【正文】 如雙反射鏡、三反射鏡法）與非干涉法（如相位、振幅掩膜法）。一種擠壓型偏振控制器的結(jié)構(gòu)如圖 所示，光纖和壓電晶體被固定在一起，當(dāng)晶體上外加電壓時(shí)，晶體的長度發(fā)生變化，壓擠光纖，使光纖產(chǎn)生附加雙折射，壓力的大小可以通過外加電壓精細(xì)控制。當(dāng)光纖被纏繞在圓盤上彎曲成小圓圈時(shí)，光纖外面被拉伸，里面被壓縮，如圖 （ b） 所示。圖（ a）所示為一個(gè) 2?2波導(dǎo)耦合器結(jié)構(gòu)示意圖，波導(dǎo)是由不同折射率的介質(zhì)構(gòu)成，如圖 （ b）所示，它是由折射率較高的薄層夾在折射率較低的介質(zhì)中間形成，在相互作用區(qū)中兩個(gè)波導(dǎo)相互靠近產(chǎn)生光場的相互耦合，耦合強(qiáng)度與作用區(qū)的長度、波導(dǎo)的寬度、波導(dǎo)間隙、折射率及光波長等因素有關(guān)。） 2) 插入損耗 (IL) 插入損耗是指輸入端口 i和輸出端口 j之間產(chǎn)生的損耗 ， 為輸出與輸入端口光功率之比 ，即 ( ) 1 0 l g jijiPI L d BP?? 如從端口 1輸入 ， 端口 2輸出 ， 則它們之間的插入損耗為 2121( ) 1 0 l g PI L d BP?? 一個(gè)耦合器的插入損耗是相當(dāng)高的。 如果光功率從端口 1輸入 ， 則附加損耗等于： 121( ) 1 0 l gex PPP d BP????? ????（ 610） 在理想狀態(tài)下，輸出功率之和應(yīng)該等于輸入功率。將多根光纖熔融拉錐制成的耦合器稱為星形耦合器，如圖 。 3dB耦合器的分光比為 50:50，但兩個(gè)輸出端口的光有 ???的相對相位差，即耦合到另一光纖的輸出光與沿直通輸出方向的光相比存在 ???的相位滯后。 圖 研磨拋光制作法 用熔融拉錐法制造光耦合器時(shí)，先將兩根或多根光纖扭絞在一起，用高溫火焰對扭絞區(qū)局部加熱使其熔融，并在熔融過程中使其拉伸，形成雙錐形耦合區(qū)，如圖 （ b）所示。反之，從端口 2和端口 3輸入的光信號也可以從端口 1和端口 4輸出。 資料表明 ， 連接器在多次插拔之后其插入損耗將增加 ， 通常 5000次插拔之后增加量應(yīng)小于 dB。 為了提高物理接觸的效果就必須減少接觸面積 ， 因?yàn)樾∶娣e的質(zhì)量可以更加有效地控制 。 2）回波損耗（簡稱回?fù)p） 對連接器來說 ， 回波損耗的問題起源于一個(gè)簡單的矛盾現(xiàn)象：為了最小化插入損耗 ， 需要盡可能地將光纖端面拋光 ， 而拋光的端面對光的反射增強(qiáng) ， 這樣回波損耗就產(chǎn)生了 。 第三種方法就是用插針體來保護(hù)裸光纖 。 正如前面所討論的 ， 存在各種可能的原因引起光的損耗 。這些透鏡既可以準(zhǔn)直從傳輸光纖出射的光，也可以將擴(kuò)展光束聚焦到接收光纖的纖芯處，光纖到透鏡的距離等于透鏡的焦距。在直套筒連接器中，套圈中的套管和引導(dǎo)環(huán)的長度決定了光纖的端面間距。 對接類型的連接器采用金屬 、 陶瓷或模制塑料的套圈 ， 這些套圈可以很好地適配每根光纖和精密套管 。由于每一根光纖在插入到彈性管中時(shí)，其各自位置與彈性管管軸相關(guān)，因此兩根待連接的光纖在尺寸上并不一定要相等。在孔的兩端做成圓錐形以便于光纖插入。這是一種可以自動(dòng)進(jìn)行橫向、縱向、角度對準(zhǔn)的獨(dú)特器件。然后將兩根光纖使用粘合劑連接在一起或先用蓋片將兩根光纖固定。 然后在兩根光纖的連接處 ， 使用電弧或激光脈沖加熱 ， 使光纖頭尾端被熔化 ， 進(jìn)而連接在一起 。 光纖連接方法包括光纖熔接法 、 V型槽機(jī)械連接和彈性管連接 。 (b) NA1NA2。由于這些參數(shù)與生產(chǎn)廠家相關(guān)，因而使用者不能控制特性的變化。如果截面與垂直面的夾角小于 3176。若角錯(cuò)位小于2176。連接間隔有時(shí)又稱端分離。 這些損耗如圖 。 圖 斜面型光連接器（ APC型） （ 1） 光纖連接損耗 連接損耗可分為外部損耗和內(nèi)部損耗 。反射不僅增加了連接器的損耗。光連接器可以有多種安裝結(jié)構(gòu)，如 FC/PC型、 APC型、 ST型、 SC型等。 1010 l og ( )pILp??? 2． 