【正文】 求包括小孔直徑尺寸以及小孔相對于套圈外表面的位置 。類似地，筒中的套管和引導(dǎo)環(huán)的長度同樣也使光纖的端面保持給定的間距。而且，一些光處理元件，諸如分束器和光開關(guān)等，也能很容易地插入到光纖端面間的擴展光束中。 第一種方法是使用保護套來最小化連接和拆開光纜時產(chǎn)生的彎曲損耗 。一般的連接器平均損耗大約為 dB，這個數(shù)值可以在 ～ 1 dB之間浮動。 現(xiàn)在多數(shù)連接器都是利用這種方法安裝的 。 3） 可重復(fù)性 （ 耐用性 ） 連接器是作為臨時連接使用的 ， 應(yīng)在多次插拔之后仍保持它們的特性 。圖 2?2和 1 ?2光耦合器（ Y型分路器）。用研磨拋光法制造耦合器時，先將去除包層的裸光纖埋入帶有特定弧形槽的石英玻璃中，在進行光學(xué)研磨、拋光，去除一部分包層，然后將兩根經(jīng)過研磨的光線拼接在一起（見圖 （ a）），利用被研磨部分的光場相互耦合，從而構(gòu)成光耦合器。假設(shè)耦合器是無附加損耗的，輸入到一根光纖中的光功率是 p0，根據(jù)耦合模理論，耦合到另一根光纖中的功率為 （ 65） 220 sin ( )p p z?? 根據(jù)功率守恒，第一根光纖中的輸出功率為： （ 66） ?是耦合系數(shù)，與兩根光纖耦合區(qū)的長度、耦合區(qū)兩根光纖的半徑比及光波長有關(guān)。假設(shè)從端口 1輸入 ?1和 ?2的信號光，由于耦合系數(shù)與光波長有關(guān)，而 ?1和 ?2的波長間隔又較大，適當(dāng)?shù)脑O(shè)計耦合情況可以實現(xiàn)對?1波長，滿足 , 1 , 2 , 3 ,z m m????對于 ?2波長，滿足 （ 68） 則此耦合器將對波長有選擇作用，波長為 ?1的光信號全部直通過去從端口 2輸出，波長為 ?2的光信號全部耦合到另一光纖中，從端口 3輸出，起到波分解復(fù)用的作用。 ( 2 1 ) , 1 , 2 , 3 ,2z m m?? ? ? ? 圖 熔融拉錐法制作 4 ?4耦合器 耦合器的特性可以用一下幾個性能參數(shù)來描述。對于正在討論的耦合器，依賴于其類型，典型附加損耗在 ～ dB 之間變化。 （ 612） （ 611） 3) 耦合比 耦合比形式上定義為某一端口輸出的光功率與所有端口的輸出光功率之比 ， 即 ( ) 10 l g jjjPC R dBP??? 這個特性通常用來描述一個耦合器的性能 。 圖 多端口耦合器 ? 偏振控制器 ? 1． 可轉(zhuǎn)動光纖線圈型偏振控制器 最簡單常用的光纖偏振控制器是可轉(zhuǎn)動光纖線圈型，其結(jié)構(gòu)如圖 （ a） 所示。當(dāng)光纖線圈被轉(zhuǎn)動時，光纖中的快軸和慢軸也發(fā)生旋轉(zhuǎn)，因此，通過調(diào)整線圈的方向可以獲得所需要的任意的偏振方向。利用摻鍺石英光纖受到 240 nm 附近紫外光照射時纖芯折射率會增大這一現(xiàn)象，將光纖沿中心軸線切開，從光纖切面照射呈空間周期性變化的紫外光，纖芯部位就會出現(xiàn)周期性折射率變化，這就形成了光柵（ FG），其結(jié)構(gòu)如圖 所示。干涉曝光法中的干涉條紋是將紫外激光先分成 2個光路 ,然后再疊加而成。 采用這種方法能產(chǎn)生大量同一特性的光柵 ， 其穩(wěn)定性好 ， 應(yīng)用較普遍 ， 如圖 （ b） 所示 。 圖 光纖布拉格光柵原理示意圖 FBG 的結(jié)構(gòu)和 DFB 激光器周期性波紋結(jié)構(gòu)的作用一樣，提供周期性的耦合點，使單模光纖中入射的基膜根據(jù)光柵和不同傳輸常數(shù)決定的相位條件。