2019-无源器件1
无源器件
相关区别
有源器件与无源器件的区别
不依靠外加电源（直流或交流）的存在就能独立表现出其外特性的器件就ห้องสมุดไป่ตู้无源器件。之外就是有源器件。 所谓“外特性”就是描述器件的某种关系量,尽管是使用了电压或电流,电场或磁场压力或速度等等量来描述其关 系。
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无源器件
微波射频器件种类之一
01 器件种类
03 发展方向
目录
02 主要设备 04 相关区别
无源器件是微波射频器件中重要的一类，在微波技术中占有非常重要的地位。无源器件主要包括电阻，电容， 电感，转换器，渐变器，匹配络，谐振器，滤波器，混频器和开关等。
器件种类
种类简介 电阻器
电容器 电感器
无源器件主要包括电阻，电容，电感，转换器，渐变器，匹配络，谐振器，滤波器，混频器和开关等。在不 需要外加电源的条件下，就可以显示其特性的电子元件。无源元件主要是电阻类、电感类和电容类器件，它们的 共同特点是在电路中无需加电源即可在有信号时工作。
无源器件电流通过导体时，导体内阻阻碍电流的性质称为电阻。在电路中起阻流作用的元器件称为电阻器， 简称电阻。电阻器的主要用途是降压、分压或分流，在一些特殊电路中用作负载、反馈、耦合、隔离等。
电阻在电路图中的符号为字母R。电阻的标准单位为欧姆，记作Ω。常用的还有千欧KΩ，兆欧MΩ。 IKΩ=1000Ω 1MΩ=1000KΩ
2.小型化。无线产业追求的更小型化和更轻量化要求无源器件向更小型的方向发展。主要使用微电子机械系 统（MEMS）使射频元件尺寸更小，成本更低，功能更为强大，并且更利于集成。
3.封装效应。通常用的表面安装无源元件相比，将元件集成于封装内可以有效的提高系统的可靠性，缩短导 电通路，降低寄生效应，降低成本且减小器件尺寸。
无源器件和有源器件概念及常见分类技术
无源器件和有源器件概念及常见分类天缘博客有硬件应用这个栏目,但是很少有硬件知识总结,今天再来一篇,不知道天缘网友有多少做过硬件设计的,当然了硬件里还分数字和模拟,在大公司里还要细分,比如模拟还分高低频､前端后端模块､布板等,数字还分DSP､逻辑CPLD等等,实际上硬件比软件更有意思,对硬件感兴趣的网友可以看看,天缘博客今后一段时间仍会以系统､软件应用为重点,穿插一些硬件基础文章,必要的时候,也会跟网友一同关注硬件设计｡天缘之前写过一篇关于dB知识的文章《dB､dBm､dBc､dBi､dBd 单位的区别与比较》,本文似乎算是第二篇纯硬件类,从整体上介绍一下硬件器件的常见分类:有源和无源知识｡一､无源器件和有源器件概念无源器件(Passive Device)是指工作时不需要外部能量源(Source Energy)的器件｡有源器件(Active Device)则是指工作时需要外部能量源(Source Energy)的器件,该器件有个输出,并且是输入信号的一个函数｡备注:1､有源器件和无源器件都是翻译名称,实际上从英文名称更好理解,Active表示活跃､主动､可变之意,而Passive器件则有被动､消极等意思｡2､以上说的能量源并不只是指电源,也可能指光､波等,都是天缘根据自己理解下的定义,跟网上的一些说法可能有所出入｡二､常见有源器件分立器件:LED二极管(LED)､三极管(Transistor)､场效应管(Field Effective Transistor,FET)､可控硅(SCR)等｡模拟集成电路:模拟乘法器(Analog multiplier)､模拟除法器(Analog divider)､模拟开关(Analog Switches)､比较器(Comparator)､控制电源(Controlled Power)､指数放大器(Index Amplifier)､集成运放(Integrated Operational Amplifier)､对数放大器(Logarithmic Amplifier)､稳压器(Regulators)､功率放大器(Power Amplifier,PA)､锁相环(Phase Lock Loop,PLL)､发射器(Transmitter)､波形发生器(Waveform Generator)等｡数字集成电路:编码器(Encoder)､比较器(Comparator)､计数器(Counter)､译码器(Decoder)､驱动器(Driver)､逻辑门(Logic Gate)､触发器(Trigger)､寄存器(Register)､可编程逻辑器件(PLD)､单片机(Single-Chip Microcomputer ,SCM)､DSP(Digital Signal Processor,DSP)等｡三､常见无源器件电路器件:蜂鸣器(Buzzer)､电容(Capacitor)､理想二极管(Diode)､电阻器(Resistor)､电感(Inductor)､按键(Key)､无源滤波器(Passive Filter)､排阻(Resistor Arrays)､继电器(Relay)､变压器(Transformer)､扬声器(Speaker)､开关(Switch)等｡连接器件:连接器(Connector)､电线电缆(Wire)､光纤(Optical Fiber)､印刷电路板(PCB)､插座(Socket)等｡四､补充微波类有源和无源器件微波有源器件有:低噪放､移相器､混频器､倍频器､有源滤波器等｡微波无源器件有:隔离器､双工器､环行器､耦合器､滤波器､避雷器､功分器､合路器､功率负载等｡——由于职业､专业关系,光器件类除了普通的收发模块和单多模光纤､传输距离等几个概念,其它的暂时了解不多,如幸遇到光学专业的网友欢迎赐教｡。