回波損耗 回波損耗指的是從無源器件的輸入端口返回的光功率與輸入光功率的比例 ， 定義為 （ 62） 其中 ， P0是發(fā)送進(jìn)輸入端口的光功率 ，Pr指的是從同一個(gè)輸入端口接收到的返回的光功率 。 r0 10 l og ( )pRLp?? 3． 反射系數(shù) 反射系數(shù)指的是對于給定的光譜組成 、偏振的幾何分布 ， 在器件的給定端口的反射光功率 Pr與入射光功率 P0之比 ， 通常用dB表示： （ 63） r01 0 l o g ( )pRp?? 4． 工作波長范圍 器件能夠按照規(guī)定的性能工作的從最小波長（ ?min）到最大波長（ ?max）的范圍，是標(biāo)稱工作波長范圍。光連接器基本都是由插頭和插座組成，在插頭內(nèi)精密安裝一個(gè)插針，光纖就固定在插針中。而且若反射光回饋到激光器，會嚴(yán)重?cái)_亂激光器諧振腔的正常工作。外部損耗又稱為機(jī)械對準(zhǔn)誤差或連接錯(cuò)位損耗 ， 它顧名思義是由于光纖之間的連接錯(cuò)位引起的損耗 。 圖 (a) 軸向位移； (b) 連接間隔； (c) 傾斜錯(cuò)位 。如果兩根光纖直接對接，則必須接觸在一起，光纖分得越開，光的損耗越大。 ，則耦合損耗不會超過 dB。 ，則耦合損耗不會超過 dB。理論結(jié)果表明，與折射率剖面、纖芯區(qū)域的橢圓度相比，纖芯的直徑和數(shù)值孔徑的差異對連接損耗的影響更大。 (c) MFD1MFD2 （ 2） 光纖連接方法 光纖連接是指兩根光纖之間的永久或半永久連接 ， 它的典型應(yīng)用在于建立一個(gè)很長的光鏈路 ， 或者用在不需要經(jīng)常連接和斷開光纖的情況中 。 第一種方法可產(chǎn)生永久性的連接 ， 而后兩種連接方法在需要時(shí)可以將已連接的光纖拆開 。 這種技術(shù)產(chǎn)生非常小的連接損耗 （ 典型的平均值小于 dB） 。 V型通道既可以是槽狀石英、塑料、陶瓷，也可以是金屬基片作成槽狀。使用它連接多模光纖可以得到和商用熔接機(jī)同一大小范圍的連接損耗，但它所需要的設(shè)備和技巧卻要少得多。當(dāng)插入光纖時(shí)，光纖使孔膨脹，于是塑料材料對光纖施加均勻的力。 圖 彈性管連接 （ 3） 常用的幾種連接器 光纖連接器常采用螺絲卡口 、 卡銷固定 、推拉式三種結(jié)構(gòu) 。 將光纖涂上環(huán)氧樹脂后插入套圈內(nèi)的精密孔中 。而雙錐形的連接器使用了錐形套筒以便接納和引導(dǎo)錐形套管。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是由于準(zhǔn)直了光束，因此在連接器的光纖端面間就可以保持一定的距離，這樣連接器的精度將較少地受橫向?qū)?zhǔn)誤差的影響。 為了減小插入損耗 ， 可使用三種方法 。 插入損耗是由制造商以如下的兩個(gè)數(shù)值提供的：平均值和最大值。 回射發(fā)生在纖芯之間空氣的交界面上 ， 為此安裝人員提出了有效的解決方法：將兩個(gè)連接器通過物理接觸 （ PC） 來減小它們之間的空氣縫隙 。 拋光方法的提高使得制造商可以將 PC連接器的回波損耗從幾年前的 40 dB減小到如今的 55 dB， 同時(shí) ， 也將平均插入損耗限制在可接受的 dB以內(nèi) 。 ? 2． 光耦合器 （ Couplers） 光通信中經(jīng)常需要把多個(gè)光信號耦合到一起，或?qū)⒐庑盘柗值蕉喔饫w中，光耦合器可以實(shí)現(xiàn)這些功能。 圖 常用的制造光耦合器的方法有研磨拋光法、熔融拉錐法和平面波導(dǎo)法。由于被拉伸的部分光纖芯徑變細(xì)，使更多的光場在纖芯外傳輸而耦合進(jìn)另一光纖中。 利用式（ 65）、（ 66）給出的關(guān)系，可以通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)將耦合器結(jié)構(gòu)用于兩路波分解復(fù)用。用熔融拉錐法制作耦合器成本低，器件的性能穩(wěn)定，插入損耗小，在實(shí)際系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。附加損耗定量給出了實(shí)際情況和理想狀態(tài)的差別，因此附加損耗應(yīng)盡可能小。 2 2耦合器的插入損耗的典型值為 dB。 （ a） （ b） 圖 波導(dǎo)耦合器的結(jié)構(gòu) 可以采用多個(gè) 3dB耦合器連接的方式設(shè)計(jì)多端口星形波導(dǎo)耦合器，圖 8?8和 1?8波導(dǎo)耦合器的結(jié)構(gòu)圖。 這種應(yīng)力引起光纖的感生雙折射，使輸入光在兩個(gè)偏振方向上產(chǎn)生相移，從而起到控制偏振的作用。 圖 擠壓型偏振控制器 ? 光纖光柵 ? 1． 光纖光柵的結(jié)構(gòu) 光纖光柵由一段折射率沿其長度周期性變化的光纖構(gòu)成。干涉曝光法是指先形成紫外光周期模式（周期在 1 μm 以下） ,再從光纖側(cè)面進(jìn)行照射。 1次衍射光 ， 兩光疊加于光纖芯部并形成干涉條紋 。圖 原理示意圖。 e f f=2B n? ? 圖 的一個(gè)示例。 圖 FBG應(yīng)用示例 （ 2）啁啾光纖光柵 啁啾光纖光柵是指光纖中的折射率調(diào)制幅度不變，而周期沿光柵軸線變化的光柵，其制作方法是在光纖上刻出一系列不等間距的光柵，光柵上的每一點(diǎn)都可以看成是一個(gè)本地布拉格光柵的通帶和阻帶濾波器，其周期沿傳輸方向 z的變化可以表示為 （ 616） 式中 c 是周期的線性變化斜率，數(shù)值可以取正值，也可以取負(fù)值，其結(jié)構(gòu)如圖 示。這種被展寬的光信號進(jìn)入啁啾光柵后，不同波長的信號在與光柵周期對應(yīng)的位置被反射，即短波長的信號在光柵的末端才被反射，長波長的信號在脈沖的起始端就被反射，于是就補(bǔ)償了群速度色散效應(yīng)，使脈沖寬度被壓縮甚至還原。輸入光功率 Pi經(jīng)第一個(gè) 3dB耦合器后等分為 Pi1和 Pi2兩部分 ,光功率可以表示為 （ 617） （ 618） （ 619） i i ip E E??li e itE A i??2i1 i 2 2App?? 圖 MZ濾波器的結(jié)構(gòu)和透射譜 它們分別在長度為 L1和 L2的光波導(dǎo)中傳輸，為簡化分析，暫不考慮耦合器對兩束光帶來的相移。 圖 （ b）給出透射率隨光頻率變化的曲線，可以看出它的濾波效應(yīng)。當(dāng)光信號輸入到耦合器時(shí)，被按一定比例分成兩束，在光纖環(huán)路中沿不同方向傳輸，然后再耦合器中再次相遇，輸出光功率的大小取決于兩束光在線性疊加時(shí)的相位差。兩束光回到耦合器時(shí)有相同的功率電平，但由于折射率被光強(qiáng)的非線性調(diào)制效應(yīng)，兩束光具有不同的相位差，出現(xiàn)與圖 。圖 （ a）所示的機(jī)構(gòu)的基本原理與上述的 NOLM類似，但有以下幾點(diǎn)需要注意。 它由調(diào)諧激光器 、 光電二極管平衡器件和濾波器等構(gòu)成 ， 下圖給出了其原理框圖 。 光學(xué)無源器件 ? 偏振分束器 先將大量路數(shù)的波分復(fù)用信號分成奇偶兩組，然后對這兩組信號進(jìn)行偏振服用是超大容量的光纖通信系統(tǒng)的一種解決方案，在這種系統(tǒng)中需要偏振分束器。若輸入光中含有垂直偏振和水平偏振分量，它們在雙折射材料中被分開，傳輸時(shí)將產(chǎn)生相位差。 光隔離器應(yīng)允許正向輸入光以最小的損耗通過，并能最大的阻止反向光通過，對正向光和反向光的損耗分別用插入衰減和隔離度表示。（ 沿光傳輸?shù)姆较蚩矗?，而沿相反方向傳輸?shù)墓廨x旋轉(zhuǎn)同樣的角度（沿光傳輸方向看是向左旋轉(zhuǎn)）。適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)器的長度和施加其上的磁場強(qiáng)度，使光場的偏振面在旋轉(zhuǎn)器中向右旋轉(zhuǎn) 45186。 ，總共 90186。因此隔離器總是設(shè)計(jì)成與偏振無關(guān)。 光環(huán)行器可以設(shè)計(jì)成對稱結(jié)構(gòu)，如圖（ b）所示，最后一個(gè)端口輸入的光傳輸?shù)降谝粋€(gè)端口輸出，但在很多應(yīng)用中光不需要循環(huán)回去而將光環(huán)行器設(shè)計(jì)成非對稱結(jié)構(gòu)，如圖 （ a）所示。 。 ，是原來的垂直偏振光變?yōu)樗狡窆?，反之亦然? 現(xiàn)在環(huán)行器的插入損耗可以降到 ，隔離度達(dá)到 70dB以上，偏振敏感性低于，回波損耗大于 50dB。 圖 自聚焦透鏡中光線的軌跡 在自聚焦透鏡中，近軸光線的軌跡 r(z)及其導(dǎo)數(shù)為 （ 627）