【正文】 功能。 所以可重復(fù)性是連接器的一個(gè)重要特性 。 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) 。 由于制造完美的平面來實(shí)現(xiàn)理想的物理接觸是不可能的 ， 因此制造商將插針體的端面做成不同的形狀 ， 如圓弧形等 。 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 。最大損耗大約為 dB，變化范圍在 ～ dB之間。 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。第二種方法是將加固件 （ 例如芳香族聚酰胺 ）與連接器連接在一起 ， 浙樣就釋放了光纖自身的張力 。 為了減小插入損耗 ， 可使用三種方法 。 連接器的主要特性如下： 1） 插入損耗 連接器的一個(gè)最重要的性能參數(shù)是插入損耗 。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。 圖 (a) 直套筒； (b) 錐形套筒； (c) 擴(kuò)展光束 擴(kuò)展光束類型的連接器在光纖的端面之間加進(jìn)透鏡，如圖 （ c） 所示。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。 圖 系統(tǒng)中的兩種常用對(duì)接類型的對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，它們分別采用直套筒和錐形（雙錐形）套筒結(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 。 這些連接器利用的基本耦合機(jī)理既可以是對(duì)接類型 ， 也可以是擴(kuò)展光束類型 。 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) 。尺寸范圍較寬的光纖都能夠插入彈性管中。當(dāng)插入光纖時(shí)，光纖使孔膨脹，于是塑料材料對(duì)光纖施加均勻的力。管子中心孔的尺寸稍小于待連接的光纖。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。 圖 V型槽機(jī)械連接 圖 。 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。 圖 光纖的熔接 在 V型槽機(jī)械連接方法中，首先要將預(yù)備好的光纖端面緊靠在一起，如圖 。 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） 。 這種方法首先將光纖端面對(duì)齊 ， 并且對(duì)接在一起 ， 該過程是在一個(gè)槽狀光纖固定器里 、 在帶有微型控制器的顯微鏡之下完成的 。 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 。這里介紹光纖通信中常用的連接方法 。 (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 。 圖 (a) D2Ｄ 1。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(duì)連接損耗的影響更大。這些特性包括纖芯的直徑、纖芯區(qū)域的橢圓度、光纖的數(shù)值孔徑、折射率剖面等。 ，則耦合損耗不會(huì)超過 dB。光纖連接的兩個(gè)截面必須經(jīng)過高精度拋光和正面粘合。 ，則耦合損耗不會(huì)超過 dB。 傾斜錯(cuò)位有時(shí)稱為角錯(cuò)位。如果兩根光纖直接對(duì)接，則必須接觸在一起，光纖分得越開，光的損耗越大。其耦合損耗在零點(diǎn)幾分貝到幾個(gè)分貝之間，若錯(cuò)位距離小于光纖直徑的 5%，則損耗一般可以忽略不計(jì)。 圖 (a) 軸向位移； (b) 連接間隔； (c) 傾斜錯(cuò)位 。 連接錯(cuò)位一般有以下幾種情況：軸向位移 、 連接間隔 、 傾斜位移 、 截面不平整 。外部損耗又稱為機(jī)械對(duì)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 。如圖 。而且若反射光回饋到激光器，會(huì)嚴(yán)重?cái)_亂激光器諧振腔的正常工作。 圖 光連接器插入損耗的產(chǎn)生 盡管連接的兩根光纖的端面經(jīng)過研磨拋光，但連接后它們之間總會(huì)有間隙，光在端面處會(huì)發(fā)生反射。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。 ? 6． 隔離度 在無源器件中，隔離度表示的是由應(yīng)該被阻斷的光路中輸出的光功率與輸入光功率之比，通常用 dB表示： （ 64） b l o c k 0l o g ( / )I S p p?? 光纖和波導(dǎo)型無源光器件 ? 光連接器和光耦合器 ? 1． 光連接器 光連接器的功能是將兩根光纖連接起來，與高溫熔融連接兩根光纖不同，這是一種可以拆裝式連接。 r0 10 l og ( )pRLp?? 3． 反射系數(shù) 反射系數(shù)指的是對(duì)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。第六章 無源光器件和 WDM技術(shù) 無源器件的幾個(gè)常用性能參數(shù) 光纖和波導(dǎo)型無源光器件 光學(xué)無源器件 波分復(fù)用、解復(fù)用器件 光 開 關(guān) WDM光纖傳輸系統(tǒng) 無源器件的幾個(gè)常用性能參數(shù) ? 1． 插入損耗 插入損耗指的是無源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比，一般以分貝為單位，定義為 （ 61） 其中 ,P0指的是發(fā)送到輸入端口的光功率，P1指的是從輸出端口接收到的光功率。 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 。 ? 5． 偏振相關(guān)損耗 （ PDL） 偏振相關(guān)損耗指的是對(duì)于所有的偏振態(tài)，由于偏振態(tài)的變化造成的插入損耗的最大變化值。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。 