二、光连接器、光衰减器、光耦合器件、光隔离器

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连接器的发展方向（2）
• 2、发展带状光缆连接器 • 多芯带状连接器，4芯、8芯、10芯等 • 日本可达到1000芯带状光缆连接器 • • • • 3、发展多功能的连接器 现已有外形与FC、SC、ST型转换器一样的固定衰减器 外形和各种变换器一样的固定衰减器 外型与FC型转换器一样内部有接收和发光芯片的光电器 件
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制作光纤连接器的光纤要求
• • • • • • 纤芯直径:单模 9um 0.5,多模50 1um. 纤芯不圆度:小于0.5um 包层直径:125um 2um 包层不圆度 小于2% 同轴度:小于1um 抗拉强度:大于0.5kg
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光纤的基本类型
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活动连接器的基本结构(1)
光纤 套管 插针 粘结剂
精密套管结构连接器简图
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活动连接器的基本结构(2)
• 双锥形结构 • V形槽结构
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活动连接器的基本结构(3)
• 球透镜耦合与自聚焦透镜耦合
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活动连接器的核心部件
4. 不同型号插头相互连接的转换器（法兰盘） FC/SC，FC/ST，SC/ST 5. 不同种类的变换器
SC→FC，ST→FC，FC→SC，FC→ST，SC→ST， ST→SC 6. 各种裸光纤转接器
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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
其中
(0.65
（6）数值孔径失配引起的连接损耗
1.619 2.879 )a V 3/ 2 V6
NA1≧NA2 NA1﹤NA2
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I LNA
NA2 2 10 log( ) NA1
I LNA 0
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其他原因引起的损耗
• 光纤端面不平滑，会导致散射损耗 • 光纤端面与轴线不垂直，会产生连接损耗。 • 上述的各种因素不仅影响插入损耗，也同时影响 着连接器件的重复性和互换性。因此各种因素的 改善，也会提高重复性和互换性指标。
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光纤固定连接
• 制作固定接头的方法有：熔接法、V形槽法、毛细管法、 套管法。 • • • • 熔接法最普遍，是光通信中光纤固定连接的主要方法。 插入损耗小、后向反射光为零。 加热和熔化的方法有三种： 电弧熔接；采用电极高压放电的方法加热光纤，使之熔融 连接。电弧放电和光纤对准已实现自动化作业。 • 氢焰熔接；用于一些特殊场合，如海底光缆熔接，接头强 度高，但火焰的控制较为困难。 • 激光熔接；CO2激光加热熔接光纤。加热环境非常洁净， 接头强度高，但设备昂贵。
2. 附加损耗（Excess Loss）
附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对 于全部输入光功率的减小值。
Poi EL 10 log (dB) Pi
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光耦合器的技术参数(2)
第二讲
光连接器、光耦合器件、光隔离器、 光环形器、光衰减器
• • • • • •
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光纤通信常用单位 光连接器 光耦合器件 光隔离器 光环形器 光衰减器
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光纤通信常用单位
• 光纤通信中常用单位的定义： 1. dB =- 10 log10 ( Pout / Pin ) Pout :输出功率 ; Pin :输入功率 2. dBm = 10 log10 ( P / 1mw) 是通信工程中广泛使用的单位； 通常表示以1毫瓦为参考的光功率； Example: –10dBm表示光功率等于100uw。 3. dBu = 10 log10 ( P / 1uw)
2. SC系列连接器 SC型连接器采用插拔连接，外壳使用工程塑料制作、矩形 结构，便于密集安装，可以制成多芯连接器。
SC型插头
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SC型转换器
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连接器的品种、型号（3）
3. ST型连接器 ST型连接器采 用带键的卡口 式锁紧机构。
ST型连接器的插头与转换器
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连接器的品种、型号（4）
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光纤耦合器的传输特性（3）
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光纤耦合器的传输特性（4）
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光耦合器的技术参数(1)
1. 插入损耗（Insertion Loss） 插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对于全部输入 光功率的减少值。
Poi ILi 10 log (dB) Pi
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光纤连接器一般性能
项目 插入损耗/dB 重复性/dB 互换性/dB 反射损耗/dB 寿命（插拔次数） 工作温度/º C FC型 型号或材料 性能 0.2~0.3
0 .1 0 .1
35~40
PC型
不锈钢 陶瓷 不锈钢 陶瓷
40~50
103 104
-20~+70 -40~+80
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连接器的发展方向（3）
• 预期会产生下面器件： • 装有光发光模块和光接收模块的各种型号的转换 器 • 再插针端面，镀各种模组成不同功能的插头 • 再插针端面生成微透镜，使出射光变成平行光 • 转换器内部装有光隔离器、调制器的光集成器件 • 将激光器陈列芯片和接收器件阵列芯片与带状光 缆连接集成在一起。
I L 10loge (n2 / )
（3） 光纤端面间隙损耗
I LZ
可以忽略。
2
对于要求倾斜损耗小于0.1DB，则单模光纤的倾斜角度应小于0。3度。生产中小于 0。1度
Z 10 log(1 K ) 4a
其中Z是端面间隙，K=n1/n2。当端面间隙控制在1um以内损耗小于0.006db，
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光器件与电器件的类比
电线 电阻 二极管 放大器 滤波器 电接插件 开关
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光纤 光衰减器 光隔离器 光放大器 光滤波器 光连接器 光开关