若 FBG 的反射波長是 ?1 ，輸入信號中波長為 ?1的光信號被 FBG 反射回來，從環(huán)形器的 3端口輸出，而其他 3個波長的信號透射過去，從 FBG 的輸出端輸出，從而實現(xiàn)從多波長信號中選擇某波長下路。 ( ) ( 1 )z cz? ? ? ? 圖 啁啾光纖光柵 在這種光柵中，由于光柵周期的變化，使輸入光波中不同的波長在光柵的不同深度位置處被反射，造成不同波長的光在光柵中渡越時間不同，這一特性適合用于作為群速度色散補償器件，也可以構(gòu)成寬帶濾波器。 用啁啾光纖光柵作為色散補償器的優(yōu)點是器件的體積小，補償效率高，其缺點是補償帶寬較窄，目前人們正在研制寬帶啁啾光纖光柵以適應(yīng) WDM 系統(tǒng)的需要。由于兩波導(dǎo)的長度不同，傳輸時延不同，到達(dá)第二個 3dB耦合器時，兩束光的電場強度可以表示為 （ 620） （ 621） 式中， ? 為光波的角頻率， ? 是光纖中光的傳輸速度。 圖 MZ濾波器的結(jié)構(gòu)和透射譜 ? 非線性環(huán)路鏡 非線性環(huán)路鏡（ NonLinear Optical Loop Mirror， NOLM）是一個可以具有多種用途的快速開關(guān)器件，在消除脈沖序列的背景噪聲、光時分復(fù)用（ OTDM）系統(tǒng)和光邏輯器件的研究中有廣泛的應(yīng)用。 光強度引起的光纖折射率的變化與輸入光功率有關(guān)，相位差的大小也與輸入功率有關(guān)，從而使相位差隨輸入光功率的增強而增大，輸出光功率隨輸入功率的變化如圖 。 非線性環(huán)路鏡可以用于不同的系統(tǒng)中，實現(xiàn)不同的目的。 （ 1）在光纖環(huán)的一端配置有 WDM耦合器，通過它將幀同步信號（控制信號）耦合進來； （ 2）當(dāng)幀同步信號與某一路數(shù)字信號同步，并一起沿順時針方向傳輸時，強的控制信號使折射率發(fā)生變化，群速度也發(fā)生相應(yīng)的變化，而逆時針方向傳輸?shù)墓庑盘柌皇苡绊懀? （ 3）適當(dāng)?shù)恼{(diào)整幀同步脈沖的強度和光纖環(huán)的長度，可以使與幀同步脈沖同步傳輸?shù)囊宦沸盘枏妮敵龆吮贿x擇出來，實現(xiàn)光時分復(fù)用信號的解復(fù)用功能。 平衡二極管器件檢測本地激光器的頻率與接收的光信號的頻率 ， 當(dāng)兩個頻率完全相同時 ， 二極管平衡電路處于靜止?fàn)顟B(tài) 。除此之外，偏振分束器在波長變換等領(lǐng)域也有很多應(yīng)用。 圖 雙折射棱鏡型偏振分束 當(dāng)一束光入射到圖 棱鏡的外表面上時，由于雙折射而分成尋常光和異常光，當(dāng)入射角為布儒斯特角，則異常光全透射過去，尋常光從兩個棱鏡的分界面上反射回來，從而起到偏振分束的作用。性能良好的隔離器的插入損耗可以降到 ，隔離度可以達(dá)到 70dB以上。這意味著光片真面對餓旋轉(zhuǎn)方向由磁場方向決定，而不是由光傳輸方向決定。 ，正好匹配第二個偏振濾光片的偏振方向，從而可以幾乎無損耗地輸出。 的旋轉(zhuǎn)正好與第一個偏振濾光片的偏振方向垂直而沒有輸出，從而構(gòu)成光的單向傳輸器件。一種制造偏振無關(guān)的光隔離器的方法是將輸入光先分成偏振正交的兩束光，分別處理，然后再合在一起。 圖 光環(huán)行器示意圖 光環(huán)行器可以有不同的結(jié)構(gòu)，可以使用不同的器件構(gòu)成，但其最基本的原理是利用法拉第電磁旋轉(zhuǎn)效應(yīng)實現(xiàn)光的單向傳輸。 