《光纤通信》 第3讲无源光器件PPT课件
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光纤通信第三章.ppt
3.2 光检测器 （理解）
3.2.1 光电二极管工作原理 3.2.2 PIN 光电二极管 3.2.3 雪崩光电二极管(APD) 3.2.4 光电二极管一般性能和应用
3.3 光无源器件 （了解）
3.3.1 连接器和接头 3.3.2 光耦合器 3.3.3 光隔离器与光环行器 3.3.4 光调制器 3.3.5 光开关
γth =α+
1 ln 1 2L R1R2
(3.4)
式中，γth 为阈值增益系数，α为谐振腔内激活物质的损耗 系数，L为谐振腔的长度，R1，R2<1为两个反射镜的反射率
激光振荡的相位条件为
L= q 或 2nL
2n
q
(3.5)
式中，λ为激光波长，n为激活物质的折射率，q=1, 2, 3 …称 为纵模模数。
(3.10)
ne 为材料有效折射率，λB为布喇格波长，m为衍射级数。
在普通光栅的DFB激光器中，发生激光振荡的有两个阈值最 低、增益相同的纵模，其波长为
1,2
B
(1 2
2B )
2ne L
(3.11)
DFB激光器与F-P激光器相比， 具有以下优点：
① 单纵模激光器 ② 谱线窄， 波长稳定性好 ③ 动态谱线好 ④ 线性好
(3.8a)
fr
1
2
1 ( I0 I 1)
sp ph Ith I
(3.8b)
式中，fr 和ξ分别称为弛豫频率和阻尼因子，Ith 和I0分别为阈值电 流和偏置电流；I′是零增益电流，高掺杂浓度的LD， I′=0， 低掺
杂浓度的LD, I′=(0.7~0.8)Ith；τsp为有源区内的电子寿命，τph为谐 振腔内的光子寿命。
3.2.1 光电二极管工作原理 3.2.2 PIN 光电二极管 3.2.3 雪崩光电二极管(APD) 3.2.4 光电二极管一般性能和应用
3.3 光无源器件 （了解）
3.3.1 连接器和接头 3.3.2 光耦合器 3.3.3 光隔离器与光环行器 3.3.4 光调制器 3.3.5 光开关
γth =α+
1 ln 1 2L R1R2
(3.4)
式中，γth 为阈值增益系数，α为谐振腔内激活物质的损耗 系数，L为谐振腔的长度，R1，R2<1为两个反射镜的反射率
激光振荡的相位条件为
L= q 或 2nL
2n
q
(3.5)
式中，λ为激光波长，n为激活物质的折射率，q=1, 2, 3 …称 为纵模模数。
(3.10)
ne 为材料有效折射率，λB为布喇格波长，m为衍射级数。
在普通光栅的DFB激光器中，发生激光振荡的有两个阈值最 低、增益相同的纵模，其波长为
1,2
B
(1 2
2B )
2ne L
(3.11)
DFB激光器与F-P激光器相比， 具有以下优点：
① 单纵模激光器 ② 谱线窄， 波长稳定性好 ③ 动态谱线好 ④ 线性好
(3.8a)
fr
1
2
1 ( I0 I 1)
sp ph Ith I
(3.8b)
式中，fr 和ξ分别称为弛豫频率和阻尼因子，Ith 和I0分别为阈值电 流和偏置电流；I′是零增益电流，高掺杂浓度的LD， I′=0， 低掺
杂浓度的LD, I′=(0.7~0.8)Ith；τsp为有源区内的电子寿命，τph为谐 振腔内的光子寿命。
光纤通信基本知识ppt课件
VC-3
VC-4
复用段层网络 再生段层网络 物理层网络
27
电路层
低阶 高阶
通道层
SDH 传送层
段层 传输 媒质层
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SDH的承载业务
