等领域。
光分路器光分路器是一种可以将入射光信号分为两个或多个输出通道的器件。
它常用于光网络中的信号分配和选择。
光分路器的原理光分路器的原理基于多模干涉。
当光信号通过光分路器时，不同波长的光信号会按照特定的光学路径进行干涉，从而实现光的分路。
根据光分路器的设计，可以实现不同的分路比例和带宽。
光分路器的应用光分路器广泛应用于光通信系统中的信号分配和选择。
光分路器可以将光信号分为不同的通道，实现多路复用和分布式传输。
光通信：第04章常用光无源器
光隔离器的应用场景
光隔离器是一种用于防止光信 号反方向传输的无源器件，主 要用于光纤放大器和激光雷达 等光通信系统。
在光纤放大器中，光隔离器可 以防止反向传输的光信号对放 大器的工作产生干扰，提高系 统的稳定性。
在激光雷达中，光隔离器可以 防止反向传输的光信号对激光 源的工作产生干扰，提高系统 的测量精度。
光通信第04章常用光无源器
contents
目录
• 光无源器件概述 • 常用光无源器件 • 光无源器件的工作原理 • 光无源器件的应用场景 • 光无源器件的挑战与解决方案
01 光无源器件概述
定义与分类
定义
光无源器件是指那些在光通信网络中 ，不需要外部电源直接驱动，只起到 传输、控制或变换光信号作用的器件 。
光衰减器的工作原理
光衰减器是一种用于降低光信号 强度的器件，它可以通过吸收或 散射等方式将光信号能量损耗掉
一部分。
光衰减器通常由光学玻璃、陶瓷 等材料制成，其结构可分为均匀
损耗和渐变损耗两种类型。
光衰减器在光通信系统中主要用 于调整光信号的功率、测试光路 的损耗以及保护光接收器件等。
光分路器的工作原理
光环形器的应用场景
光环形器是一种用于实现光信 号环形传输的无源器件，主要 用于光纤传感和激光雷达等光
通信系统。
在光纤传感中，光环形器可 以将多个传感光纤环形连接 在一起，实现多点同时测量
和数据采集。
在激光雷达中，光环形器可以 将多路激光信号环形连接在一 起，实现多目标同时测量的功
能。
05 光无源器件的挑战与解决 方案
应用
WDM系统等领域。
03 光无源器件的工作原理
光纤连接器的工作原理
光纤连接器是用于连接两根光纤的器件，通过精确对准光纤的纤芯和包层，实现光 信号的传输。
光无源器件
对于宽谱源或ASE光源而言，波谱稳定度是一个关键参数，波谱稳定度是比积分功率稳定度更严格、更有意 义的参数，它表征宽谱源在一段时间内波谱峰峰值变化的最大值。由于宽谱源一般配合光谱仪或波长计之类器的材料大致决定了功率计的整体性能，一般有Ge、Si、InGaAs等材料的探测器，除此之外还有 一种低偏振反映度(PDR)探测器，这种探测器是在InGaAs探测器的基础上添加一些材料使得其对PDL非常不敏感， 所以很适合用于PDL的测试。
该方法是很多器件生产厂商常用的，优点是非常方便，如果功率计端采用裸光纤适配器，则只需5次切纤、2 次熔纤(回损采用比较法测试)便可完成插损、回损及偏振相关损耗的测试。但是这种测试方法却有严重的缺点： 由于偏振控制器采用随机扫描Poincare球面方法测试偏振相关损耗，无需做测试参考，所以系统测得的PDL实际 上是偏振控制器输出端到光功率计输入端之间链路上的综合PDL值。由于回损仪中的耦合器等无源器件以及回损 仪APC的光口自身都有不小的PDL，仅APC光口PDL值就有约0.007dB，且PDL相加并不成立，所以PDL测试值系统误 差较大，测试的重复性和可靠性都不理想，所以这种方法不是值得推荐的方法。改进测试方法见图2所示。
把光纤接头连接在一起，从而使光纤接通的器件称为转换器，转换器俗称法兰盘。在CATV系统中用得最多的 是FC型连接器；SC型连接器因使用方便、价格低廉，可以密集安装等优点，应用前景也不错，除此地外，ST型连 接器也有一定数量的应用。
