光纤通信原理 第四章 常用光无源器件
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示为 C.R Pouti 100%
Pouti
i
例如对于标准X形耦合器，1∶1或50∶50 代表了同样的分光比，即输出为均分的器 件。
4.
方向性也是光耦合器所特有的一个技 术术语，它是衡量器件定向传输性的参数。 以标准X形耦合器为例，方向性定义为在 耦合器正常工作时，输入端非注入光端口 的输出光功率(图源自文库.8中的I2)与总注入光功 率的比值，以分贝(dB)为单位的数学表达 式为：
下面针对FC、SC和ST这三种连接器 作简单的介绍。
(1) FC
FC型连接器是一种用螺纹连接，外部 零件采用金属材料制作的连接器，它是我 国电信网采用的主要品种，我国已制定了 FC型连接器的国家标准。
(3) ST
ST型连接器采用带键的卡口式锁紧机 构，确保连接时准确对中。
(4) 不同型号插头互相连接的转换器
M=V2/2
式中：V为归一化频率。
4.2.2
1.
插入损耗(Insertin Loss，IL)定义为指 定输出端口的光功率相对全部输入光功率 的减少值。该值通常以分贝(dB)表示，数
学表达式为 I.Li 10lgPout(idB) Pin
其中：ILi是第i个输出端口的插入损 耗；Pouti是第i个输出端口测到的光功率值； Pin是输入端的光功率值。
4.2 光纤耦合器
光耦合器是将光信号进行分路或合路、 插入、分配的一种器件。
4.2.1 光纤耦合器的结构与原理
制作光耦合器可以有多种方法，大致 可分为分立光学元件组合型、全光纤型、 平面波导型等。
下面主要介绍熔融拉锥法的原理。
熔融拉锥法就是将两根(或两根以上) 除去涂覆层的光纤以一定的方式靠拢，在 高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，最终 在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构， 实现传输光功率耦合的一种方法。
式 中 ： M I N ( Pout) 为 最 小 输 出 光 功 率 ； MAX(Pout)为最大输出光功率。
6.
偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss，PDL)是衡量器件性能对 于传输光信号的偏振态的敏感程度的参量。 它是指当传输光信号的偏振态发生360°变 化时，器件各输出端口输出光功率的最大 变化量：
4.1.2
评价一个连接器的主要指标有4个， 即插入损耗、回波损耗、重复性和互换性。
1.
插入损耗是指光纤中的光信号通过活 动连接器之后，其输出光功率相对输入光 功率的比率的分贝数，表达式为：
Ac＝-10lgP1/P0 (dB)
式中：A c为连接器插入损耗；P0为输入 端的光功率；P1为输出端的光功率。
P.D.Lj10 lgMI(PN ou)t(jd)B MA (Po Xu)tj
在实际应用中，光信号偏振态的变化 是经常发生的，因此，为了不影响器件的 使用效果往往要求器件有足够小的偏振相 关损耗。
7.
隔离度是指某一光路对其他光路中的 信号的隔离能力。隔离度高，也就意味着 线路之间的“串话”小。其数学表达式为
(4)
球面定心结构由两部分组成，一部分 是装有精密钢球的基座，另一部分是装有 圆锥面(相当于车灯的反光镜)的插针。
(5)
透镜耦合又称远场耦合，它分为球透 镜耦合和自聚焦透镜耦合两种，其结构分 别如图4.5、图4.6所示。
图4.5 球透镜耦合结构 图4.6 自聚焦透镜耦合
2.
光纤活动连接器的品种、型号很多， 其中有代表性的有：FC、ST、SC、D4、 双锥、VF O(球面定心)、F-SMA、MTRJ连接器等等。
(1)
在单模光纤中，传导模是两个正交的 基模(HE11)信号。图4.9所示是单模光纤耦 合器的迅衰场耦合示意图，其中归一化频
率 V2a(n 1 2n2 2)1/2/
(2)
在多模光纤中，传导模是若干个分立 的模式，不仅应在数值孔径角内，还要同 时 满 足 4 a n1sinθ=mλ(m=1，2，3，…)。 其 中，a为纤芯半径，n1是纤芯折射率，θ为 传导模与光轴的夹角，λ为传输光的波长。 总的模式数为：
2.