L5~7
Application
L4
TCP/UDP
L3
IP
L2 ATM FR PPP/HDLC LAPS SDL
L1
SDH
L0
WDM
FR: Frame Relay
6
7
MSOH
8
9
23
9列
261列
完整最新ppt
SDH开销字节的分层
分支
分支
--分支组装
POH
--分支取出
POH插入 MSOH
MSOH
POH提取 MSOH
插入
提取
RSOH RSOH RSOH RSOH RSOH
插入
提取/插入
提取
载波
载波
光接口
光接口
光接口
物理线路
物理线路
终端
再生器
终端
通道层 复用层 再生层 物理层
21
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SDH的比特率
等级 STM-1
速率（Mb/s） 155.520
STM-4
622.080
STM-16 2488.320
STM-64 9953.280
22
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SDH的帧结构
STM-1的帧结构
125us 9x270=2430个字节
第1行
2
RSOH
3
4 AU PTR
5
净荷（含POH）
35
光纤通信课件第三篇胡1
结构图：
卡口式，能自锁和开启
4、 ST 型连接器 插销锁定式连接方式
5、FO 型光纤连接器
结构图：
作用：将带状光纤的光纤一根根分开，与单芯光纤连接。
6、MF型光纤连接器 结构图：
作用：多模带状光缆的光纤的一次连接。
3.2 光衰减器和光开关
一 光衰减器 1 定义
光衰减器是用来稳定地、准确地减小信号光功率的 无源光器件。
?直套管 ?锥型套管 ?其他
四 光纤连接产生的损耗
光纤连接时，产生的损耗主要来自制造技术和光纤本 身的不完善。光纤的横向错位、端面间隙、角度倾斜、端 面形状、端面光洁度以及纤芯直径、数值孔径、折射率分 布的差异和光纤的椭圆度、偏心度 等都会影响连接质量。
纤芯
纤芯
(a)
纤芯
纤芯
(b)
纤芯
纤芯
纤芯
纤芯
(a) 自 聚焦透 镜
?
2
滤光片
(c)
图
(b)
?1
?1
??23
自聚焦透镜 硅光栅 光纤
?1＋?2＋?3 (d)
(a) T形耦合器； (b) 定向耦合器； (c) 滤光式解复用器； (d) 光栅式解复用 器；
3 波导型 在一个平面板的衬底上制作 需要形状的光波
导，衬底既可以做支撑体也可以做波导的包层。
纤芯
纤芯
(c)
(d)
(e)
图 影响光纤连接质量的几种因素
五 光纤连接器的性能
① 插入损耗
IL ? ?10log Po Pi
RL ? ? 10 log PRi
② 回波损耗
Pi
③ 互换性
④ 重复性 ⑤ 插拔寿命
六 固定连接 ①粘接法 ②熔接法
卡口式，能自锁和开启
4、 ST 型连接器 插销锁定式连接方式
5、FO 型光纤连接器
结构图：
作用：将带状光纤的光纤一根根分开，与单芯光纤连接。
6、MF型光纤连接器 结构图：
作用：多模带状光缆的光纤的一次连接。
3.2 光衰减器和光开关
一 光衰减器 1 定义
光衰减器是用来稳定地、准确地减小信号光功率的 无源光器件。
?直套管 ?锥型套管 ?其他
四 光纤连接产生的损耗
光纤连接时，产生的损耗主要来自制造技术和光纤本 身的不完善。光纤的横向错位、端面间隙、角度倾斜、端 面形状、端面光洁度以及纤芯直径、数值孔径、折射率分 布的差异和光纤的椭圆度、偏心度 等都会影响连接质量。
纤芯
纤芯
(a)
纤芯
纤芯
(b)
纤芯
纤芯
纤芯
纤芯
(a) 自 聚焦透 镜
?