半导体集成电路05无源器件
WR，min
|
W
| |
|
10m
2019/11/5
11
PA，max 5106W / m2
电阻单位面积的功耗为：PA
I 2RS W2
WR，min IMAX
RS PA，MAX
2019/11/5
12
•基区沟道电阻
n
氧化膜
N型扩散层
p
n+
n
夹层电阻区域
n
耗尽层 （反向偏压）
夹层电阻 （RF=2-10K/ )
2019/11/5
5
•基区扩散电阻
氧化膜
p
P型扩散层 （电阻）
n
2019/11/5
6
L
w
氧化膜
VCC
p
n
P型扩散层 （电阻）
n
基区扩散电阻 （Rs=100-200/ )
L R Rs W
Rs为基区扩散的薄层电阻 L、W为电阻器的长度和宽度
1. 端头修正 2. 拐角修正因子 3. 横向扩散修正因子 4. 薄层电阻值Rs的修正
2019/11/5
18
N型半导体与P型半导体
受主杂质 施主杂质
N型半导体
P型半导体
2019/11/5
19
半导体材料的导电率
E
电子以速度Vd移动
则有: Jn n0qVd (1)
Jn n E (2)
由式(1)、式（2）可得
Vd En
n q 要改变半导体
n
0 n 材料的电导率
半导体 集成电路
2019/11/5
1
集成电阻器 集成电容器
2019/11/5
(2021年整理)无源器件资料
无源器件资料编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（无源器件资料）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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2。
1 无源器件基础知识 (5)2。
1.1 工程常用无源器件 (5)2。
1.2 无源器件的生产工艺要求 (8)2。
1。
3 光器件基本知识 (9)2。
1.4 微带与腔体的区别 (11)2.2 常用器件分类介绍 (11)2.2.1 微带功率分配器 (11)2。
2。
1.1 器件特点 (11)2.2.1.2 器件用途 (12)2。
2。
1.3 器件型号及指标 (13)2.2.2 微带定向耦合器 (16)2.2。
2。
1 器件特点 (16)2。
2。
2.2器件用途 (17)2.2.2.3 器件型号及指标 (18)2.2.3 腔体耦合器 (18)2。
2。
3。
1 器件特点 (18)2。
2。
3.2 器件用途 (19)2。
2.3.3 器件型号及指标 (20)2。
2.4 基站耦合器 (44)2.2。
4.1 器件特点 (44)2.2.4.2 器件用途 (45)2。
2.4。
3 器件型号及指标 (45)2.2。
5 双频合路器 (53)2。
2。
5.1 器件特点 (53)2.2。
5。
2 器件用途 (54)2。
2.5。
3 器件型号及指标 (54)2。
2。
6 腔体功率分配器 (57)2。
2。
6。
1 器件特点 (57)2。
2.6。
2 器件用途 (57)2.2.6。
3 器件型号及指标 (58)2.2.7 3dB电桥 (61)2.2。
7.1 器件特点 (61)2。
2。
7.2 器件用途 (61)2。
2.7。
3 器件型号及指标 (62)2。
(完整word)无源器件资料
2.1 无源器件基础知识 (4)2.1.1 工程常用无源器件 (4)2.1.2 无源器件的生产工艺要求 (7)2。
1.3 光器件基本知识 (8)2.1。
4 微带与腔体的区别 (9)2.2 常用器件分类介绍 (10)2.2。
1 微带功率分配器 (10)2。
2。
1。
1 器件特点 (10)2.2。
1。
2 器件用途 (10)2.2.1。
3 器件型号及指标 (11)2.2.2 微带定向耦合器 (12)2。
2.2.1 器件特点 (12)2.2.2。
2器件用途 (13)2.2。
2。
3 器件型号及指标 (14)2.2.3 腔体耦合器 (14)2。
2。
3。
1 器件特点 (14)2.2.3.2 器件用途 (15)2.2.3.3 器件型号及指标 (16)2。
2.4 基站耦合器 (39)2.2.4。
1 器件特点 (39)2。
2。
4.2 器件用途 (40)2。