光纤通信基本知识-无源器件X
15
无源器件
耦合器
以图1形表示
1
2
4
3
图1
16
4.2
耦合器的功能是把一个输入的光信号分配给多个输出， 或把多个输入的光信号组合成一个输出。这种器件对光纤线 路的影响主要是附加插入损耗，还有一定的反射和串扰噪声 耦合器大多与波长无关，与波长相关的耦合器专称为波分复 用器/解复用器。
BICONIC Type
D4 Type
SMA 905 Type
SMA 906 Type
MINI BNC Type
6
连接头端面类型
Ferrule + Flange
Insertion Loss(插入损耗) <0.3dB Return Loss(回波损耗)
PC>40dB SPC>45dB
UPC>50dB APC>60dB
1. 耦合器类型 p94 图2给出常用耦合器的类型，它们各具不同的功能和用途。 T形耦合器这是一种2×2的3端耦合器，其功能是把一根 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。
17
…
…
T形
星形
(a)
(b )
1
2
1
2
1＋2＋N
…
4
3
N
定向
波分
(c)
式中，L为耦合器有效作用长度，Cλ为取决于光纤参数和 光波长的耦合系数。
设特定波长为λ1和λ2，选择光纤参数，调整有效作用长度， 使得当光纤a的输出Pa(λ1)最大时，光纤b的输出Pb(λ1)=0；当 Pa(λ2)=0时，Pb(λ2)最大。对于λ1和λ2分别为1.3μm和1.55μm的 光纤型解复用器，可以做到附加损耗为0.5 dB，波长隔离度大 于20 dB。
光纤通信用新型光无源器件
光纤通信用新型光无源器件光纤通信是一种高速、远距离传输数据的先进技术，其中最为关键的因素是光无源器件。
光无源器件是指在光通信中不需要任何主动或外部能量驱动的光学器件。
光无源器件具有光学透明度高、传输损失小、光学干扰小等优点，广泛应用于光网络、光纤传感器、光存储等领域。
随着科技的发展，新型光无源器件也得到了广泛研究和应用。
一、新型光无源器件概述新型光无源器件是指近年来光通信技术和材料技术的发展所推动的新型光无源器件。
这些器件具有光学性能更优、光纤通信能力更强、成本更低等特点。
目前，在新型光无源器件方面，最具有前景的研究方向有：1. 高效能光器件研究：如利用微纳技术制备高品质硅基光器件，制备更具有可靠性和成本优势的纳米光器件。
2. 光纤泵浦技术研究：光纤泵浦技术是光无源器件中的一项重要技术，它可以实现高功率、高效率的光放大器和激光器等器件。
3. 新型光纤材料研究：新型光纤材料具有更广泛的光谱响应、更高的抗干扰能力、更大的带宽等特点，可以扩展光纤通信的传输容量和传输距离。
二、新型光无源器件的应用领域新型光无源器件是光通信技术的重要组成部分，它在科学研究、医疗、工业制造、国防等领域都有着广泛的应用。
1. 光网络：新型光无源器件可以有效地提高光网络的传输质量和稳定性，使其更加可靠。
2. 光纤传感器：新型的光无源器件可以应用于各种光纤传感器、特别是温度和应力传感器。
3. 光存储：新型光无源器件也可以应用于光存储器件，以实现更高密度的存储和更快的读写速度。
4. 医疗：新型光无源器件应用于医疗器械中，可以提高医疗诊断和治疗的可靠性和精度。
5. 国防：新型光无源器件在国防领域中的应用，包括光纤通信、光纤传感器、高性能光放大器等方面，可以有效提高军事通信的保密性。
三、新型光无源器件的研究现状当前，新型光无源器件研究正处于高速发展期，主要涉及器件结构设计、材料制备、光学特性测试等方面。
在器件设计方面，国内多家单位正在进行研究，采用多种方法优化器件的结构和性能；在材料制备方面，利用新型材料和制备技术进行研究和应用；在光学特性测试方面，采用更加高效的测量方法和测试设备等。