2
滤光片
(c)
图
(b)
?1
?1
??23
自聚焦透镜 硅光栅 光纤
?1＋?2＋?3 (d)
(a) T形耦合器； (b) 定向耦合器； (c) 滤光式解复用器； (d) 光栅式解复用 器；
3 波导型 在一个平面板的衬底上制作 需要形状的光波
导，衬底既可以做支撑体也可以做波导的包层。
纤芯
纤芯
(c)
(d)
(e)
图 影响光纤连接质量的几种因素
五 光纤连接器的性能
① 插入损耗
IL ? ?10log Po Pi
RL ? ? 10 log PRi
② 回波损耗
Pi
③ 互换性
④ 重复性 ⑤ 插拔寿命
六 固定连接 ①粘接法 ②熔接法
第3章 光纤通信器件32ppt课件
耦合器反射到其他端的光功率Pr的比值，用分贝表
示
DIR＝10 lg Pic
Pr
46
• 一致性U 者不同输出端耦合比的等同性。
47
3.3.3 光隔离器与光环行器
1．光隔离器的基本原理和结构 2．光环行器 3．光隔离器与光环行器的主要性能参数
48
• 互易器件 耦合器和其他大多数光无源器件的输 入端和输出端是可以互换的，称之为互易器件 。
• 星形耦合器 这是一种n×m耦合器，其功能是把n根 光纤输入的光功率组合在一起，均匀地分配给m根光 纤，m和n不一定相等。这种耦合器通常用作多端功率
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定向耦合器 这是一种2×2的3端或4端耦 合器，其功能是分别取出光纤中向不同方 向传输的光信号。光信号从端1传输到端2， 一部分由端3输出，端4无输出；光信号从 端2传输到端1，一部分由端4输出，端3无 输出。定向耦合器可用作分路器，不能用
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3.3.2 光耦合器
光耦合器 作用：把一个输入的光信号分配给多个输出， 或把多个输入的光信号组合成一个输出。
1．光耦合器的类型 2 2．光纤式耦合器的参数 （主要特性）
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1．光耦合器的类型
• 光耦合器按其功能及形状不同可分为T形、星形、 定向、波分复用器/解复用器。
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• T形耦合器 这是一种2×2的3端耦合器，其功能是把 一根光纤输入的光信号按一定比例分配给两根光纤， 或把两根光纤输入的光信号组合在一起，输入一根光 纤。这种耦合器主要用作不同分路比的功率分配器或 功率组合器。
波分复用器/解复用器 这是一种与波长有38
• 光耦合器按其结构不同可分为棱镜式和光纤式 两类。
棱镜 棱镜型
P1 输入端口
P2
光纤通信课件第三章
图3-7 GaAlAs-GaAs激光器的光谱
随着驱动电流的增加，纵模模数逐渐减少，谱线宽度变窄。当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵模激光器。
普通激光器工作在直流或低码速情况下，它具有良好的单纵模谱线，所对应的光谱只有一根谱线，如图3-8（a）所示。而在高码速调制情况下，其线谱呈现多纵模谱线。如图3-8（b）所示。
粒子数反转分布与光的放大
受激辐射是产生激光的关键。
如设低能级上的粒子密度为N1，高能级上的粒子密度为N2，在正常状态下， N1 ＞ N2，总是受激吸收大于受激辐射。即在热平衡条件下，物质不可能有光的放大作用。
1
2
3
4
5
粒子数反转分布状态是使物质产生光放大而发光的首要条件。
要想物质产生光的放大，就必须使受激辐射大于受激吸收，即使N2 ＞ N1 （高能级上的电子数多于低能级上的电子数），这种粒子数的反常态分布称为粒子（电子）数反转分布。
光纤通信中常用的光源器件有半导体激光器和半导体发光二极管两种。
半导体激光器（LD）：适用于长距离大容量的光纤通信系统。尤其是单纵模半导体激光器，在高速率、大容量的数字光纤通信系统中得到广泛应用。
发光二极管（LED）：适用于短距离、低码速的数字光纤通信系统，或者是模拟光纤通信系统。其制造工艺简单、成本低、可靠性好。
本章重点
发光机理。
本章难点
了解半导体激光器的物理基础。
掌握半导体激光器和发光二极管工作原理及其工作特性。
熟悉光源的驱动电路工作原理。
