03 光纤通信器件
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上述可调谐滤波器各有优、缺点。
声光滤波器（ ATOF:Acousto-optic Tunable Optical Filters ）
❖特 点：光栅由声波动态产生，声波又由施加在 压电晶体（LiNbO3）上的射频信号产生。
❖物理原理：基于光弹性效应，即声光材料传输的声 波或超声波信号产生随声波幅度周期性变化的应力， 使该材料的分子结构产生局部的密集和疏松，相当 于使折射率产生周期性的变化，其结果是声波产生 了可以对光束衍射的光栅，因此对波长具有选择性。
n
是
0
E
0时材料的折射率、
rij：线性电光系数
i、j对应于适当坐标系统中 的各向异性材料
的轴线
相位差 和电场E强 的度 关系为：
2
n i
LLn30rijEj
n03rij
LU d
L:相互作用长 d：度 介质厚U度 ：电位差
光传输方向为z轴
假设入射光与y轴成45度的线偏振光E,入
射光用沿x和y方向的偏振光Ex和Ey表示，
2、相位调制器：用LiNbO3（铌酸锂）晶 体制成，引入系数 (0.5~0.7)
122 [n0 3r22 d LV]
3、声光调制器 基于光弹性效应，通过电极施加在压电 晶体上的射频调制信号，在晶体表面产 生压力，从而产生表面声波（SAW）。
表面声波信号通过声光材料传输时，产 生随声波幅度周期性变化的应力，使材 料的分子结构产生局部的密集和疏松， 相当于使折射率产生周期性的变化，形 成光栅。
光纤活动连接器有：PC/FC、 SC/PC、 SC/APC、ST/PC等类型
设计重点：端面（连接面） 设计目的：缩短光纤端面的间隙，减少费
涅尔反射，降低插入损耗，并 使部分反射光旁路，以增大回 波损耗。
3.2 接头
接头：永久性连接，在现代通信设施光纤光 缆线路建造中的重要技术
▪ 热溶连接 ▪ 机械连接 ▪ 毛细管黏结连接
❖典型的ATOF的特性
▪ 调谐范围宽（1.2um～1.6um）
▪带
宽 （1nm）
▪ 调谐块
（10us）
▪ 插入损耗<5dB
▪ 串话小<-20dB
▪ 波长稳定性好
▪ 极化无关
3.5 调制器
调制器：把电信号调制成光信号
▪ 直接调制：激光器的注入电流直接随承载信息 的信号而变化，容易引入线性调频（啁啾）
对应折射率
n，1'、于n2' 是沿Z轴传输距离
L后，引起的相位变化为：
Ex
: 1
2
n
' 1
L
2L
(n0
1 2
n r3 0 22
V d
)
Ey
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1
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百度文库
2
(
n
3 0
r22
LV d
)
于是施加的外电压 ，在两个电场分 量之间产生一个可调整的相位差，因此 出射光波的偏振态可被施加的外电压控 制。
3.6 光开关 转换光路，实现信号的交换
（1）基本要求：
▪ 插入损耗小 ▪ 重复性高 ▪ 开关速度快 ▪ 回波损耗小 ▪ 消光比大 ▪ 寿命长 ▪ 结构小型化 ▪ 操作方便
（2）机械光开关
微机电系统（MEMS）构成的光开关已 用于DWDM网中的大容量光交换技术。 它是一种在半导体衬底上用传统的半导 体工艺制造的可以前倾后仰、上下移动 或旋转的微反射阵列，在驱动力的作用 下，对输入光信号可切换到不同的输出 光纤的微机电系统。
可调谐滤波器的要求：
▪ 调谐范围宽，滤波器带宽必须足够大，以传 输所选择信道的全部频谱成分
▪ 调谐速度快 ▪ 插入损耗小 ▪ 对偏振不敏感 ▪ 稳定性好 ▪ 环境、温度和震动影响小，成本低
四种光滤波器：
▪ 法布里－珀罗滤波器（F-P）滤波器 ▪ 马赫－曾德尔干涉滤波器（M-Z）干涉滤波
器 ▪ 光栅滤波器 ▪ 光纤环路谐振带通滤波器
（3）波导光开关 电光效应和声光效应器件可构成波导开 关。
• 电光开关 • 热光开关 • 声光开关 • 磁光开关
3.7 波长转换器
1、在WDM网络中，波长数目确定了 信道数量，在光纤的1.55um窗口这个 数目很大，但可用波长数自然有限，不 足以支持大量节点的应用。
相同波长的两个信道选通同一输 出端时，出现阻塞。解决办法就是把信 号从一个波长转到另一个波长，这就是 波长转换。