2。
4.3 器件型号及指标 (40)2.2.5 双频合路器 (48)2.2。
5.1 器件特点 (48)2。
2。
5.2 器件用途 (49)2.2.5.3 器件型号及指标 (49)2.2。
6 腔体功率分配器 (52)2.2.6。
1 器件特点 (52)2。
2。
6。
2 器件用途 (52)2。
2.6.3 器件型号及指标 (53)2.2。
7 3dB电桥 (56)2.2。
7。
1 器件特点 (56)2。
2.7。
2 器件用途 (56)2.2.7。
3 器件型号及指标 (57)2。
2。
8 腔体双工器 (59)2.2.8。
1 器件特点 (59)2.2.8.2 器件用途 (60)2。
2。
8。
3 器件型号及指标 (60)2。
2.9 腔体滤波器 (70)2。
2.9。
1 器件特点 (70)2。
2。
9。
2 器件用途 (71)2.2。
9.3 器件型号及指标 (71)2.2.10光器件 (90)2。
2。
10。
1固定光衰减器 (90)2。
2.10.2 光环形器 (91)2.2.10。
3 光隔离器 (92)2.2。
《无源器件介绍》课件
结论
无源器件是电子电路的基础，了解无源器件对于理解电路原理很有帮助。 通过学习无源器件的概念、分类和特点，我们可以更好地应用它们于实际电 路设计中。
匹配网络
无源器件可用于匹配电路的阻抗，提高信号 传输效率。
振荡电路
无源器件可用于构建振荡电路，产生稳定的 振荡信号。
无源器件的优缺点
优点：低噪声，不需要电源，稳定性强
无源器件具有低噪声、不需要外部电源供电以 及稳定性强等优点。
缺点：之前的结果要正确，不提供放 大作用，不能操控能量的流动
无源器件的缺点是对之前的信号结果要求较高， 无法提供放大作用和直接操控能量的流动。
பைடு நூலகம்
无源器件的特点
1 没有增益
无源器件本身不具备能量的放大作用，只能对电路中的信号进行传输和转换。
2 能量的传输和转换
无源器件在电路中起着传输和转换能量的作用，相当于信号的“传输媒介”。
无源器件的应用
信号滤波
无源器件可用于滤除电路中的噪声和干扰， 保持纯净的信号。
信号耦合
无源器件可用于将信号从一个电路传递到另 一个电路，实现信号的耦合。
电感
电感是一种储存磁能的无源器件，常用于电路中对于电流变化的响应。
电阻
电阻是一种用来限制电流流动的无源器件。根据电阻值的大小，可以将电流 限制在特定的范围内。
电容
电容是一种储存电荷的无源器件。当电容器极板之间施加电压时，可储存和释放电能。
电感
电感是一种储存磁能的无源器件。当电流变化时，电感器产生电磁感应，从而对电流进行调节。
无源器件介绍
无源器件是电子电路的基础，了解无源器件对于理解电路原理很有帮助。
什么是无源器件
无源器件是指在电路中不提供能量放大作用的器件，例如电阻、电容和电感。
无源器件培训资料
电感器的参数包括电感量、品质因数、分布电容等。电感量是衡量电感器储存 能力的重要参数，品质因数反映了电感器的效率，分布电容则会影响电感器的 频率特性。
电阻器的特性与参数
电阻器的特性
电阻器是一种限流元件，其阻值大小与材料、长度、截面积 和温度等因素有关。电阻器的主要特性是消耗电能，将电能 转换为热能。
02
电感器工作原理
电感器的工作原理是基于电磁感应定律。当电流通过电感器时，会在其
周围产生磁场，从而产生感应电动势，阻碍电流的变化。
03
电感器主要参数
电感器的参数包括电感量、品质因数、分布电容等。电感量表示电感器
储存磁场能量的能力，品质因数表示电感器的效率，分布电容表示电感
器中存在的寄生电容。
电阻器基础知识
智能化 随着人工智能和物联网技术的发 展，无源器件的智能化程度越来 越高，智能化无源器件的应用越 来越广泛。
无源器件的未来展望
新的应用领域
随着科技的发展，无源器件的应用领域将越来越广泛，例如在 新能源、医疗、航空航天等领域的应用将越来越广泛。
新的材料和工艺
随着新材料和工艺的发展，无源器件的性能将得到进一步 提高，例如采用新型材料和工艺的无源器件将不断涌现。
磁芯饱和
当电感器通过的电流过大时，磁芯可能会饱和，导致电感值急剧下降。解决方案是减小 电流或更换更高额定电流的电感器。
电阻器常见问题与解决方案
总结词
电阻器常见问题与解决方案
阻值漂移
由于温度、电压或机械应力的影响，电阻器的阻值可能会发生变化。 解决方案是选择稳定性更高的电阻器或采取相应的补偿措施。
噪声干扰
电容器的参数
电容器的参数包括容量、耐压、误差等级等。容量是衡量电容器储能能力的重要 参数，耐压表示电容器能够承受的最大电压，误差等级则反映了电容器的精度。
无源器件讲义
滤
波
器
滤波器是改变传输通道的频率响应、抑制
无用信号、保障有用信号传输质量的无源 器件或电路． 滤波器有两个输入端和两个输出端．当某 一频率范围的信号通过滤波器时，其中衰 减很小的频率范围称通带，衰减极大的频 率范围称为阻带，通带和阻带交界处的频 率称为截止频率fc. 率称为截止频率fc.