浅谈光纤通信有源器件与无源器件
浅谈光纤通信有源器件与无源器件任课教师学院班级姓名学号日期2016年05月18日目录1 引言 (1)2光有源器件 (1)2.1 光有源器件简介 (1)2.2 光纤激光器 (1)2.3光纤放大器 (3)2.4 全光波长变换器 (4)2.5光检测器 (4)3 光无源器件 (5)3.1 光无源器件简介 (5)3.2 光纤活动连接器 (6)3.3 跳线 (6)3.4 转换器 (7)3.5 变换器 (8)3.6光纤活动连接器的表征指标 (9)3.6.1插入损耗 (9)3.6.2回波损耗 (9)3.6.3重复性 (10)3.6.4互换性 (10)3.7光分路器 (10)3.8光衰减器 (12)3.9光隔离器 (14)3.10光开关 (15)3.11波分复用器 (15)3.12光接头盒、光配线箱、光终端盒 (15)结语 (16)参考文献 (16)1引言在光纤通讯行业，光纤系统中所用到的各种器件称为光器件。
而光器件简单来说分为有源光器件与无源光器件两种。
有源光器件也称光有源器件，无源光器件也称光无源器件。
光有源和无源器件都有如下产品：●有源光器件：定义是在光通信系统中能产生或接收光信号的器件。
可以简单的认为有源光器件是需要接上电源才能工作的。
比如：光纤收发器（"纤亿通"自主生产），光接收机，光源，光端机，光功率计等。
●无源光器件：定义是在光通信系统中不能产生或接收光信号的器件。
可以简单的认为无源光器件是不需要接上电源就能够工作的。
比如：光纤连接器，光纤适配器，光纤衰减器，光纤终结器，密集波分复用器（DWDM），粗波分复用器（CWDM），光纤耦合器，光开光，光纤准直器，光隔离器,平面波导光分路器（PLCS）等等。
2光有源器件2.1光有源器件简介光有源器件是光纤通信重要的核心器件之一，受到人们普遍的重视和关注。
目前光纤通信领域应用的光有源器件主要有光源(量子阱激光器(QWLD)，垂直腔面发射激光器(VCSEI.),量子点激光器(QDI,D)、多波长激光器等)，光探测器(光电子二极管(PD)、雪崩光电二极管(APD)等)，光调制器(妮酸锉(LiNb03)调制器等。
光纤通信原理第五章1 无源光器件和WDM技术
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
浅谈光纤通信中无源器件
浅谈光纤通信中无源器件浅谈光纤通信中无源器件摘要：本文主要是对光纤通信中所使用的无源器件，例如各类连接器，定向耦合器，光开关，光衰减器，光隔离器，对其在结构，功能，特性上做简单的介绍。
关键词：光纤通信技术光无源器件近年来随着传输技术和交换技术的不断进步，核心网已经基本实现了光纤化、数字化和宽带化。
随着业务的迅速增长和多媒体业务的日益丰富，使得用户住宅网的业务需求也不只局限于原来的语音业务，数据和多媒体业务的需求已经成为不可阻挡的趋势，现有的接人网越来越成为制约信息高速公路建设的瓶颈，成为发展宽带综合业务数字网的障碍。
光电子技术的迅速发展，已渗入到信息技术领域的各个方面，如超大容量信息流传输；多媒体宽带综合服务的信息交换互连网络；高密度信息量存储；信息的超快实时处理；信息的获取读出和显示等。
要构建一个完整光纤广播传输系统，除了需要高质量的光纤以外，还需要多种有源光器件和无源光器件。
特别是无源光器件，这些不用电源的无源光器件，对光纤广播传输系统的构成，功能的扩展或性能的提高是不可缺少的，它是构成光纤传输系统的重要部分。
从结构上来讲，光无源器件主要分为体块型、全光纤型和导波型。
体块型：是用分立元件组成的，也称为分立元件型。
如：在玻璃片上镀吸收材料制成光衰减器；在玻璃片两面镀高反射膜制成光滤波器；用闪耀光栅制成光波分复用/解复用器；等等。