电光效应
对于一个入射偏振光， 施加的电场 E对折射率 n的影响为：
n ' n E E 2 n n1 n2
n1 E
珀克（ pocvel ）效应，线性电光效应
n E 2 克尔（ kerr ）效应，二阶电光效应 2
调制器通常利用线性电 光效应，此时：
n1
E
n3 0 2
rij E j
❖基于饱和吸收的半导体激光器型波长变 换器。原理是：输入信号使载波子产生 受激吸收，在带隙附近达到饱和，允许 探测光束透过。
谢谢聆 听
共同学习相互提高
▪ 外调制：让激光器连续工作，把外调制器放于 激光器输出端之后，用承载信息的信号通过调 制器的连续输出进行调制。
1、电光调制器 基本原理：基于晶体和各向异性聚合物 中的线性电光效应，即电光材料的折射 率n随施加的外电场E而变化，从而实现 对激光的调制。
几种调制器：
▪ 相位调解器 ▪ 马赫－曾德尔幅度调制器 ▪ 耦合波导调制器
连接器主要技术要求：
▪ 低的插入损耗 ▪ 好的重复性 ▪ 好的互换性 ▪ 低的反射损耗 ▪ 长的使用寿命 ▪ 环境温度变化性能稳定
连接型号：
▪ FC型 表示用螺纹连接 ▪ SC型 表示轴向插拔矩形外壳结构 ▪ ST型 表示弹簧带键卡口结构
光纤插针的端面类型：
▪ PC:平面/球面 ▪ APC:斜面
连接型号组合：
03 光纤通信器件
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第三章 光纤通信器件
3.1 连接器 3.2 接头 3.3 耦合器 3.4 可调谐光滤波器 3.5 调制器 3.6 光开关 3.7 波长转换器
光纤通信主要器件： 连接器 耦合器 可调谐光滤波器 波分/复用/解复用器 调制器 光开关 光环形器 光隔离器 波长转换器 光分插复用器 光叉连接器
2、性能要求：
• 对比特率和信号形成形式具有透明性 • 变速速率快 • 即能向短波长变换，又能向长波长变换 • 适当的输入功率 • 较宽的输入功率 • 偏振不敏感 • 低啁啾输出，高信噪比，高消光比 • 实现简单
❖光/电/光型波长转换器
▪ 目前主要研究：用半导体光放大器的交叉增 益调制（SOA-XGM）或相位调制（SOAXPM）特性来实现波长转换
▪ 利用半导体光放大器的增益饱和特性，将泵 浦光和探测光都注入到SOA中，强泵浦光使 SOA增益发生饱和，从而使连续的探测光得 到调制，这样，就把泵浦光的信号变换到了 探测光上。
❖非线性光学环境（NLOM）型波长变换 器
❖基于四波混频效应的全光波长变换器。 非线性作用产生新的波长，新波长包含 有泵浦光的强度和相位信息，所以它是 唯一能对输入信号进行透明变换的 AOWC。缺点：效率低
❖组 成：一个表面声波器件（SAW: Surface Accoustic Wave ）；两个正交偏振器，两个光波 导（紧密结合）
❖滤波器通带
(0.82 ) /( Ln) （um ） ：ATOF 选择的波长
n：材料双折射 L：产生 TE / TM 模式变化的宽带 SAW 在射频信号作用下使声 光 偏振态从 TE 模转化到 TM 模
3.4 可调谐光滤波器
1. 分类：
• 电子滤波器：低通、带通、带阻、高通，从 包含多个频率分量的电信号中提取所需要的 频率信号。
• 光滤波器：光通信系统的关键器件。
2. 原理分类：干涉型、衍射型和吸收型
可调谐光滤波器：一种波长选择器件， 功能是从许多不同频率的输入光信号中， 选择出一个特定频率的光信号。
3.3 耦合器
耦合器：类似于微波中的耦合器，将光信 号进行分路或合路、插入、分配 的一种器件。
结构四大类：
▪ 微光元件型 ▪ 光纤成型型 ▪ 光纤对接耦合型 ▪ 平面波导型
❖ T型耦合器:3端耦合器,2×2耦合器等 功能：把一根光纤输入的光功率分配给 两根光纤
❖星型耦合器：N×N耦合器，N×M耦合 器 功能：把N根光纤输入的光功率组合在 一起，均分配给N根输出光纤。
3.1 连接器
连接器：光纤通信中应用最广泛最基本的 无源器件，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连接的器件。 连接器分类：
▪ 尾纤：用于和光源或检测器耦合，构成发射机 或接收机的输出或输入接口；或者构成光缆或 各种光无源器件两端的接口。
▪ 跳线：用于终端设备和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。