种类：
均衡偏差
均衡偏差为工作频段内规定频率点均衡值与理 论均衡值的差，它反映均衡器对电缆损耗的补偿 程度．均衡偏差值越小，补偿效果越好． 反射损耗 他是衡量均衡器输入端和输出端匹配好坏的指 标．反射损耗越大，端口的阻抗匹配越好． 载流量 在采用集中供应电方式的CATV系统中，均衡器 在采用集中供应电方式的CATV系统中，均衡器 应能为后续的远程供电放大器提供电流回路，即 具有通过一定大小电流的能力．－－－过流型 （馈电型）均衡器．
１.按对不同频率信号的衰减特性分类： a. 高通滤波器 b. 低通滤波器 c. 带通滤波器 d. 带阻滤波器 ２.按谐振元件分类： a. ＬＣ滤波器 b. 螺旋滤波器 c. 晶体滤波器 d. 机械滤波器 e.声表面滤波器 e.声表面滤波器
３.按电路结构分类： a.集中参数滤波器 a.集中参数滤波器 b.分布参数滤波器 b.分布参数滤波器
均
衡
器
有限电视系统中，电缆对传输信号的衰减量与信
号频率的平方根成正比，即电缆的衰耗－频率曲 线是倾斜的．要在整个工作频率上取得平坦的响 应特性，就必须对电缆的衰耗－频率特性给予适 当的补偿．补偿的方法之一就是设计一个均衡器， 使之较多地衰减低频部分而较少的衰减高频部分， 它与一定长度的电缆相联接，再在均衡器的输出 端设置一个具有平坦特性的放大器，即可将信号 电平恢复到原来的水平．
无源器件
P2 Pin sin 2 (cz)
P1 Pin P2 Pin cos2 (cz)
式中c为耦合系数
其中d为两光纤耦合区中的纤芯距离，K0、K1为第二类零阶和一阶的贝塞尔函 数。 当波长固定时，可以通过改变W等参数来制作不同性能的耦合器。
Wd ) U2 a c 2n1 a 2V 2 K 12 (W ) K0 (
分路器 4 1
合路器 (a) 3端口耦合器
3 (b) 4端口耦合器
λ 1＋λ λ
2
2
1
λ
M
2
N
λ λ
1
λ 1＋λ
2
(c) 星形耦合器
2
(d) 3波分复用器
2. 工作原理 2×2耦合器
光纤耦合器结构和原理
将两根单模光纤扭绞在一起，然后加热并拉伸，使它在长为W的距离内均匀熔 融以形成耦合器。在耦合区，纤芯直径变小，归一化频率下降，V值越小模场 直径越大，也即模场超过光纤直径的部分越多。这样，一个光模式的更多部分 在耦合区的包层部分传播，然后被耦合到另一根光纤的纤芯中。 从一根光纤耦合到另一根光纤的光功率取决于耦合区内两个纤芯之间的距 离、两个纤芯直径和工作波长，并与耦合区的长度有关。 Pin是输入功率，P1称为直通功率，P2是耦合到第二根光纤中的功率，P3、 P4是由于耦合器弯曲和封装而产生的反射和散射功率。假设耦合器是无损耗的， 因为P3、P4的比例很小，在此也忽略掉，则耦合功率和直通功率分别可表示为
f F P
c 1 R 2nL R
F-P滤波器的精细度,反映滤波器的选择性，即能分辨的最小频率差。
F
FSR R f F P 1 R
平行镜
平行镜
TFPF
《无源器件介绍》课件
温度特性
总结词
描述无源器件在不同温度下的性能稳 定性。
详细描述
无源器件的温度特性是指其在不同温 度下的性能稳定性。由于温度变化可 能引起无源器件的性能漂移，因此了 解其温度特性有助于保证电路的稳定 性和可靠性。
环境特性
总结词
描述无源器件在不同环境条件下的性能表现和可靠性。
详细描述
无源器件的环境特性是指其在不同环境条件下的性能表现和可靠性。例如，某些无源器件可能对湿度、压力、机 械振动等环境因素敏感，需要在特定环境下使用或采取保护措施。
03
柔性化
柔性无源器件成为研究热点，可穿戴、可折叠和可伸缩 的电子产品需求增长，为无源器件带来新的应用场景。
市场发展趋势
5G和物联网推动
随着5G通信和物联网技术的快速 发展，无源器件市场将迎来新的 增长点，尤其在射频和微波领域
。
汽车电子需求增长
