【正文】 優(yōu)點 : 開關速度快； 缺點 : 插入損耗大，串擾大，只適合單模光纖。 光開關 光端機 光端機 1 2光開關 1 2光開關 第 3章 光通信器件 141 ?機械光開關 : 利用電磁鐵或步進電機驅(qū)動光纖、棱鏡或反射鏡等光學元件實現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換 . 優(yōu)點 : 插入損耗小，串擾， 適合各種光纖，技術成熟 . 缺點 : 開關速度慢。 反向隔離度可大于 2 5 d B 。 。 半波片 : 是將從左向右傳播的光的 偏振態(tài)順時針旋轉(zhuǎn) 45176。 法拉弟旋轉(zhuǎn)器偏振器反射光阻塞入射光偏振器S O P垂直偏振光 隔離器工作原理 第 3章 光通信器件 138 然而在實際應用中 ， 入射光的偏振態(tài) (偏振方向 )是任意的 ， 并且隨時間變化 ， 因此必須要求隔離器的工作與入射光的偏振態(tài)無關 ， 于是隔離器的結(jié)構(gòu)就變復雜了 。 第 3章 光通信器件 137 光偏振 (極化 )的概念 : 單模光纖中傳輸?shù)墓獾钠駪B(tài) SOP是在垂直于光傳輸方向的平面上 電場矢量 的 振動方向 。 第 3章 光通信器件 135 耦合器的一般性質(zhì) 第 3章 光通信器件 136 光隔離器 光隔離器是只允許正向光信號通過，阻止反射光的器件。 插入損耗 Lt：一個指定輸入端的光功率 Pic和一個指定輸出端的光功率 Poc 的比值，用分貝表示。 (a)T形耦合器 (b)定向耦合器 (c)波分解復用器 第 3章 光通信器件 134 耦合器主要參數(shù) 耦合比 CR：是一個指定輸出端的光功率 Poc和全部輸出端光功率總和 Pot之比，用％表示。 (a)定向耦合器 (b)8 8星形耦合器 (c)由 12個 2 2耦合器組成的 8 8星形耦合器 第 3章 光通信器件 132 光纖自聚焦透鏡自聚焦透鏡光纖濾光片? ?2?1?2?1?2?3?1＋ ?2＋ ?3光纖自聚焦透鏡硅光柵光纖自聚焦透鏡 分光片1342( b )( a )( c )( d)?微器件型 用自聚焦透鏡和分光片 (光部分透射 ， 部分反射 )、 濾光片 (一個波長的光透射 ， 另一個波長的光反射 )或光柵 (不同波長的光有不同反射方向 )等微光學器件可以構(gòu)成 T型耦合器 、 定向耦合器和波分解復用器 . 第 3章 光通信器件 133 ?波導型 波導型：在一片平板襯底上制作所需形狀的光波導，襯底作支撐體，又作波導包層。 1 2 3 4 1 2 3 4 定向耦合器可用作分路器，不能用作合路器。將兩光纖或多光纖在火焰燒灼下扭轉(zhuǎn)熔融成錐體區(qū)，可形成 X型或星型耦合器， 通常用作多端功率分配器。 第 3章 光通信器件 129 ? 星形耦合器 功能：把 n根光纖輸入的光功率組合在一起， 均勻 地分配給 m根光纖， m和 n不一定相等。 分路 插入 合路 分配 第 3章 光通信器件 128 功能：把一根光纖輸入的光信號按一定比例分配給兩根光纖， 或把兩根光纖輸入的光信號組合在一起，輸入一根光纖。 40 波長隔離度（ dB ） 4 0 插入損耗（ dB ） 方向性（ dB ） 60 偏振靈敏度（ dB ） 工作溫度（℃） 40 ～ +80 第 3章 光通信器件 127 功能：把一個輸入的光信號分配給多個輸出 ， 或把多個輸入的光信號組合成一個輸出 。 (7) 偏振相關損耗 (PDL). 指由于偏振態(tài)的變化所造成的插入損耗的最大變化值。 (6) 信道寬度 。 反射系數(shù)是指在 WDM器件的給定端口的反射光功率 Pr與入射光功率 Pi之比 ， 即 )(lg10 dBppRir?(5) 工作波長范圍 。 