输出功率分配比互作用长度耦合功率和直通功率与波长的关系曲线

ANGULAR MISALIGNMENT
损 耗 （ d B）
角度错位（度）
多模阶跃光纤的角度错位损耗
Angular Misalignment
单模光纤由于角度对准差错所产生的损耗为：
L
10 lg exp
n2
2
[dB]
ANGULAR MISALIGNMENT
损 耗 （ d B）
角度错位（度）
光器件概述
•作用: 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。光器件是具有上述一种功能的元器件的总称。
•类型：无源、有源 包括：光连接器、光衰减器、光耦合器、光复用器、光
隔离器、环行器、光滤波器、光解复用器、光调制器、光 开光、激光器、光检测器、光放大器、光波长转换器等
•发展趋势：集成化、全光纤化
第五章 光网络器件
➢ 连接器 Connector ➢ 耦合器 Couplers ➢ 滤波器 Optical Filter ➢ 隔离器 Isolator ➢ 光开关 Switches ➢ 环形器 Circulator ➢ 衰减器 Attenuator
8.1 Connector Principles 连接器原理
在光纤的任何不连续点，一部分光总是会被反射 回发射机。
措施： 在空气间隙中填充折射率匹配液。 使两根光纤的端面紧密接触在一起。 将两根光纤的接触面做成倾斜的抛光端面。
单模阶跃光纤的角度错位损耗
8.1.3 End Separation 端面分离
由于端面之间存在间隙，会有一些发射光线没有被 接收光纤所截获。间隙增加时，接收光纤会因为 光束的发散而丢失更多的发送功率
L
10
lg1
XNA 4an0
[dB]
END SEPARATION
损 耗 （
d B）
轴向错位 导致的损 耗最重 要！！
连接器是光纤通信中应用最广泛最基本的光无 源器件；
连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现 光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件；
对这种器件的基本要求是使发射光纤输出的光 能量最大限度耦合到接收光纤；
对连接器的要求
连接损耗(插入损耗)小:横向（轴向）对准、角 度对准（光纤平行）、端面接触（无间隙）、 光纤端面平滑，相互平行；
多模光纤纤芯的横向对准差错损耗仅由发射光纤和 接收光纤纤芯的不重叠部分决定
多模光纤的耦合效率是重叠面积（阴影部分）与纤
芯面积的比值。
L
10
lg
S重叠 S纤芯
[dB]
例8.1 如果纤芯直径均为50um，要求耦合损 耗小于1dB，试问允许的轴向位移是多少？ 并重复计算耦合损耗为0.5dB和0.1dB的情况 。
[dB]
LATERAL MISALIGNMENT
损 耗 （ d B）
相对横向位移
单模阶跃光纤的横向错位损耗
8.1.2 Angular Misalignment 角度错位
多模光纤的角度错位耦合效率是发射光锥和接收 光锥相互重叠部分的比值。由此产生的损耗为:
L 10 lg1 n0 [dB] NA
单模阶跃光纤的端面间隙损耗
8.1.4 Smooth and Parallel Ends 平滑而且平行的光纤端面
粗糙的光纤端面由于端面之间存在间隙，会有一 些发射光线没有被接收光纤所截获。间隙增加时 ，接收光纤会因为光束的发散而丢失更多的发送 功率。
解决方案：用匹配液填充凸凹不平的端面并消除 倾斜造成的间隙。
多次插拨重复性好； 互换性好； 环境温度变化时，性能保持稳定； 并有足够的机械强度；
连接损耗的机理
数值孔径失配
折射率分布失配
纤芯尺寸失配
纤芯不同心
(a)固有损耗
连接损耗的机理
d
端面间隙
轴向倾角
x
横向偏移
菲涅尔反射 端面粗糙
(b)外部损耗
8.1.1 Lateral Misalignment 横向错位
相对端面间隙
多模阶跃光纤的端面间隙损耗
END SEPARATION
匹配液
填充折射率匹配液可以减少光束发散， 从而降低光纤的分离损耗。
例8.4 如果多模SI光纤的每一类对准差错允 许产生的损耗为0.25dB，计算允许的对准差 错，假设光纤纤芯半径为50um，NA=0.24
LATERAL MISALIGNMENT
在光纤的任何不连续点，一部分光总是会被反射 回发射机。
措施： 在空气间隙中填充折射率匹配液。 使两根光纤的端面紧密接触在一起。
Reflection at a connection
纤芯
包层
减小连接点反射的两种方法 (a)物理接触 physical contact
8.1.6 Reflection at a connection 连接点的反射
损 耗 （ d B）
相对横向位移
多模阶跃光纤的横向错位损耗
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损 耗 （ d B）
角度错位（度）
多模阶跃光纤的角度错位损耗
END SEPARATION
损 耗 （ d B）
相对端面间隙
多模阶跃光纤的端面间隙损耗
END SEPARATION
损 耗 （ d B）
相对端面间隙
8.1.5 Connecting Different Fiber 不同光纤之间的连接
假设光从纤芯半径a1的光纤传送到纤芯半径为a2 的光纤，如果a1 >a2，则损耗：
L
10 lg
a2 a1
2[dB]
光功率流
纤芯不匹配可能产生损耗
Connecting Different Fiber
假设光从较高数值孔径的光纤传送到较低数值孔
LATERAL MISALIGNMENT
损 耗 （ d B）
相对横向位移
多模阶跃光纤的横向错位损耗
Lateral Misalignment
单模光纤的对准差错损耗与传播模的场分布有 关。
单模光纤的耦合效率与重叠面积（阴影部分） 和模场面积有关。由此产生的耦合损耗为：
L
10
lg
exp
d
2
径的光纤，一些光线将落在接收光纤接收角之外
，则损耗：
2
L
10 lg
NA2 NA1
[dB]
发射光锥
接收光锥
功率流
数值孔径不匹配可能产生损耗
CONNECTING DIFFERENT FIBER
损 耗 （ d B）
纤芯半径或数值孔径不相等产生的损耗
8.1.6 Reflection at a connection 连接点的反射