全光纤型：由光纤做成，如直接耦合式光纤连接器、光纤方向耦合器、星型耦合器、光纤滤波器等。
制作中用到光纤的切割、熔融、拉伸，光纤端面的研磨、抛光、镀膜等工艺。
在这类元件中需要用一些金属或介质材料，但那仅是作为结构或封装零件而不介入光路。
光波导型：用平面或带状介质光波导构成，多用钛（Ti）扩散的铌酸锂）波导。
光波导的不同形式：(a)直波导；(b)S型弯曲；?Y型分支；(d)M-Z （LiNbO3干涉型；(e)定向耦合型；(f)X型分支。
1 光纤连接器光纤连接器又称光纤活动连接器——俗称活接头。
光无源器件的技术分析
光无源器件的技术分析光无源器件是光通信系统中的重要组成部分，主要用于光信号的传输和调制。
它是指光电转换过程中没有能量输入的器件，也就是没有外部电源的驱动。
1. 光传输技术：光无源器件中最基本的技术就是光传输技术。
光传输技术是指通过光纤等传输介质将光信号从一个地方传输到另一个地方。
目前广泛应用的光纤传输技术主要包括多模光纤传输和单模光纤传输两种。
多模光纤传输适用于短距离传输，而单模光纤传输适用于长距离传输。
2. 光调制技术：光调制技术是指通过改变光信号的某些参数来传输信息的技术。
主要有强度调制、相位调制和频率调制等几种方式。
强度调制是最常用的一种方式，利用光源的亮度进行调制。
相位调制则是通过改变光信号的相位来进行调制，频率调制则是通过改变光信号的频率来进行调制。
3. 光转换技术：光无源器件还需要将光信号转换为电信号或者其他形式的信号。
光转换技术包括光电转换和光声转换等，主要是通过光电二极管、光电倍增管等光电器件来实现。
4. 光谱分析技术：光谱分析技术是光无源器件中的重要技术之一。
光谱分析用于研究光的频率、波长和强度等参数，以及光之间的相互作用和传输等。
光谱分析技术可以通过光谱仪等仪器来实现。
5. 光学隔离技术：光无源器件中常常需要采用光学隔离技术来实现对光信号的分离和隔离。
光学隔离技术可以在不同波长光之间实现光学耦合和隔离，同时能显著降低光学噪声和交叉干扰。
光无源器件的技术分析主要包括光传输技术、光调制技术、光转换技术、光谱分析技术和光学隔离技术等方面。
这些技术在光通信系统中起到关键的作用，能够实现光信号的传输和调制，并将光信号转换为电信号或其他形式的信号。
光无源器件概述
类型：无源、有源
无源器件主要包括：光连接器、光衰减器、光耦合器、光 波分复用/解复用器、隔离器、环行器、滤波器、光调制器、 光开光等。
有源器件主要包括：激光器、光探测器、光放大器等。
3
光纤无源器件技术
4
无源器件功能
光无源器件是一种能量消耗型器件，主要功能是对信号或能 量进行连接、合成、分叉、转换以及有目的的衰减等，在光纤通 信系统以及各类光纤传感系统中是必不可少的重要器件。
光纤无源及有源器件 技术及应用
1
主要内容：
光纤无源器件技术
光纤光栅、滤波器、调制器等
光纤放大器技术
掺铒光纤放大器、拉曼放大器等
光纤激光器技术
多波长光纤激光器、锁模光纤激光器、单频 光纤激光器等
2
光器件
用途:
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。
光波分复用器和解复用器是WDM光纤通信系统中 的关键部件。
25
熔锥光纤型波分复用器结构和特性
P P1
P2
0
1 2
26
1 2 3
1+ 2+ 3
光纤
透镜
光栅
衍射光栅型波分复用器结构示意图
27
光纤
1 2 3
1+ 2+ 3
棒透镜 光栅
采用棒透镜的光栅型WDM
28
光波导
开角
(a)
波导型波分解复用器
1.3 mm
19
光纤耦合器的技术参数
(6) 工作波长范围
光通信无源器件技术