声光滤波器（ ATOF:Acousto-optic Tunable Optical Filters ）
❖特 点：光栅由声波动态产生，声波又由施加在 压电晶体（LiNbO3）上的射频信号产生。
❖物理原理：基于光弹性效应，即声光材料传输的声 波或超声波信号产生随声波幅度周期性变化的应力， 使该材料的分子结构产生局部的密集和疏松，相当 于使折射率产生周期性的变化，其结果是声波产生 了可以对光束衍射的光栅，因此对波长具有选择性。
n
是
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0时材料的折射率、
rij：线性电光系数
i、j对应于适当坐标系统中 的各向异性材料
的轴线
相位差 和电场E强 的度 关系为：
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L:相互作用长 d：度 介质厚U度 ：电位差
光传输方向为z轴
假设入射光与y轴成45度的线偏振光E,入
射光用沿x和y方向的偏振光Ex和Ey表示，
2、相位调制器：用LiNbO3（铌酸锂）晶 体制成，引入系数 (0.5~0.7)
122 [n0 3r22 d LV]
3、声光调制器 基于光弹性效应，通过电极施加在压电 晶体上的射频调制信号，在晶体表面产 生压力，从而产生表面声波（SAW）。
表面声波信号通过声光材料传输时，产 生随声波幅度周期性变化的应力，使材 料的分子结构产生局部的密集和疏松， 相当于使折射率产生周期性的变化，形 成光栅。
光纤活动连接器有：PC/FC、 SC/PC、 SC/APC、ST/PC等类型
设计重点：端面（连接面） 设计目的：缩短光纤端面的间隙，减少费
涅尔反射，降低插入损耗，并 使部分反射光旁路，以增大回 波损耗。
3.2 接头
接头：永久性连接，在现代通信设施光纤光 缆线路建造中的重要技术
▪ 热溶连接 ▪ 机械连接 ▪ 毛细管黏结连接
❖典型的ATOF的特性
▪ 调谐范围宽（1.2um～1.6um）
▪带
宽 （1nm）
▪ 调谐块
（10us）
▪ 插入损耗<5dB
▪ 串话小<-20dB
▪ 波长稳定性好
▪ 极化无关
3.5 调制器
调制器：把电信号调制成光信号
▪ 直接调制：激光器的注入电流直接随承载信息 的信号而变化，容易引入线性调频（啁啾）
对应折射率
n，1'、于n2' 是沿Z轴传输距离
L后，引起的相位变化为：
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于是施加的外电压 ，在两个电场分 量之间产生一个可调整的相位差，因此 出射光波的偏振态可被施加的外电压控 制。
3.6 光开关 转换光路，实现信号的交换
（1）基本要求：
▪ 插入损耗小 ▪ 重复性高 ▪ 开关速度快 ▪ 回波损耗小 ▪ 消光比大 ▪ 寿命长 ▪ 结构小型化 ▪ 操作方便
（2）机械光开关
微机电系统（MEMS）构成的光开关已 用于DWDM网中的大容量光交换技术。 它是一种在半导体衬底上用传统的半导 体工艺制造的可以前倾后仰、上下移动 或旋转的微反射阵列，在驱动力的作用 下，对输入光信号可切换到不同的输出 光纤的微机电系统。
可调谐滤波器的要求：
▪ 调谐范围宽，滤波器带宽必须足够大，以传 输所选择信道的全部频谱成分
▪ 调谐速度快 ▪ 插入损耗小 ▪ 对偏振不敏感 ▪ 稳定性好 ▪ 环境、温度和震动影响小，成本低
四种光滤波器：
▪ 法布里－珀罗滤波器（F-P）滤波器 ▪ 马赫－曾德尔干涉滤波器（M-Z）干涉滤波
器 ▪ 光栅滤波器 ▪ 光纤环路谐振带通滤波器
（3）波导光开关 电光效应和声光效应器件可构成波导开 关。
• 电光开关 • 热光开关 • 声光开关 • 磁光开关
3.7 波长转换器
1、在WDM网络中，波长数目确定了 信道数量，在光纤的1.55um窗口这个 数目很大，但可用波长数自然有限，不 足以支持大量节点的应用。
相同波长的两个信道选通同一输 出端时，出现阻塞。解决办法就是把信 号从一个波长转到另一个波长，这就是 波长转换。
电光效应
对于一个入射偏振光， 施加的电场 E对折射率 n的影响为：
n ' n E E 2 n n1 n2
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n E 2 克尔（ kerr ）效应，二阶电光效应 2