掌握光电检测器的工作原理及特性。
掌握无源光器件的功能及主要性能。
第3章 通信用光器件
学习本章目的和要求
光源器件：光纤通信设备的核心，其作用是将电信号转换成光信号送入光纤。
随着驱动电流的增加，纵模模数逐渐减少，谱线宽度变窄。当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵模激光器。
普通激光器工作在直流或低码速情况下，它具有良好的单纵模谱线，所对应的光谱只有一根谱线，如图3-8（a）所示。而在高码速调制情况下，其线谱呈现多纵模谱线。如图3-8（b）所示。
粒子数反转分布与光的放大
受激辐射是产生激光的关键。
如设低能级上的粒子密度为N1，高能级上的粒子密度为N2，在正常状态下， N1 ＞ N2，总是受激吸收大于受激辐射。即在热平衡条件下，物质不可能有光的放大作用。
1
2
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4
5
粒子数反转分布状态是使物质产生光放大而发光的首要条件。
要想物质产生光的放大，就必须使受激辐射大于受激吸收，即使N2 ＞ N1 （高能级上的电子数多于低能级上的电子数），这种粒子数的反常态分布称为粒子（电子）数反转分布。
光纤通信中常用的光源器件有半导体激光器和半导体发光二极管两种。
半导体激光器（LD）：适用于长距离大容量的光纤通信系统。尤其是单纵模半导体激光器，在高速率、大容量的数字光纤通信系统中得到广泛应用。
发光二极管（LED）：适用于短距离、低码速的数字光纤通信系统，或者是模拟光纤通信系统。其制造工艺简单、成本低、可靠性好。
本章重点
发光机理。
本章难点
了解半导体激光器的物理基础。
掌握半导体激光器和发光二极管工作原理及其工作特性。
熟悉光源的驱动电路工作原理。
掌握光电检测器的工作原理及特性。
掌握无源光器件的功能及主要性能。
第3章 通信用光器件
学习本章目的和要求
光源器件：光纤通信设备的核心，其作用是将电信号转换成光信号送入光纤。
第3章 光纤通信-169页PPT文档资料
较多。这种光纤的传输性能较差，带宽较窄，传输容
量也较小。
第 三 章 光 纤 通 信
图3.6 光纤中的光射线轨迹
渐变型多模光纤的纤芯直径一般也为
第 50m，这种光纤频带较宽，容量较大，是20世
三 章
纪80年代采用较多的一种光纤形式。所以一般 多模光纤指的是这种渐变型多模光纤。
光 纤
单模光纤是只能传输一种光波模式的光纤。
光 频率也不稳定，使调频或调相方式难以实现。因此，
纤 现有实用系统采取控制光功率的调幅方法，通常又称
通 信
为直接强度调制（IM）。经调制后的光功率信号耦
合入光纤，经光纤传输后，光接收机的光电检测器采
用直接检测方式（DD）将光信号变换成电信号，再
经放大、解调（或解码）后还原为原信号输出。这种
光纤通信系统称为强度调制/直接检测（ID/DD）光纤
通 单模光纤只能传输主模，不存在模间时延差，
信 具有比多模光纤大得多的带宽。单模光纤的直
径很小，约为4m～10m，其带宽一般比渐变
型多模光纤的带宽高一两个数量级，因此，它
适合于大容量、长距离通信，其光射线轨迹如
图3.6（c）。
第 3.2.2 光纤的导光原理
三
章 当光在远大于光波长的介质中传播时，光可用
图3.4 光纤芯线结构
第 三 章
光 纤 通 信
第 2．光纤的分类
三 光纤可以根据不同的方法进行分类。 章 （1）按光纤的材料来分，通常有石英玻璃光纤和全塑 光 光纤
纤
通 石英玻璃光纤主要材料是SiO2，并添加GeO2、B2O2、 信 P2O3等。这种光纤有很低的损耗和中等程度的色散，
目前通信用光纤绝大多数是石英玻璃光纤。
《光纤通信》 第3讲_无源光器件
6
2019/12/15
接续点上的不连续现象
7
由于折射率不同引起的反射可用菲涅耳公式计算。 设玻璃的折射率为n1时，光功率的反射系数可用下式求 出：
r =[(n1 - n2 )/(n1 + n2)]2
例如:当 n1 ＝ 1.45， n2 ＝ 1，r＝ 3.4%时，即有14.7dB 的反射损耗。
2019/12/15
13
光纤耦合器 fiber optic coupler
将不同方向的光信号耦合送入一根光纤中传输，或 者相反。结构：
Port 4
Port 3
棱镜耦合式
Port 1
光纤耦合式
Port 2
2019/12/15
14