随着人工智能和机器学习技术的发展，智能化技术在光通信无源器件中 的应用逐渐增多。例如，通过机器学习算法优化器件性能、预测器件寿 命等。
未来发展前景与展望
高带宽、低损耗
随着通信速率的不断提升，光通信无源器件将朝着高带宽、低损耗的方向发展。这将有助 于提高光通信系统的传输效率和可靠性。
小型化、集成化
具有较强实力和市场份额。
这些厂商主要提供光分路器、光 耦合器、光隔离器等光通信无源
器件产品。
此外，还有一些专业从事光通信 无源器件研发和生产的小型厂商。
市场竞争格局
华为、中兴通讯、爱立信等大 型通信设备厂商在光通信无源 器件市场上占据主导地位。
这些厂商通过技术创新、规模 效应和品牌优势，不断提高市 场份额和竞争力。
隔离度
插入损耗是指光通信无源器件引入的光信 号损失。较低的插入损耗可以提高信号传 输质量和降低系统能耗。
隔离度用于衡量光通信无源器件对不同光 信号的隔离能力。较高的隔离度可以降低 信号串扰和噪声干扰。
带宽
稳定性
带宽是指光通信无源器件的工作频率范围 。较宽的带宽可以提高光通信系统的传输 速率和容量。
稳定性是指光通信无源器件在工作过程中 性能参数的变化情况。良好的稳定性可以 提高光通信系统的可靠性和稳定性。
03
光通信无源器件的应用场景
长距离通信网络
总结词
长距离通信网络是光通信无源器件技术的重要应用领域，主要用于骨干网、核心网等高速、大容量的 信息传输。
详细描述
在长距离通信网络中，光通信无源器件如光分路器、光耦合器等用于实现光信号的分路和合路，延长 传输距离并提高传输容量。此外，光衰减器、光隔离器等器件也用于调节光信号的强度和防止光信号 的反射。
光无源器件浅析
摘要：主要介绍了应用于光纤通信中的各种光无源器件的种类、作用、原理和技术指标，并对部分主要的光无源器件有较深入的分析和工艺考虑，如光纤光缆活动连接器、光衰减器、光开关、波分复用器等，较为详细地介绍了这些光无源器件的特点及用途。
关键字：光纤通信光无源器件种类作用原理技术指标光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。
具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点，广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等。
相对于光电器件，如半导体激光器、发光二极管、光电二极管以及光纤放大器等光“有源器件”而言，这一类本身不发光、不放大、不产生光电转换的光学器件，常被称之为光“无源器件”。
一、光无源器件原理、作用及指标它是一种光学元器件，其工艺原理遵守光学的基本规律及光线理论和电磁波理论、各项技术指标、多种计算公式和各种测试方法，与纤维光学、集成光学息息相关；因此它与电无源器件有本质的区别。
光无源器件的种类繁多，功能及形式各异，但在光纤通信网络里是一种使用性很强的不可缺少的器件。
主要的无源器件有光纤连接器、光缆连接器、光纤耦合器、光开关、光复用器（合波器和分波器）、光分路器、光隔离器、光衰耗器、光滤波器，等等＜它的作用概括起来主要是：连接光波导或光路；控制光的传播方向；控制光功率的分配；控制光波导之间、器件之间和光波导与器件之间的光耦合；以及合波和分波等作用。
评价光无源器件的主要技术指标包括：插入损耗、反射损耗、工作带宽、带内起伏、功率分配误差、波长隔离度、信道隔离度、信道宽度、消光比、开关速度、调制速度等等。
不同的器件要求有不同性质的技术指标。
但是，绝大多数的光无源器件都要求插入损耗低、反射损耗高、工作带宽宽等。
二、光无源器件种类（一）光纤光缆活动连接器1.含义即原理应用光纤光缆活动连接器是连接两根光纤光缆形成连续光通路且可以重复装拆的无源器件；它还具有将光纤光缆与有源器件，光纤光缆与其他无源器件，光纤光缆与系统和仪表进行活动连接的功能。