回波损耗又称为后向反射损耗。它是 指光纤连接处，后向反射光对输入光的比 率的分贝数，表达式为：
Ar＝-10lgPR/P0 (dB)
式中：Ar表示回波损耗；P0表示输入光功 率；PR表示后向反射光功率。
3.
重复性是指光纤(缆)活动连接器多次 插拔后插入损耗的变化，用dB表示。互换 性是指连接器各部件互换时插入损耗的变 化，也用dB表示。
2.
附加损耗(Excess Loss，EL)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。该值以分贝(dB)表示的
数学表达式为
Pouti
E.L10lgi (dB) Pin
式中：Pouti为第i个输出口的输出功率；Pin 为输入光功率。
3.
分光比(Coupling Ratio，CR)是光耦 合器所特有的技术术语，它定义为耦合器 各输出端口的输出功率相对输出总功率的 百分比，在具体应用中常用数学表达式表
I 10lgPt (dB) Pin
式中：Pt是某一光路输出端测到的其他光 路信号的功率值；Pin是被检测光信号的输 入功率值。
4.3 波分复用/解复用器
4.3.1 波分复用/解复用器的原理与分类
1.
衍射光栅型波分复用器件是近年发展 起来的。衍射光栅是利用硅衬底单晶各向 异性腐蚀制作的光栅与棱镜分光相比具有 更大优势，常用来制作波分复用器的主要
D.L10lgPIN2(dB) PIN1
式中：Pin1代表总注入光功率；Pin2代 表输入端非注入光端口的输出光功率。
5.
均匀性就是衡量均分器件的“不均匀 程度”的参数。它定义为在器件的工作带 宽范围内，各输出端口输出功率的最大变 化量。其数学表达式为
F.L10lgMI(P Nou)t(dB ) MA(P Xou)t
对于上述FC、SC、ST三种连接器， 在对不同型号插头连接时，需要转换器进 行连接。
(5)
由于实际使用情况非常复杂，因而跳 线的规格也多种多样。在选择跳线时，至 少有下述几个参数是需要明确的。
(6)
随着用户通信网规模的扩大、WDM 的普及、电信网／数据网的光纤化乃至多 媒体大容量信息处理设备的发展均推动着 光缆向多芯、高密度方向深入发展，带状 多芯光缆需要用多芯光纤连接器进行连接， 多芯带状光纤MT连接器就应运而生。
Pouti
i
例如对于标准X形耦合器，1∶1或50∶50 代表了同样的分光比，即输出为均分的器 件。
4.
方向性也是光耦合器所特有的一个技 术术语，它是衡量器件定向传输性的参数。 以标准X形耦合器为例，方向性定义为在 耦合器正常工作时，输入端非注入光端口 的输出光功率(图源自文库.8中的I2)与总注入光功 率的比值，以分贝(dB)为单位的数学表达 式为：
下面针对FC、SC和ST这三种连接器 作简单的介绍。
(1) FC
FC型连接器是一种用螺纹连接，外部 零件采用金属材料制作的连接器，它是我 国电信网采用的主要品种，我国已制定了 FC型连接器的国家标准。
(3) ST
ST型连接器采用带键的卡口式锁紧机 构，确保连接时准确对中。
(4) 不同型号插头互相连接的转换器
M=V2/2
式中：V为归一化频率。
4.2.2
1.
插入损耗(Insertin Loss，IL)定义为指 定输出端口的光功率相对全部输入光功率 的减少值。该值通常以分贝(dB)表示，数
学表达式为 I.Li 10lgPout(idB) Pin
其中：ILi是第i个输出端口的插入损 耗；Pouti是第i个输出端口测到的光功率值； Pin是输入端的光功率值。
4.2 光纤耦合器
光耦合器是将光信号进行分路或合路、 插入、分配的一种器件。
4.2.1 光纤耦合器的结构与原理
制作光耦合器可以有多种方法，大致 可分为分立光学元件组合型、全光纤型、 平面波导型等。
下面主要介绍熔融拉锥法的原理。
熔融拉锥法就是将两根(或两根以上) 除去涂覆层的光纤以一定的方式靠拢，在 高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，最终 在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构， 实现传输光功率耦合的一种方法。
式 中 ： M I N ( Pout) 为 最 小 输 出 光 功 率 ； MAX(Pout)为最大输出光功率。
6.
偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss，PDL)是衡量器件性能对 于传输光信号的偏振态的敏感程度的参量。 它是指当传输光信号的偏振态发生360°变 化时，器件各输出端口输出光功率的最大 变化量：
4.1.2
评价一个连接器的主要指标有4个， 即插入损耗、回波损耗、重复性和互换性。
1.