回波損耗是指從無源器件的輸入端口返回的光功率與輸入光功率的比，即 其中 :Pj為發(fā)送進輸入端口的光功率， Pr為從同一個輸入端口 接收到的返回光功率。 對于解復用器 )(lg10 dBppCiijij ?? 其中 Pi是波長為 λi的光信號的輸入光功率 ， Pij是波長為 λi的光信號串入到波長為 λj信道的光功率 。 oiPPlg10?? 第 3章 光通信器件 123 (2) 串擾抑制度 。 產(chǎn)生原因：由于波分復用器的引入而產(chǎn)生的功率損耗。 第 3章 光通信器件 122 波分復用器的主要性能指標如下： (1)插入損耗 ：該無源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比。因為光去復用器要把各種不同波長的光分開，所以必須采用有波長選擇性的無源器件。 光發(fā)射機?光發(fā)射機光接收機光接收機?1n?1?n?1… ?n1n光接收機?光接收機復用/ 解復用器光纖放大器光發(fā)射機光發(fā)射機?1 ′n ′?n ＋ 1… ?2 n1 ′n ′復用/ 解復用器?n ＋ 1?2 n第 3章 光通信器件 121 光復用器和去復用器又可以分為有波長選擇性和非波長選擇性兩種。 單向 WDM傳輸是指所有光通路同時在一根光纖上沿同一方向傳送。 合波器單根光纖分波器光源 2光源 1光源 N檢測器 2檢測器 1檢測器 N第 3章 光通信器件 116 信道頻率間隔為 10 GHz， 在理想情況下， 一根光纖可以容納 3000 17700 GHz 12500 GHz GHz103000個信道 第 3章 光通信器件 117 為了擴大傳輸容量 ， 還可以進一步減小信道間隔 ， 稱為密集波分復用 (DWDM： Dense Wavelength Division Multiplexing)。研制產(chǎn)品的波長為 1550nm和1310nm。 2. 0 d B 步進 50 d B 、 6 0d B , 連續(xù)可變度盤 0dB 時，精度 177。 步進 10 d B 、 2 0d B , 連續(xù)可變度盤 0dB 時，精度 177。 分類： (1)按光信號的傳輸方式：單模光衰減器和多模光衰減器； (2)按光信號的接口方式：尾纖式光衰減器和連接器端口式光衰減器； (3)按光信號的衰減方式： 可調(diào)光衰減器 固定光衰減器 ：衰減量固定； 可變光衰減器 即階躍式可變 連續(xù)可變式 第 3章 光通信器件 111 圖 光衰減器示意圖 光衰減器的衰減機理 反射 吸收 遮去 (1)反射機理： 第 3章 光通信器件 112 光纖 衰減片 (2)利用吸收光的衰減片 (3)遮光機理：它是通過輸入、輸出光束對準偏差的控制來改變光耦合量的大小，從而達到改變衰減量的目的。 0 . 1 d B 使用壽命 ≥ 1 0 0 0 次 拔插 第 3章 光通信器件 110 光衰減器 光衰減器的作用是對光能量進行預期的衰減，使光能量減少。 第 3章 光通信器件 109 表 國產(chǎn) FC型連接器主要性能指標 類 型 指 標 單模光纖連接器 多模光纖連接器 插入損耗（ dB ） λ = 181。 (3)互換性：指同類的光纖連接器互換以后插入損耗變化量。 第 3章 光通信器件 106 帶狀陣列式連接器 第 3章 光通信器件 107 光纖連接器技術要求有以下幾項： (1)插入損耗：定義為連接器的輸入光功率與輸出光功率之比的分貝值。 SC：連接方式是插拔耦合式，為非螺旋插口，外殼是矩形，典型值為 芯連接器，具有插頭－轉(zhuǎn)接器－插頭式結(jié)構(gòu)。 (48dB) ★ 角度物理接觸 APC型 (AnglePhysicalConnect)： APC型的端面拋光成球面外，還使端面法線與軸線成一定的角度，使光難以返回光源。 缺點：端面不是絕對平面，因而存在菲涅爾反射，增加損耗，返回光源，使光源輸出不穩(wěn)定。