汽车智能化和电动化趋势带动汽车 电子市场增长，无源器件在汽车电 子领域的应用将进一步扩大。
厚膜工艺
厚膜工艺是一种将材料通过印刷 、烧结等工艺形成无源器件的技
术。
厚膜工艺具有工艺简单、成本低 、可靠性高等优点，广泛应用于厚膜工艺的制造过程包括印刷、 烧结、涂层等步骤，其中印刷和
烧结是关键工艺。
微组装工艺
微组装工艺是一种将多个小型化无源 器件组装在一起形成复杂电路的技术 。
新工艺的探索
3D打印技术
利用3D打印技术可以制造出结构更为复杂、功能更为多样的 无源器件，提高器件的性能和集成度。
纳米压印技术
纳米压印技术可以实现高精度、大面积的图案化，为制造高 性能无源器件提供了新的途径。
新应用领域的拓展
物联网
随着物联网技术的发展，无源器件的应用领域不断拓展，涉及传感器、无线通信和能量 收集等多个方面。
3集成电路中的无源元件
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10
图3.2 给出了不同电 阻条宽和端头形状的修 正因子的经验数据，对 于大电阻L≫W情况， 端头对电阻的贡献可以 忽略不计。
2020/2/12
11
✓拐角修正
在设计大电阻时，通常将电阻设计
成折叠形式，如图所示。
对于折弯形状的电阻，通常每一
直条的宽度都是相同的，在拐角处
是一个正方形
对于不同的 Rs ，单位电阻条宽可以流过最大的 IR,max 是不同 的，对应于一些典型的IR,max 如表3.1 所示。
2020/2/12
23
3.1.2 其他常用的集成电阻器
1.发射区（磷）扩散电阻
发射区扩散层的表面浓度高，因此其 方块电阻较小，通常RS = 2 ~ 10/ □，故 该类电阻只能制做小电阻。
R RS W
2020/2/12
R RS W
18
R RS W R RS W 公式表明，电阻值的精度 R / R 要求确定后，在一定的工艺控制 水平( W )下，如果电阻的最小条宽发生变化，制造出的电阻精度
也就不一样。
例如，假设工艺控制水平可使| W |=1μm，要求由线宽变化( W )
所引入的电阻相对误差 |η|<10％，求电阻的最小条宽WR,min
| | | W | 10% W
WR,min
|
W | |
|
10m
如果电阻精度要求不高，|η |= 12.5％，而|W |=1μm，则由线宽 变化所要求的电阻最小条宽就可降为8μm。
由上述讨论可见，要提高电阻值的精度，可选取较大的电阻条宽 W，但为保证一定的阻值，电阻的长度L 必然增加．导致芯片面积 和寄生电容增加，所以对电阻精度的要求应和芯片面积折中考虑。
无源器件基础资料
无源基础知识徐世华gsmbcch@无源器件简介1.基本功能及基本结构 (1)1.1.耦合器 (1)1.2.功分器 (1)1.3.合路器 (1)1.4.电桥 (2)1.5.双工器 (2)2.名词解释 (3)2.1.插入损耗 (3)2.2.电压驻波比 (3)2.3. 隔离度 (3)2.4. 耦合度 (3)2.5.相移角度（电桥的性能指标） (3)2.6.带外抑制（双工器的性能指标） (4)2.7.频带带宽 (4)2.8.功率容量 (4)2.9.温度范围 (4)3、测试方法（以电桥为例） (4)3.1.测试使用仪器 (4)3.2.仪器频率设置及校准 (5)3.2.1频率设置0.8～2.0GHz (5)3.2.2校准：用SOL T法进行双口校准 (5)3.3.测试各项指标 (5)3.3.1电压驻波比 (5)3.3.2耦合度 (5)3.3.3隔离度 (6)3.3.4相移角度 (6)无源器件简介室内分布系统中用到的无源器件主要包括：耦合器、功分器、合路器、电桥和双工器等。
下文在介绍无源器件及其参数时，将随之介绍相关的测试方法。
1.基本功能及基本结构1.1.耦合器耦合器是一个三端口器件（原理上为四端口，有一个端口为隔离端口，是内部端口）,其中两个端口为主线传输端口，另一个为耦合端口。