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浅谈光纤通信中无源器件摘要：本文主要是对光纤通信中所使用的无源器件，例如各类连接器，定向耦合器，光开关，光衰减器，光隔离器，对其在结构，功能，特性上做简单的介绍。
关键词：光纤通信技术光无源器件近年来随着传输技术和交换技术的不断进步，核心网已经基本实现了光纤化、数字化和宽带化。
随着业务的迅速增长和多媒体业务的日益丰富，使得用户住宅网的业务需求也不只局限于原来的语音业务，数据和多媒体业务的需求已经成为不可阻挡的趋势，现有的接人网越来越成为制约信息高速公路建设的瓶颈，成为发展宽带综合业务数字网的障碍。
光电子技术的迅速发展，已渗入到信息技术领域的各个方面，如超大容量信息流传输；多媒体宽带综合服务的信息交换互连网络；高密度信息量存储；信息的超快实时处理；信息的获取读出和显示等。
要构建一个完整光纤广播传输系统，除了需要高质量的光纤以外，还需要多种有源光器件和无源光器件。
特别是无源光器件，这些不用电源的无源光器件，对光纤广播传输系统的构成，功能的扩展或性能的提高是不可缺少的，它是构成光纤传输系统的重要部分。
从结构上来讲，光无源器件主要分为体块型、全光纤型和导波型。
体块型：是用分立元件组成的，也称为分立元件型。
如：在玻璃片上镀吸收材料制成光衰减器；在玻璃片两面镀高反射膜制成光滤波器；用闪耀光栅制成光波分复用/解复用器；等等。
全光纤型：由光纤做成，如直接耦合式光纤连接器、光纤方向耦合器、星型耦合器、光纤滤波器等。
制作中用到光纤的切割、熔融、拉伸，光纤端面的研磨、抛光、镀膜等工艺。
在这类元件中需要用一些金属或介质材料，但那仅是作为结构或封装零件而不介入光路。
光波导型：用平面或带状介质光波导构成，多用钛（Ti）扩散的铌酸锂）波导。
光波导的不同形式：(a)直波导；(b)S型弯曲；©Y型分支；(d)M-Z （LiNbO3干涉型；(e)定向耦合型；(f)X型分支。
1 光纤连接器光纤连接器又称光纤活动连接器——俗称活接头。
它是广播传输系统中使用最多的器件。
主要作用是将需要连接起来的单根或多根光纤芯端面相互对准、贴紧、并能够多次使用。
1．1 光纤连接器的类型光纤连接器按传输媒介的不同可分为单模光纤连接器和多模光纤连接器；按结构的不同可分为FC、SC、ST、MU、LC、MT等各种形式；按连接器的插针端面形式可分为FC、PC(UPC)和APC；按光纤芯数可分为单芯、多芯。
对接耦合式（近场型）和透镜耦合式（远场型）。
1．2 光纤连接器的结构及原理(1)结构：光纤连接是由两个配合插头(插针体)和一个耦合管(珐琅盘)三部分组成。
两个插头装进两根光纤尾端，耦合管起对准套管的作用。
(2)原理：通过光纤连接器，将光纤穿入并固定在插针中，在耦合管中实现对准。
插针的外组件采用金属或非金属的材料制作。
插针的对接端必须进行研磨处理，另一端通常采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软缆以释放应力。
耦合管一般是由陶瓷，青铜等材料制成的两个合成的、紧固的圆筒形构件做成的，多配有金属或塑料的珐琅盘，以便于连接器的安装固定。
为尽量精确地对准光纤，对插针和耦合管的加工精度要求很高。
1．3 常见光纤连接器1．FC型光纤连接器在光纤广播传输系统中，用的最多的连接器，就是FC型连接器一圆形带螺纹。
它的外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。