2x2定向耦合器及lxN、NxN星形 耦合器大多数采用熔融 渐变双锥的制造方法，即将多根裸光纤绞合在一 起，火焰 加热到软化温度后适当拉 伸，在熔融区形成渐变双锥结构 。 图b是 X型2×2定向耦合器。
§= P 3/P 4
隔离度反映定向耦合器反向散射信号的大小。当从 1端注入光功率，3、4端输出功率时，2端对1端的隔离 度定义为：
I=10lg((P 3+P 4) / P2 )) (dB)
光纤定向耦合器的插入损耗为0.2～1dB,分光比1％ ～99％（根据需要)，隔离度可大于65dB。
2019/12/15
这个SWP的作用是将入射光分解为两个正交偏振分量， 让垂直分量直线通过， 水平分量偏折通过。
两个分量都要通过法拉弟旋转器， 其偏振态都要旋转 45°。法拉弟旋转器后面跟随的是一块半波片 (λ/2 plate或 halfwave plate)。
这个半波片的作用是将从左向右传播的光的偏振态顺时针 旋转45°，将从右向左传播的光的偏振态逆时针旋转45°。
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MF型连接器用于隧 （通）道里敷设光缆 的缆间接续中，可以 对带状5芯光纤进行一 次性连接，由于体积 小，可以装在标准接 头盒内，实现光纤的 高密度接续，其结构 如图所示。
07.11.2020
12
二、光纤分路器及耦合器
l 图表示了波导型分支器的结构。它是一种Y型 分支，一根芯线一端输入的光可用它加以等分。 当分支器分支路的开角增大时,向包层中泄露的光 将增多以致增加了过剩损耗。开角一般在1°～ 2°左右，因此分支器的长度不可能太短。
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接续点上的不连续现象
7
l 由于折射率不同引起的反射可用菲涅耳公式计算。 设玻璃的折射率为n1时，光功率的反射系数可用下式求 出：
r =[(n1 - n2 )/(n1 + n2)]2
例如:当 n1 ＝ 1.45， n2 ＝ 1，r＝ 3.4%时，即有14.7dB 的反射损耗。
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使用连接器进行光纤接续，由于菲涅耳反射等原因，对信 号产生不良影响。为了防止菲涅耳反射，设法把反射光的入射 角余角调整到大于临界角余角，使反射光进入包层并最终泄漏 出去。为此把连接器的管芯端面按8°进行倾斜研磨，就可以 实现。另外一种方法就是去掉连接之间的间隙。为此使管芯端 面间处于紧贴而不留一丝隙缝。通常把这种连接器叫做 PC (Physical Contact) 型连接器。 实际使用的PC型连接器如图所 示，把套管端面研磨成球面。 PC接续的反射很小，它的反射 损耗可达25dB以上。如果经 过精密加工研磨，就可将反射 损耗指标提高到40dB以上。
10
l
FC型(平面对接型)连接器是由连接插头、插座组成，其
结构如图所示。它主要使用在光缆线路与传输设备间的连接
，可以方便地进行光路的调整或线路的测试。连接器具有很
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ高的精度。
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l SF型连接器是室外用连接器，具有防水功能和 良好的温度特性。由于使用了塑料套管，其价格便 宜，可以和FC型连接器进行互换。
第三讲
无源光器件
主要内容
一、光纤的连接与光纤连接器 ☆
二、光纤分路器及耦合器 三、光合波器、光分波器
四、光隔离器 ☆
五、光开关 六、光可变衰减器 七、光纤光栅 八、光锁相环与非线性光环镜NLOM
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2
l 概述
构成一个完整的光纤传输系统，除了光源、 光检测器及光纤外，还需要众多的无源光器件， 如连接器、衰减器、隔离器、滤波器、分路器、 复用器、光开关和调制器等。
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l 光纤耦合器 fiber optic coupler
将不同方向的光信号耦合送入一根光纤中传输，或 者相反。结构：
Port 4
Port 3
棱镜耦合式
Port 1