调制器 混频器 频率转换器 电源 探头 集成电路
光调制器 光波分复用器 光波长转换器 光源 光探测器 集成光路
3
三通（多通） 光耦合器
（4） 光纤端面多次反射（Snell反射）引起的损耗
I Lf
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16K 2 10log (1 K ) 4
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其中k=n1/n0,n0为空气折射率，取n0=1,n1=1.46计算得到Ilf=0.32db
失配引起的连接损耗
（5） 纤芯（或模场）尺寸失配引起的连接损耗 1 1 2 2 I La log ( ) 4 2 1
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纤芯错位损耗
影响连接损耗的因素 光纤连接时，由于光纤纤芯直径、数值孔径、折射率分 布的差异以及横向错位、角度倾斜、端面间隙、端面形状、 端面光洁度等因素的影响，都会产生连接损耗。 1. 纤芯错位损耗
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光纤倾斜损耗
其中
I Ld 10log e
耦合区
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光纤耦合器的传输特性（1）
Ei1 Ei2 Eo1 Eo2
根据耦合模理论，耦合器的振幅传输特性可以用下式 表示
Eo1 il cos(l ) i sin(l ) Ei1 e i sin(l ) cos(l ) E E i 2 o2
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三种熔接方式图
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其它固定连接方法
• V形槽法，毛细管法和套管法；适合野外作业， 抢修等。插入损耗小、有一定后向反射光，操作 简单、小巧。
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光纤熔接机
• • • • • 光纤熔接机结构： 光纤准直和夹紧机构 光纤对准结构：可达0.01微米 电弧放电结构 放电和电机驱动的控制机构
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连接器的品种、型号（1）
1. FC系列连接器 FC型连接器是一种镙纹连接，外部零件采用金属材料制作 的连接器。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
FC型连接器的插头、转换器和内部结构
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连接器的品种、型号（2）
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光纤耦合器基本原理（1）
• 按工作原理分：光纤型、微光学机械型、波导型。从性能 和价格考虑，光纤型为最好。 • 下面介绍光纤型耦合器的基本结构和工作原理。把两根或 多根光纤排列，用熔融拉锥技术制作。在熔接区，光纤变 细，相互靠近，发生了耦合。由于常规单模光纤中大约有 20％的光是靠包层传输的，光纤变细就有更多的能量分布 于芯线外，加之光纤相互靠近，于是在耦合区就发生了不 同程度的耦合。
• 光纤熔接机熔接光纤过程
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作业
• 如何测量连接器的插入损耗和回波损耗？ 写成小 论文的形式，按学术论文的书写格式。（必做）
• 降低光纤熔接损耗的措施有哪些？（2，3选一）
• 简述光纤熔接机纤芯直视原理？ （ 2，3选一）
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二、光耦合器件
– 主要功能再分配光信号 – 重要应用在光纤网络 – 尤其是应用在局域网 – 在波分复用器件上应用
传输矩阵
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光纤耦合器的传输特性（2）
式中，l是耦合区长度，光波传输常数，是耦合系数，与 耦合区宽度、纤芯折射率有关。由上式可得耦合器的功率传输 矩阵
T11 cos2 (l ) 2 T sin (l ) 12
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光耦合器件分类
光耦合器（Coupler）是一类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。从端口形式上划 分 ， 它 包 括 X 型 (2×2) 耦 合 器 、 Y 形 （ 1×2 ） 耦 合 器 、 星 形 （N×N，N>2）耦合器以及树形耦合器等。
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改进回波损耗的方法
• 平面接触
• 球面接触
• 斜球面接触
• • • Return Loss(回波损耗) PC>40dB SPC>45dB UPC>50dB APC>60dB
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光纤连接器的测试方法
• 基准法 • 替代法 • 跳线插入损耗测试
• 重复性 • 互换性 • 回波损耗测试
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光在光纤中的衰减
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光衰减中的规律
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连接器的主要指标
连接器的主要指标: 1.插入损耗
Pout I L 10log (dB) Pin
•基准法： （国家标准） •替代法： （国家标准） •跳线插入损耗测试
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连接器的主要指标
( d / )2
对单模光纤当错位损耗取0.1DB，并假定a=5um,则横向错位 d=0.72um.对于单模光纤横向错位小于0.8um
1.619 2.879 (0.65 3 / 2 6 )a V V
（2） 光纤倾斜损耗
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光纤端面间隙损耗
一、光连接器件
• 光纤连接器件的作用是一根光纤中的光最大限度 地传到另一光纤中，或光信号在不同光纤之间耦 合传递。 • 广义上连接器分为两种类型： • 可拆卸型连接器。它被设计成可被连接，必要 时又可拆开。 • 永久型连接器。它被一次型连接使用，不能在拆 开后重复使用。
连接器的组成部分：连接器插头、光缆跳线、转换器、变 换器、裸光纤连接器。
2.回波损耗 在光纤连接处，后向反射光相对于输入光的比率的分贝 数。
RL 10log
Preflect Pin
(dB)
3. 重复性和互换性 重复性是指同一对插头，在同一只转换器中多次插拔之后， 其插入损耗的变化范围。插拔次数一般取5次。 互换性是指不同插头之间。或者不同连接器任意置换之后， 其插入损耗的变化范围，性能一致性。
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连接器的发展方向（1）
• 1、进一步提高性能指标 • 插入损耗和回波损耗是今后有待改善的主要指标。 • 插入损耗目前是0.1dB 到0.5dB之间，平均为 0.3dB, 逐步到平均值0.1dB,变化范围小至0.2dB.
• 采用加工精度，增加一致性和互换性 • 采用镀膜工艺提高回波损耗