常用的FC型连接器中，两根光纤分别被固定在毛细管部件的轴心处，前部和毛细管一起被磨平抛光，且与轴线垂直，然后插入套管的孑L内，依靠套筒的高精度圆筒外面与接续插头的开缝套管的内面为基准来实现轴心的对准和两根光纤的紧密接触，保证相连两根光纤具有最小的横向错位和角度倾斜，并利用螺扣来紧固。
但要注意使用FC连接器前，接头端面和套筒孔内非常清洁，并要注意对准定位销。
2．LC型连接器LC型连接器采用操作方便的模块化插孔闩锁机理制成。
其所采用的插针和套筒的尺寸是普通Fc所用尺寸的一半，为1．25ram，这样可以提高光配线架中光纤连接器的密度。
3．SC型连接器sc型连接器其外壳呈矩形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与Fc型完全相同，其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式，紧固方式采用插拔销闩式，不需要旋转。
sc型连接器，价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。
4．sT型光纤连接器sT型光纤连接器其外壳呈圆形，采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与Fc型连接器完全相同，插针的端面多采用PC型或APC型研磨方式，紧固方式为螺丝扣。
它适用于各种光纤网络，操作简便，并且具有良好的互换性。
5.透镜耦合式光纤连接器透镜可分两大类：厚度分布和折射率指数分布。
厚度分布是透镜的厚度随离开光轴的距离而变化的透镜；如球或柱透镜。
折射率指数分布是透镜的折射率指数随离开光轴的距离而变化的透镜；如自聚焦棒透镜。
2．1 可变光衰减器的结构及原理(1)结构：可变光衰减器是由透镜、步进衰减圆盘、连续可调衰减片组成。
其中，光衰减片可调整旋转角度，改变反射光与透射光比例来改变光衰减的大小。
可变衰减器带有光纤连接器，通常是分档进行衰减的，改变金属发膜厚度，也可以让衰减量连续变化，衰减范围可达60dB以上，精度达0．1dB。
(2)原理：光纤输入的光经自聚焦透镜变成平行光束，平行光束经过衰减片再送到自聚焦透镜耦合到输出光纤中去，衰减片通常是表面蒸镀了金属吸收膜的玻璃基片，为减小反射光，衰减片与光轴可以倾斜放置。
2．2 固定光衰减器同定光衰减器通过吸收一部分光信号，产生衰减作用。
它在光线轴线上设置半透明的掺杂化合物即衰减膜，在一定的光带内，光在吸收带内被吸收，产生衰减。
同定光衰减器造成的功率衰减值是固定不变的，一般用于调节传输线路中某一区间的损耗。
3 光耦合器光耦合器又称光定向耦合器，是对光信号实现分路、合路、插人和分配的无源光器件。
定向耦合器有多种形态，但最基本的是四端口定向耦合器，它是由两根光纤熔融做成的四端口定向耦合器。
除了四端口定向耦合器外，在分配网络中还会用到多端口定向耦合器，其端口数可以是1×Ⅳ，也可以是NXN。
一般将l×N 耦合器称为树形耦合器，而将N×N耦合器称为星形耦合器。
定向耦合器的参数有插入损耗、隔离度、分光比等。
光纤耦合器的技术指标：插入损耗、分光比与隔离度。
插入损耗：P12为输入光功率；P3、P4为输出光功率，插入损耗L12=10lg[P12/(P3+P4)](dB)分光比：既为光功率分配比ξ= P3/ P4隔离度：既反射信号的大小I=10lg[(P3+P4)/P12](dB)4 光隔离器光隔离器是保证光信号只能正向传输的无源光器件。
用以避免光通路中，由于种种原因而产生的反射光再次进入光源，而使光源工作不稳定，影响其性能。
1．光隔离器的组成光隔离器主要由起偏器、法拉第旋转器和检偏器组成。
(1)起偏器的特点是当入射光进入起偏器时，输出光束变成某一形式的偏振光，起偏器有一个透光轴，当光的偏正方向与透光轴完全一致时，则光全部通过。