插入损耗是指光纤中的光信号通过活 动连接器之后，其输出光功率相对输入光 功率的比率的分贝数，表达式为：
Ac＝-10lgP1/P0 (dB)
式中：A c为连接器插入损耗；P0为输入 端的光功率；P1为输出端的光功率。
P.D.Lj10 lgMI(PN ou)t(jd)B MA (Po Xu)tj
在实际应用中，光信号偏振态的变化 是经常发生的，因此，为了不影响器件的 使用效果往往要求器件有足够小的偏振相 关损耗。
7.
隔离度是指某一光路对其他光路中的 信号的隔离能力。隔离度高，也就意味着 线路之间的“串话”小。其数学表达式为
(4)
球面定心结构由两部分组成，一部分 是装有精密钢球的基座，另一部分是装有 圆锥面(相当于车灯的反光镜)的插针。
(5)
透镜耦合又称远场耦合，它分为球透 镜耦合和自聚焦透镜耦合两种，其结构分 别如图4.5、图4.6所示。
图4.5 球透镜耦合结构 图4.6 自聚焦透镜耦合
2.
光纤活动连接器的品种、型号很多， 其中有代表性的有：FC、ST、SC、D4、 双锥、VF O(球面定心)、F-SMA、MTRJ连接器等等。
(1)
在单模光纤中，传导模是两个正交的 基模(HE11)信号。图4.9所示是单模光纤耦 合器的迅衰场耦合示意图，其中归一化频
率 V2a(n 1 2n2 2)1/2/
(2)
在多模光纤中，传导模是若干个分立 的模式，不仅应在数值孔径角内，还要同 时 满 足 4 a n1sinθ=mλ(m=1，2，3，…)。 其 中，a为纤芯半径，n1是纤芯折射率，θ为 传导模与光轴的夹角，λ为传输光的波长。 总的模式数为：
2.
回波损耗又称为后向反射损耗。它是 指光纤连接处，后向反射光对输入光的比 率的分贝数，表达式为：
Ar＝-10lgPR/P0 (dB)
式中：Ar表示回波损耗；P0表示输入光功 率；PR表示后向反射光功率。
3.
重复性是指光纤(缆)活动连接器多次 插拔后插入损耗的变化，用dB表示。互换 性是指连接器各部件互换时插入损耗的变 化，也用dB表示。
2.
附加损耗(Excess Loss，EL)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。该值以分贝(dB)表示的
数学表达式为
Pouti
E.L10lgi (dB) Pin
式中：Pouti为第i个输出口的输出功率；Pin 为输入光功率。
3.
分光比(Coupling Ratio，CR)是光耦 合器所特有的技术术语，它定义为耦合器 各输出端口的输出功率相对输出总功率的 百分比，在具体应用中常用数学表达式表
I 10lgPt (dB) Pin
式中：Pt是某一光路输出端测到的其他光 路信号的功率值；Pin是被检测光信号的输 入功率值。
4.3 波分复用/解复用器
4.3.1 波分复用/解复用器的原理与分类
1.
衍射光栅型波分复用器件是近年发展 起来的。衍射光栅是利用硅衬底单晶各向 异性腐蚀制作的光栅与棱镜分光相比具有 更大优势，常用来制作波分复用器的主要
D.L10lgPIN2(dB) PIN1
式中：Pin1代表总注入光功率；Pin2代 表输入端非注入光端口的输出光功率。
5.
均匀性就是衡量均分器件的“不均匀 程度”的参数。它定义为在器件的工作带 宽范围内，各输出端口输出功率的最大变 化量。其数学表达式为
F.L10lgMI(P Nou)t(dB ) MA(P Xou)t
对于上述FC、SC、ST三种连接器， 在对不同型号插头连接时，需要转换器进 行连接。
(5)
由于实际使用情况非常复杂，因而跳 线的规格也多种多样。在选择跳线时，至 少有下述几个参数是需要明确的。
(6)
随着用户通信网规模的扩大、WDM 的普及、电信网／数据网的光纤化乃至多 媒体大容量信息处理设备的发展均推动着 光缆向多芯、高密度方向深入发展，带状 多芯光缆需要用多芯光纤连接器进行连接， 多芯带状光纤MT连接器就应运而生。