圖 3端口光環(huán)行器中端口 1到端口 2的光路圖 參考圖 ，簡要說明光環(huán)行器的工作原理。這兩束光被另一個偏振分束器合到一起從端口 2輸出。 ? 自聚焦透鏡 自聚焦透鏡（ GRIN）是應(yīng)用廣泛的無源光器件，主要作用是準(zhǔn)直光束。是入射端面上入射光的斜率； Ln為節(jié)距，表示入射光線的周期。對于入射端面的光斑，在 z= Ln 處，可形成一個 1:1的正立的實像；在 z=Ln /2 處可形成一個 1:1的倒立的實像；從入射端面上某一點發(fā)出的光線，在 z=3Ln/4 處變?yōu)槠叫泄狻．?dāng)光束入射到兩個介質(zhì)的分界面時，會在兩個界面之間反復(fù)地發(fā)生反射和折射，反射波和透射波都是無窮多束光波的線性疊加，疊加的結(jié)果與相鄰波束的相位差有關(guān)。在光通信中經(jīng)常使用反射型平面衍射光柵，作為波長選擇濾波器用于波分復(fù)用系統(tǒng)中。因此，我們可以通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計盡可能使大部分的光功率進入某一衍射級，而避免功率的發(fā)散和損耗。角色散本領(lǐng)只反映不同波長的譜線中心分離的程度，它不能說明兩條譜線是否重疊，色分辨本領(lǐng)可以反映器件分辨波長很接近的譜線的能力。因此，要得到性能好的光柵，總槽數(shù) N 應(yīng)盡量多，光柵常數(shù) d 應(yīng)盡量小，并盡量選用高的衍射級數(shù)。通帶特性是指波分復(fù)用器的各個信道的濾波特性，可以用 ?、 ?3dB帶寬和 ?20dB帶寬來表示。 目前， WDM復(fù)用系統(tǒng)中常用的復(fù)用、解復(fù)用器主要有光柵型、干涉型、光纖方向耦合器型和光濾波器型等。圖 （ a）所示的結(jié)構(gòu)用傳統(tǒng)的透鏡作準(zhǔn)直器件，圖（ b）用自聚焦透鏡作準(zhǔn)直器件。對上式求導(dǎo)，我們可以得到 k = 1時光柵的角色散本領(lǐng)。濾光片由多層介質(zhì)薄膜構(gòu)成，它可以通過介質(zhì)膜系的不同選擇構(gòu)成長波通、短波通和帶通濾光器。這時，干涉濾光片對不同極化方向的光透射率是不同的，偏角越大，差別也越大，極化效應(yīng)越明顯，導(dǎo)致復(fù)用器件對偏振敏感，性能下降。 圖 8 波長干涉膜濾波器型解復(fù)用器的輸出光譜圖，波長間隔為 。當(dāng)多波長信號被激發(fā)進某一輸入波導(dǎo)時，此信號將在第一個平面波導(dǎo)中發(fā)生衍射而耦合進陣列波導(dǎo)。圖 （ b）為一個 8波陣列波導(dǎo)光柵型解復(fù)用器的通帶特性。 傳輸過程中 ， 波前形變很小 。 （ 643） 由方程（ 641）可以得到列陣波導(dǎo)的角色散為 頻率間隔是色散角對應(yīng)的頻率范圍： 其中 , Lf是平面波導(dǎo)的焦距，即圖中的羅蘭盤圓半徑 。 干涉膜濾波器型、光柵型和 AWG型是目前 8路、 16路和 32路的 WDM系統(tǒng)中常用的解復(fù)用器，這些器件也可用作復(fù)用器。 表 復(fù)用器參數(shù)要求 表 WDM系統(tǒng)解復(fù)用器參數(shù)要求 隨著復(fù)用波長數(shù)的不斷增加，一種稱為波長交織器的復(fù)用、解復(fù)用器問世。 聲光可調(diào)諧濾波器 (AOTF) AOTF是一個通用器件，可以同時選擇幾個波長，是目前已知的惟一的可調(diào)諧的濾波器，可以用作 WDM合波器、波長路由器等。 