(2)法拉第旋转器作用是借助磁光效应，使通过它的光的偏振状态发生一定程度的旋转。
(3)检偏器和起偏器是完全相同的器件，只是起的作用不同，检偏器则用来检测一束光是否是偏振光。
2．光隔离器的基本原理在光隔离器中，起偏器和检偏器的透光轴成45。
对于正向入射的信号光，通过起偏器后成为线偏振光，法拉第旋磁介质与外磁场一起使信号光的偏振方向右旋45。
，并恰好低损耗通过与起偏器成45。
放置的检偏器。
对于反向光，出检偏器以后线偏振光经过旋转介质时，偏振方向再旋转45。
，从而使反向光的偏振方向刚好与起偏器方向正交，阻断了反向光的传输。
可见，光隔离器是一种非互易的光器件，它许正方向传播的光通过，却不允许反向传播的光通过。
5 光开关光开关可以实现光束在时间、空间、波长上的切换，在光网络中有许多应用场合，是光通信、光计算机、光信息处理等光信息系统的关键器件之一。
广义上来说．光开关可以分为两个类型：干涉仪型和非干涉仪型。
干涉仪型依赖于光路之中的相位关系，通过普克尔(Pockels)效应或热效应一般就可以达到相位控制。
这类器件对环境非常敏感,尤其是对环境温度。
它们对控制信号有循环响应，这些控制信号通常需要对光输出进行监视，亦即反馈以维持所要求的状态。
方向耦合器就是典型的干涉仪型开关。
非干涉仪型可用多种多样的方式制成。
它们对偏振、波长、温度和其他影响的敏感性低于干涉仪型器件，要控制这些影响很困难。
对于非干涉仪型开关，开关功能的动态范围(或开关比)可以非常高。
而干涉仪型开关中的动态范围．则依赖于干涉束的光功率的精确平衡，而且通常精度较低并较难保持。
3．1 非干涉仪型开关。
3．1．1 微机械开关光开关是宽带光纤通讯系统中的重要器件．而基于微机电系统(MEMS)技术加工的二维阵列光开关更是一种很有前景的器件。
这种二维阵列光开关在平面上布置有Ⅳ×Ⅳ个微镜．每个微镜具有切入光路f反射)和离开光路两种位置状态。
光开关与两组Ⅳ根光纤相连，分别作为入射端和出射端。
当微镜(D位于反射位置时，由第i根光纤入射的光束经过微镜反射后由第根光纤射出，从而实现光路的选择。
尽管率先将MEMS光开关商用化的OMM公司在2003年3月因最后获得资金的希望破灭而暂时关闭，2002年Onix倒闭，IMMI转向以及2001年Xros被Nortel收购，目前仍有不少机构(包括Dicon、Luncent、Jdsu、Nortel等)在进行MEMS光开关的应用开发。
2o01年7月．OMM公司的二维MEMS光开关通过Telcordia(GR一1073一Core)可靠性测试，工作3 800万次无一失效．消除了人们对MEMS技术可靠性的疑虑嘲。
3．1．2 光机型开关光机型开关通过光束路径的实际位移而路由光线。
这些开关有赖于机械驱动，诸如电子继电器、步进电机和压电元件等。
光机型开关可提供性能卓越的光学参数，诸如损耗、串扰、色散和其他的光谱与偏振相关性等。
其他的技术竞争仅仅在尺寸、开关速度和可靠性等问题上。
3. 1．3 液晶光开关液晶光开关是利用液晶材料的电光效应。
偏振光经过未加电压的液晶后，其偏振态将发生90。
改变；而经过施加了一定电压的液晶时，其偏振态将保持不变，前后加两正交偏振片实现光路通断。
现在已有技术使铁电液晶光开关的切换时间达到l ms以下，其典型插入损耗也优于l dB。
预计液晶光开关在网络自愈保护应用中将大有发展。
CIR公司的一份报告指出．液晶光开关的市场在2005年可达1．993亿美元。
理论上，液晶光开关的规模可以做得非常大，但在现实中似乎很难实现。
Coming公司和ChorumTech公司都宣布已做出40~40端口的液晶光开关。
3．2．1普克尔效应开关干涉仪型光开关主要指马赫一曾德干涉仪型(MZI)。