光纤耦合式
Port 2
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l 2x2定向耦合器及lxN、NxN星形 耦合器大多数采用熔融 渐变双锥的制造方法，即将多根裸光纤绞合在一 起，火焰 加热到软化温度后适当拉 伸，在熔融区形成渐变双锥结构 。 图b是 X型2×2定向耦合器。
于设备与光纤之间的连接。 光纤连接器的作用是将需要连接起来的单
根或多根光纤芯线的断面对准、贴紧，并能多 次使用。
光纤连接器在工艺上应满足的条件： 1）连接损耗要小于 0.5dB； 2）装、拆方便，重复性好； 3）体积小，成本低等。 光纤连接器轴心偏离、有夹角会引起大的损耗。
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4
光纤与光纤的连接有两种形式，一种是永久性 连接，另一种是活动连接。
它们在系统中各起着光学连接、光功率分 配、光波分复用、光信道切换及光信息的衰减、 隔离和调制等。由此看来，无源光器件在光纤通 信系统中起着重要的作用。本讲仅介绍几种常用 的无源光器件的原理及性能。
07.11.2020
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一、光纤的连接与光纤连接器
光纤连接器 fiber optic connector 又称光纤活动连接器，俗称活动接头，用
永久性连接具有粘接法和熔接法之分，目前 多采用熔接法。
l 光纤连接器的基本构成
由三个部分组成的：两个配合插头和一个耦合 管。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套 管的作用。如图所示。
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光纤很细，单模光纤的纤芯直径要在10um以下， 因此熔接必须使用机器才行。良好的接续是指在接 续点上没有光传输的不连续现象。
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光纤连接器又分为多模连接器和单模连接器。
多模连接器用于多模光纤系统，它有U型 环路连接器、插座式连接器、现场装配连接器 （FA）以及C型连接器等，它们的损耗在0.40.5dB以下。
单模光纤连接器有PC型（直接接触型）、 FC型（平面对接型）、SC型（矩形）、ST型 等几种。
07.11.2020
§= P 3/P 4
隔离度反映定向耦合器反向散射信号的大小。当从 1端注入光功率，3、4端输出功率时，2端对1端的隔离 度定义为：
I=10lg((P 3+P 4) / P2 )) (dB)
下图中示出了纤芯不连续的几种典型状态，有 轴错位、纤芯倾斜、空隙、端面倾斜和纤芯直径及 折射率的微小差异等等。由于这些不连续性，也会 造成光功率的一部分变成散射损耗，或以反射波形 式返回发送端。有空隙时，因玻璃纤维和空气折射 率的差异，也会引起反射，此现象又称菲涅耳（ Fresnel）反射。
07.11.2020
07.11.2020
15
图c为8路传输型星型耦合器 图d为8路反射型星型耦合器
07.11.2020
16
l
光纤耦合器的指标有插入损耗、分光比与隔离度
（或方向性）等。例如2x2定向耦合器插入损耗为：
L1,2 =10lg(P1,2 /(P 3+P 4)) (dB)
式中， P1,2 为从输入端1或2输入的光功率， P 3,P 4 为输出端3、4的输出功率。定向耦合器的分光比为输 出端的功率分配比，即
在单模光纤连时接，除要求纤径一致之外，更重要 的是要求在实质上代表分布宽度的模场直径（MFD： Mode Field Diameter）一致。
目前工程中多采用高精度自动熔接机，光纤端面切 割好后，光纤间的对准、调整、熔接及损耗测量等步骤 都在微处理机的控制下自动完成，熔接质量很好，接头 附加损耗可控制在0.1dB以下。
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二、光纤分路器及耦合器
l 图表示了波导型分支器的结构。它是一种Y型 分支，一根芯线一端输入的光可用它加以等分。 当分支器分支路的开角增大时,向包层中泄露的光 将增多以致增加了过剩损耗。开角一般在1°～ 2°左右，因此分支器的长度不可能太短。