影響光連接器的插入損耗的因素 : ?被連接的兩根光纖是否匹配，即兩根單模光纖的模場(chǎng)分布是否匹配，或兩根多模光纖的芯徑和折射率分布是否相同，被連接的兩根光纖性能參數(shù)的離散性必然導(dǎo)致插入損耗的增加； ?安裝的精度，如下圖 ，兩根光纖橫向的錯(cuò)位、縱向的分離（兩根光纖中間有間隙）和光纖的傾斜都會(huì)增加插入損耗。反射不僅增加了連接器的損耗。為了減少光的反射，可以采用斜面結(jié)構(gòu)。 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 。 內(nèi)部損耗又稱為與光纖相關(guān)的損耗 ， 這主要是由于光纖的波導(dǎo)特性和幾何特性差異導(dǎo)致的損耗 。 這些損耗如圖 。 (d) 截面不平整 軸向位移即兩根光纖連接處有軸向錯(cuò)位。連接間隔有時(shí)又稱端分離。如果兩根光纖通過連接器相連，則不必接觸，因?yàn)樵谶B接器接觸產(chǎn)生的相互摩擦?xí)p壞光纖。若角錯(cuò)位小于2176。截面不平整。如果截面與垂直面的夾角小于 3176。 除了錯(cuò)位連接之外，任何相連的光纖的幾何特性和波導(dǎo)特性的差異對(duì)光纖間的耦合損耗都有大的影響。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。圖 （ a）、（ b）、（ c）給出了由纖芯直徑、 數(shù)值孔徑和模場(chǎng)直徑失配所引起的損耗的示意圖。 (b) NA1NA2。 為了實(shí)施和計(jì)算這樣的連接 ，必須考慮的因素有兩根光纖的幾何差異 、 光纖在接點(diǎn)時(shí)的對(duì)準(zhǔn)誤差和接頭的機(jī)械強(qiáng)度 。 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 。 光纖熔接是通過加熱的方法使已制備好的光纖端面連接在一起 ， 如圖 。 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 。 但是 ， 在采用這種連接方法時(shí)必須注意到 ， 由于用手接觸時(shí)產(chǎn)生的光纖表面損傷 、加熱時(shí)引起的表面損傷加深 、 光纖連接處附近的殘余應(yīng)力等都會(huì)在光纖介質(zhì)熔化時(shí)導(dǎo)致化學(xué)成分的變化 ， 從而產(chǎn)生不牢固的連接 。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。這種方法的連接損耗在很大程度上取決于光纖的尺寸（外尺寸和纖芯直徑）變化和偏心度（纖芯相對(duì)于光纖中心的位置）。這是一種可以自動(dòng)進(jìn)行橫向、縱向、角度對(duì)準(zhǔn)的獨(dú)特器件。這種連接器件基本上就是一根用彈性材料做成的管子。在孔的兩端做成圓錐形以便于光纖插入。 這種對(duì)稱特征讓兩根待連接光纖的軸自動(dòng)準(zhǔn)確地對(duì)齊。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。 這三種結(jié)構(gòu)都包括單通道連接器和既可應(yīng)用于光纜對(duì)光纜 ， 也可用于光纜對(duì)線路卡連接的多通道器 。 對(duì)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 。 套圈連接器對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求包括小孔直徑尺寸以及小孔相對(duì)于套圈外表面的位置 。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。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。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。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(kuò)展光束中。 正如前面所討論的 ， 存在各種可能的原因引起光的損耗 。 第一種方法是使用保護(hù)套來最小化連接和拆開光纜時(shí)產(chǎn)生的彎曲損耗 。 第三種方法就是用插針體來保護(hù)裸光纖 。一般的連接器平均損耗大約為 dB，這個(gè)數(shù)值可以在 ～ 1 dB之間浮動(dòng)。 2）回波損耗（簡稱回?fù)p） 對(duì)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(duì)光的反射增強(qiáng) ， 這樣回波損耗就產(chǎn)生了 。 現(xiàn)在多數(shù)連接器都是利用這種方法安裝的 。 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 。 3） 可重復(fù)性 （ 耐用性 ） 連接器是作為臨時(shí)連接使用的 ， 應(yīng)在多次插拔之后仍保持它們的特性 。 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。圖 2?2和 1 ?2光耦合器（ Y型分路器）。反之，從端口 2和端口 3輸入的光信號(hào)也可以從端口 1和端口 4輸出。用研磨拋光法制造耦合器時(shí)，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(jìn)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(chǎng)相互耦合，從而構(gòu)成光耦合器。 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(duì)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。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)。 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(duì)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。假設(shè)從端口 1輸入 ?1和 ?2的信號(hào)光，