调制器通常利用线性电 光效应，此时：
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❖基于饱和吸收的半导体激光器型波长变 换器。原理是：输入信号使载波子产生 受激吸收，在带隙附近达到饱和，允许 探测光束透过。
谢谢聆 听
共同学习相互提高
▪ 外调制：让激光器连续工作，把外调制器放于 激光器输出端之后，用承载信息的信号通过调 制器的连续输出进行调制。
1、电光调制器 基本原理：基于晶体和各向异性聚合物 中的线性电光效应，即电光材料的折射 率n随施加的外电场E而变化，从而实现 对激光的调制。
几种调制器：
▪ 相位调解器 ▪ 马赫－曾德尔幅度调制器 ▪ 耦合波导调制器
连接器主要技术要求：
▪ 低的插入损耗 ▪ 好的重复性 ▪ 好的互换性 ▪ 低的反射损耗 ▪ 长的使用寿命 ▪ 环境温度变化性能稳定
连接型号：
▪ FC型 表示用螺纹连接 ▪ SC型 表示轴向插拔矩形外壳结构 ▪ ST型 表示弹簧带键卡口结构
光纤插针的端面类型：
▪ PC:平面/球面 ▪ APC:斜面
连接型号组合：
03 光纤通信器件
单击此处添加副标题内容 单击此处输入你的正文，文字是您思想的提炼，为了最终演示 发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。
第三章 光纤通信器件
3.1 连接器 3.2 接头 3.3 耦合器 3.4 可调谐光滤波器 3.5 调制器 3.6 光开关 3.7 波长转换器
光纤通信主要器件： 连接器 耦合器 可调谐光滤波器 波分/复用/解复用器 调制器 光开关 光环形器 光隔离器 波长转换器 光分插复用器 光叉连接器
2、性能要求：
• 对比特率和信号形成形式具有透明性 • 变速速率快 • 即能向短波长变换，又能向长波长变换 • 适当的输入功率 • 较宽的输入功率 • 偏振不敏感 • 低啁啾输出，高信噪比，高消光比 • 实现简单
❖光/电/光型波长转换器
▪ 目前主要研究：用半导体光放大器的交叉增 益调制（SOA-XGM）或相位调制（SOAXPM）特性来实现波长转换
▪ 利用半导体光放大器的增益饱和特性，将泵 浦光和探测光都注入到SOA中，强泵浦光使 SOA增益发生饱和，从而使连续的探测光得 到调制，这样，就把泵浦光的信号变换到了 探测光上。
❖非线性光学环境（NLOM）型波长变换 器
❖基于四波混频效应的全光波长变换器。 非线性作用产生新的波长，新波长包含 有泵浦光的强度和相位信息，所以它是 唯一能对输入信号进行透明变换的 AOWC。缺点：效率低
❖组 成：一个表面声波器件（SAW: Surface Accoustic Wave ）；两个正交偏振器，两个光波 导（紧密结合）
❖滤波器通带
(0.82 ) /( Ln) （um ） ：ATOF 选择的波长
n：材料双折射 L：产生 TE / TM 模式变化的宽带 SAW 在射频信号作用下使声 光 偏振态从 TE 模转化到 TM 模
3.4 可调谐光滤波器
1. 分类：
• 电子滤波器：低通、带通、带阻、高通，从 包含多个频率分量的电信号中提取所需要的 频率信号。
• 光滤波器：光通信系统的关键器件。
2. 原理分类：干涉型、衍射型和吸收型
可调谐光滤波器：一种波长选择器件， 功能是从许多不同频率的输入光信号中， 选择出一个特定频率的光信号。
3.3 耦合器
耦合器：类似于微波中的耦合器，将光信 号进行分路或合路、插入、分配 的一种器件。
结构四大类：
▪ 微光元件型 ▪ 光纤成型型 ▪ 光纤对接耦合型 ▪ 平面波导型
❖ T型耦合器:3端耦合器,2×2耦合器等 功能：把一根光纤输入的光功率分配给 两根光纤
❖星型耦合器：N×N耦合器，N×M耦合 器 功能：把N根光纤输入的光功率组合在 一起，均分配给N根输出光纤。
3.1 连接器
连接器：光纤通信中应用最广泛最基本的 无源器件，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连接的器件。 连接器分类：
▪ 尾纤：用于和光源或检测器耦合，构成发射机 或接收机的输出或输入接口；或者构成光缆或 各种光无源器件两端的接口。
▪ 跳线：用于终端设备和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。