反射損耗系數(shù)在 40dB。 (2)按接頭結(jié)構(gòu)形式： FC、 SC、 ST、 LC、 MTRJ、 MPO、MU、 SMA、 FDDI、 E202 DIN D4等各種形式?！镌恚簩筛枰B接的光纖端面拋光、對準、貼緊就實現(xiàn)了光纖的連接。 用于多信道傳輸時， 隔 (4) 頻帶寬，在 1550 nm窗口，頻帶寬度為 20～ 40 nm， 可進行多信道傳輸，有利于增加傳輸容量。 增益特性與光偏振狀態(tài)無關。 (2) 增益高，約為 30～ 40 dB。 第 3章 光通信器件 96 ＥＤＦＡ的三種結(jié)構(gòu)方式 １ . 同向泵浦方式 合波器 光隔離器 光隔離器 濾波器 泵浦光源 優(yōu)點：噪聲小 缺點： 輸出光功率不大 第 3章 光通信器件 97 2. 反向泵浦方式 合波器 光隔離器 光隔離器 光濾波 器 泵浦光源 優(yōu)點：輸出光功率大 缺點：噪聲大 第 3章 光通信器件 98 雙向泵浦方式 合波器 光隔離器 光隔離器 光濾波 器 泵浦光源 泵浦光源 第 3章 光通信器件 99 表 摻鉺光纖放大器性能指標 特性 條件 最小 典型 最大 輸入光功率 ( d Bm) 6 0 3 工作波長范圍 ( nm) 1 53 0 15 6 5 輸出光功率 ( d B m ) 13 22 輸出光功率穩(wěn)定度 ( d B ) 全溫度范圍 , 全偏振 噪音指數(shù) ( d B) 0dB m 反向 ASE 功率 ( d B m ) 20 輸入端允許最大光回損 ( d B ) 27 輸入 / 輸出泵浦光泄露 ( d Bm) 30 輸入 / 輸出回波衰耗 ( d B ) U P C. A P C 連接器 40 50 工作溫度 (C) 0 50 儲存溫度 (C) 25 70 最大功耗 (W) 15 第 3章 光通信器件 100 泵浦功率一定下 , 增益 、 噪聲指數(shù)和輸出信號光功率與輸入信號光功率的關系 ?，F(xiàn)用的最多的是 ，因其噪聲低、效率高。對它的要求是高輸出功率、長壽命。它將粒子從低能級抽運到高能級使之處于粒子反轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而產(chǎn)生放大。對給定的摻鉺光纖，須對 EDFA進行優(yōu)化設計，采用合適的光纖長度，使信號得到充分放大，同時得到較低的噪聲。 第 3章 光通信器件 94 EDFA在 ，因而可對該波段的光進行放大。 集心摻雜：在光纖中，可認為信號光與泵浦光的場近似高斯分布，在光纖芯子軸線上的光強最強。它多用石英光纖作為基質(zhì)，也有采用氟化物光纖的。 清除放大器的噪聲， 提高系統(tǒng)的信噪比 設計高增益摻鉺光纖 (EDF)是實現(xiàn)光纖放大器的技術關鍵 ， EDF的增益取決于 Er 3+的濃度 、光纖長度和直徑以及泵浦光功率等多種因素 ， 通常由實驗獲得最佳增益 。 EDFA的工作原理 第 3章 光通信器件 91 合波器 光濾波器 泵浦 光源 ＥＤＦ（摻鉺光纖） 信號光 光隔離器 光隔離器 放大的 信號光 將輸入光信號和泵浦光 混合在一起送給ＥＤＦ 輸出一個較短波長的激 光為ＥＤＦ提供激勵 防止反射光 影響光放大 器的工作穩(wěn) 定性。其工作波長為 。 第 3章 光通信器件 89 EDFA的組成 摻鉺光纖放大器簡稱 EDFA。摻鉺光纖放大器是一種很有前途的放大器，它是利用光纖的非線性效應來制作的，在現(xiàn)代光纖線路中特別是在全光網(wǎng)絡中應用越來越廣泛。當把泵浦光與信號光一起注入單模光纖時，就會產(chǎn)生從泵浦光功率向信號光功率轉(zhuǎn)換的過程，使光信號獲得放大。 第 3章 光通信器件 87 非線性光學放大器是利用光纖中的非線性現(xiàn)象進行放大的，即利用受激拉曼散射和布里淵散射現(xiàn)象進行放大。