耦合端口可从主线上按一定比例耦合部分功率输出给需要的设备。
其结构特性如图所示。
1.2.功分器功分器可以将输入信号功率按规定比例（等分或不等分）分配为两路或多路输出。
功分器的各输出端口之间应保证一定的隔离度。
功分器通常用于功率的等值分配，有宽带和窄带之分。
海天公司设计生产的功分器分配路数为2路、3路及4路，通过它们的级联可以实现多路功率分配。
其结构特性如图所示。
1.3.合路器合路器至少有两个输入口和一个输出口，输入口分别用于不同频段信号的输入，可将多路输入信号合成后由输出口输出。
它还具有相反工作模式，可将原合成信号输出端口用作信号输入端口，多个输入端口成为输出端口，将输入信号分离为相应频段的信号，由输出端口分别输出。
集成电路系列之4无源器
消费电子中的应用
音频设备
无源器件在音频设备中起到关键作用，如扬声器、耳机和麦克风等， 用于音频信号的处理和传输。
视频设备
无源器件在视频设备中起到信号处理和传输的作用，如电视机、投 影仪和显示器等。
移动设备
无源器件在手机、平板电脑和其他移动设备中起到信号处理、电源管 理和接口控制等功能，确保设备的正常运行和高效使用。
制造成本Biblioteka 03随着无源器件尺寸的减小和性能要求的提高，制造成本也在不
断上升。
未来发展趋势
新型材料的应用
利用新型材料，如碳纳米管、二维材料等，可以制造出性能更优、 尺寸更小的无源器件。
3D集成技术
通过3D集成技术，可以实现多层无源器件的堆叠，提高集成度 并降低制造成本。
智能化和自动化
利用人工智能和机器学习技术，实现无源器件的智能化设计和自 动化制造。
材料。
光刻与刻蚀
通过光刻技术将版图转 移到衬底上，然后进行 刻蚀以形成器件结构。
掺杂与退火
对器件进行掺杂和退火 处理，以调整其电学性
能。
金属化与封装
在器件表面形成金属电 极，并进行封装保护。
制造材料
衬底材料
常用的衬底材料包括硅、陶瓷等，根据器件性能要求选择合适的 衬底。
薄膜材料
根据器件功能需求，选择不同的薄膜材料，如介质薄膜、金属薄膜 等。
计算机中的应用
主板电路
计算机主板上的各种集成电路中， 无源器件用于实现主板电路的信 号处理、电源管理和接口控制等 功能。
存储设备
无源器件在计算机存储设备中起到 关键作用，如硬盘驱动器、固态驱 动器和光盘驱动器等，用于数据读 写和存储。
输入输出设备
无源器件在计算机输入输出设备中 起到信号转换和调节的作用，如显 示器、键盘、鼠标等。
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y型耦合器 最基本的有 x型耦合器
星型耦合器
微元件型 从原理而言
光纤型
分路器和合路器没有实质上的区别，但输入、输出端不 是完全可逆的。
1. 微小光元件型方向耦合器
微光元件型方向耦合器结构示意图
L1
M
L3
1
3
2
分束器：1为输入端，2、3为输出端。
根据光路可逆可否作合束器用？
2.光纤型方向耦合器 利用渐逝场耦合的原理。在渐逝场耦合时，光的能 量通过两纤芯之间电磁场重叠从一根光纤传输到另 一根光纤。由于光纤渐逝场是一个按指数规律衰减 的场，所以两光纤的纤芯必须紧紧地靠在一起。
≥35
≥38
寿命(插拔次数)
≥1000
≥1000
≥10000
使用温度范围 ( 0C）
-20—+70
-20—+70
-40— +80
5.2 光方向耦合器-光定向耦合器
是对光实现分路、合路、插入和分配的无源器件。
在光纤通信系统中，用于数据母线和数据线路的光信号 的分路和接入以及从光路上取出监测光，以了解发光元件 和传输线路的特性和状态；在相干光通信接收端机中, 光 方向耦合器用于光混频器; 在光纤应用领域光方向耦合器 的应用将越来越广泛。
全光纤结构的偏振无关光隔离器
光纤 双折射光纤
磁光晶体 磁铁 双折射光纤 光纤