偏振器放置在波導(dǎo)的輸出端，只讓 TM模的光波通過。由于 RF的頻率是很容易調(diào)諧的，因而 AOTF對波長的選擇也是很容易實現(xiàn)的。輸入的光能量（由 TE模和 TM模攜帶）經(jīng)輸入偏振器分解為 TE模和 TM模，然后各自通過波導(dǎo)與聲波相互作用，最后經(jīng)輸出偏振器合成輸出。 一個轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生表面聲波 （ SAW） 。波長不滿足諧振條件的信道將不被改變地通過這個結(jié)構(gòu)。 光 開 關(guān) 光開關(guān)是構(gòu)成光網(wǎng)絡(luò)中光交叉連接（ OXC）和光分插復(fù)用（ OADM）設(shè)備的核心器件，也是光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)保護倒換的必需器件，其主要性能除了插入損耗、隔離度、開關(guān)速度和偏振敏感性等外，還有消光比和阻塞性質(zhì)。 隨著光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，各種光開關(guān)相繼出現(xiàn)，光開關(guān)可分為自由空間型和波導(dǎo)型，每一類又可以采用不同的物理效應(yīng)（如電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)、電 機械效應(yīng)等）、不同的材料（ LiNbO硅基、聚合物、液晶等）和不同的工藝來實現(xiàn)。通斷消光比越大，光開關(guān)性能越好，這對外調(diào)制器尤為重要。當(dāng)開關(guān)處于不同的輸入 /輸出連接狀態(tài)時，插入損耗有可能不一致，即插入損耗的一致性差，這對于實際的應(yīng)用是不希望的。圖 的開關(guān)結(jié)構(gòu)：移動光纖、移動棱鏡和轉(zhuǎn)動反射鏡。 ? 微機械光開關(guān) 微機械（ MicroElectroMechanicalSystem,MEMS）光開關(guān)是指由半導(dǎo)體材料（如 Si）構(gòu)成的微機械電控結(jié)構(gòu)。 典型的 MEMS 分為二維結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)。 圖 自由空間 MEMS光開關(guān)原理圖（二維） 二維 MEMS 需要 N2 個微鏡來完成 N?N 個自由空間的光交叉連接，其控制電路較簡單，由 TTL 驅(qū)動器和電壓變換器來提供微鏡所需的電壓。為確保任何時刻微鏡都處于正確的位置，其控制電路需要十分復(fù)雜的驅(qū)動方法，控制精度有時要達(dá)到百萬分之一度，因此，制造工藝較為困難，較二維的復(fù)雜得多。 ? 熱光開關(guān) 熱光開關(guān)也是一種易制作成端口數(shù)較多的光開關(guān)，基本結(jié)構(gòu)有兩種：一種是 Y型分路器結(jié)構(gòu)，另一種是 Much－Zahnder（ MZI）干涉儀型結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的光開關(guān)插入損耗一般為 34dB，消光比為 20dB 左右。如圖中所示，信號光由 1端口輸入，若薄膜加熱器處于關(guān)閉狀態(tài)，此時 MZI 產(chǎn)生的相位差為 0，當(dāng)光波經(jīng)過 3dB 耦合器時，沿