锥型双折射光纤隔离器的基本结构
技术指标的意义
隔离度－定义为对反向光的隔离程度。
I SO
lg( PR' PR
)
是光隔离器的重要指标之一。研究表明，起偏器与检偏
器的偏振轴的夹角有微小的变化可引起隔离度的很大变
化，所以隔离度对偏振轴的夹角的对准非常重要。
(dB)
Pin PR 连接器
20dB 40dB ? 优
越大说明反射光对前级系 统的影响越小。
改进方案：
端面 端面
端面 端面
端面 端面
平面接触 球面接触 斜面接触
3.重复性－同一器件每次使用的插入损耗的变化。 dB表示。
4.互换性－同型号的连接器中，各个连接器插入损耗 的差异，也用dB表示。
5.1.1 光纤的永久性连接 光纤的永久性连接
耦合部分的直径拉细成20—40μm左右。
拉力
拉力
氢氧焰
熔融拉锥光方向耦合器的原理－波导间的横向耦合
x
渐逝场的能量交换，
1
耦合影响表现在复振幅
0 平行耦合波导系
z
2
y
设a1(z),a2(z)为光波在
两波导中的复振幅,由 于耦合作用,随z变化, 规律
da d 1z(z)j12exp(jz)a2(z) da d 2z(z)j21exp(j z)a1(z)
p1(z) p1(0)cos2z p2(z) p1(0)sin2z
0 U2 K0(Wd/ a) 2n1a2V2 K1(W)
d光纤轴线间距,U,V,W光纤归一化参 数，K0 ,K1修正的二类贝塞尔函数。
只要控制耦合长度，就可以获得不同功率比的定向耦合器。在
在具体分析、计算中，用传输矩阵表示方向耦合器的传输特性， 它表明输出端与输入端光场之间的关系。
归一化频率不同 纤芯相等 NA相等
(V)2 ( n1a 2 )2
V n1a 2
( NA)2
NA
( a )2 a
对于单模光纤,在传导模场为高斯分布的近似下，连 接损耗主要是横向偏离，损耗与偏离量的关系为：
横向偏离距离
10lgexp(W d)光大2纤于的纤芯模半场径半径
估算模场半径4.9μm,横向偏离距离1μm的连接损耗。
)2
al NA/ n
(1 an )2 。n周围介质的折射率
lNA
3.倾斜角度对耦合效率η的影响
θ
2[arccons n 1( n )2]
2NA 2NA 2NA
1 n n周围介质折射率 NA
4.间隙与光纤的界面存在的菲涅尔反射损耗：
反射率 R=(n1+n/n1-n)2
5.光纤参数不匹配对耦合效率η的影响
二. 光纤连接器的重要技术指标
插入损耗，回波损耗，重复性，互换性等
1.插入损耗 表示光纤中的光信号通过连接器后，其 输出光功率相对输入光功率的分贝比。
L
10lgPo u t(dB) Pin
Pin 连接器 Pout
2.回波损耗 — 后向反射损耗
光纤连接处后向反射光功率与输入光功率的分贝比。
R
10lgPR Pin
第五章 光无源器件
光无源器件(光通路元器件-光能量消耗型器件)是光 纤通信技术中的重要组成部分。随着光纤通信的发展,从 用于点-点系统的光纤连接器， 光网络需要的定向耦合 器和星型耦合器， WDM和DWDM系统的光波分复用/ 解波分复用器， 光纤与集成光路的耦合和相干光通信系 统需要的偏振态控制器， 铒光纤放大器后滤除自发辐射 噪声必须有滤波器， 各种通信系统和测量系统离不开光 隔离器……，光无源器件的内容日益丰富，已广泛应用 于光纤通信系统,计算机光纤网,微波光纤网,光纤传感网 等等光纤应用的各个领域。
80年代开始 “预加热熔接法”
通过电弧对光纤端面进行预热整形，然后在放电的情况 下,让两根待连接光纤的其中之一沿轴线向另一根移动, 最后把它们熔合在一起。 单模光纤熔接平均损耗达到0.1dB
此后，以此技术为基础发展成为商品光纤熔接机系列。
光纤熔接机原理框图
电极
电
夹具及微调架
弧
电
源
控制中心
监测信号
光纤熔接的具体操作 端面制备 纤芯对准
光无源器件按结构形式可分为块状、光纤和波导型三种。
块状型由分立元件组成，因而也称分立元件型。 例如，玻璃片上镀
吸收介质-衰减器，玻璃片两边镀高反膜-滤波器，闪耀光栅构成波分
复用/解复用器等。这种元件的缺点是不能直接与光纤耦合，需要通
过耦合元件，所以损耗较大。
2cm
光纤型 损耗小，能做成在线式。具有光纤的一切优点。
无论那种型号的光隔离器，其隔离度应在30dB以上，越
高越好。
回波损耗－定义为光隔离器的正向输入光功率和反回到
输入端的光功率之比。
RL
lg( Pi'n Pin
)
回波直接影响系统的性能，所以回波损耗是一个相当重
要的指标。优良的光隔离器的回波损耗都在55dB以上。
谢谢聆听
共同学习相互提高
波导型 由平面或带状介质光波导构成。沉积工艺之前先用光刻的方
法将波导形状做在衬底上。
a
b
c
d
其主要作用：连接光波导或光路；控制光的传播方向； 控制光功率的分配；控制光波导之间的光耦合；控制器 件之间的光耦合；控制光波导与器件间光耦合……。
5.1 光纤连接器
光纤间的连接 光纤与光源的连接 光纤与光检测器间连接 光器件之间的连接 光器件与设备的连接……
熔接法和粘接法 固定连接器
1.光纤熔接技术
70年代初 镍铬丝通电作为热源
对熔点低于1000℃的多组分多模玻璃光纤进行熔接， 连接的损耗约0.5dB。
70年代中期 采用电弧放电加热法(也有其他加热方式）
利用电弧使两根待接光纤熔化而连接在一起。光纤位置 控制借助于微动机构和显微镜来实现。 多模光纤的平均损耗达到0.26dB。
5.1.2 光纤活动连接器
目前使用数量最多的光无源器件。重复插拔的寿命长 一般要求插拔次数在1000次以上。
对接耦合式
耦合方式
透镜耦合式
外套 套筒 插针体
光纤
对接耦合式光纤连接器示意图
透镜－厚度分布型
自聚焦透镜－折射率分布型
透镜耦合式光纤连接器示意图
国产活动连接器的主要技术指标
FC型
不锈钢PC型
电弧熔接后 ，在光纤接 续处用玻璃 毛细管或不 锈钢管增强 ；也可用热 缩塑料管增 强.
之后，清洁，检查。
2. 固定连接器技术 采用机械的连接具来支撑被连接的光纤，使其保持 在固定的位置上。 关键技术是光纤的对准和对准的保持。 固定连接器
毛细管定位固定连接器 V型槽定位固定连接器
依靠毛细管本身定位并支撑。 利用V型槽保持两待接光纤相互对 准定位.铅板作主要材料,用冲模冲 出V型槽,也可以用单晶硅材料以 化学腐蚀的方法刻蚀出V型槽.角 度值一般选在60°左右。
5.3 光隔离器-非互易性器件 一种只允许光波沿光路单向传输的非互易性光无源器件。 它的作用－隔离反向光对前级工作单元的影响。
正向插入损耗小 主要技术指标 反向隔离度高
回波损耗大 器件体积小
环境性能好……
类型
偏振有关型
偏
旋光器
偏振器
准直器
1)偏振相关光隔离器
450
P1
永久性连接：熔接 粘接 固定连接器
活动性连接：活动连接器
无论是固定连接还是活动连接，都是一种特定的不连续点，自然 要产生损耗。？以低损耗的方法把光纤相互连接起来，而且希望尽量减
少连接的地方出现光的反射。
连接损耗决定因素： 光纤的特性参数 光纤端面质量 相对几何位置对准 — 横向对准、轴向对准、角度对准
两个光的振动方向平行于 第二个晶体中的e光和o光 的振动方向，因此被P2折 射成两束间距很小的平行 光并被耦合到光纤纤芯中
P2
450旋光器
原理结构图
由于法拉第效应的非互易性,当光束反向传输时,经过晶体P2分为o 光和e光;这两束线偏振光经法拉第旋光器时,振动面的旋转方向由磁 感应强度B决定而不受光线传播方向的影响,所以振动面与正向相同 的方向又旋转450,相对于第一个晶体PI的晶轴共旋转了900. 整个后向光路相当于经过一个屋拉斯顿棱镜,出射的两束线偏振光 被P1进一步分开,构成一个较大的角度,不能被自聚焦透镜耦合进光 纤纤芯,从而达到反向隔离的目的。