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07.11.2020
接续点上的不连续现象
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l 由于折射率不同引起的反射可用菲涅耳公式计算。 设玻璃的折射率为n1时，光功率的反射系数可用下式求 出：
r =[(n1 - n2 )/(n1 + n2)]2
例如:当 n1 ＝ 1.45， n2 ＝ 1，r＝ 3.4%时，即有14.7dB 的反射损耗。
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使用连接器进行光纤接续，由于菲涅耳反射等原因，对信 号产生不良影响。为了防止菲涅耳反射，设法把反射光的入射 角余角调整到大于临界角余角，使反射光进入包层并最终泄漏 出去。为此把连接器的管芯端面按8°进行倾斜研磨，就可以 实现。另外一种方法就是去掉连接之间的间隙。为此使管芯端 面间处于紧贴而不留一丝隙缝。通常把这种连接器叫做 PC (Physical Contact) 型连接器。 实际使用的PC型连接器如图所 示，把套管端面研磨成球面。 PC接续的反射很小，它的反射 损耗可达25dB以上。如果经 过精密加工研磨，就可将反射 损耗指标提高到40dB以上。
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l
FC型(平面对接型)连接器是由连接插头、插座组成，其
结构如图所示。它主要使用在光缆线路与传输设备间的连接
，可以方便地进行光路的调整或线路的测试。连接器具有很
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ高的精度。
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l SF型连接器是室外用连接器，具有防水功能和 良好的温度特性。由于使用了塑料套管，其价格便 宜，可以和FC型连接器进行互换。
第三讲
无源光器件
主要内容
一、光纤的连接与光纤连接器 ☆
二、光纤分路器及耦合器 三、光合波器、光分波器
四、光隔离器 ☆
五、光开关 六、光可变衰减器 七、光纤光栅 八、光锁相环与非线性光环镜NLOM
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l 概述
构成一个完整的光纤传输系统，除了光源、 光检测器及光纤外，还需要众多的无源光器件， 如连接器、衰减器、隔离器、滤波器、分路器、 复用器、光开关和调制器等。
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l 光纤耦合器 fiber optic coupler
将不同方向的光信号耦合送入一根光纤中传输，或 者相反。结构：
Port 4
Port 3
棱镜耦合式
Port 1
光纤耦合式
Port 2
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l 2x2定向耦合器及lxN、NxN星形 耦合器大多数采用熔融 渐变双锥的制造方法，即将多根裸光纤绞合在一 起，火焰 加热到软化温度后适当拉 伸，在熔融区形成渐变双锥结构 。 图b是 X型2×2定向耦合器。
于设备与光纤之间的连接。 光纤连接器的作用是将需要连接起来的单
根或多根光纤芯线的断面对准、贴紧，并能多 次使用。
光纤连接器在工艺上应满足的条件： 1）连接损耗要小于 0.5dB； 2）装、拆方便，重复性好； 3）体积小，成本低等。 光纤连接器轴心偏离、有夹角会引起大的损耗。
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光纤与光纤的连接有两种形式，一种是永久性 连接，另一种是活动连接。
它们在系统中各起着光学连接、光功率分 配、光波分复用、光信道切换及光信息的衰减、 隔离和调制等。由此看来，无源光器件在光纤通 信系统中起着重要的作用。本讲仅介绍几种常用 的无源光器件的原理及性能。
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一、光纤的连接与光纤连接器
光纤连接器 fiber optic connector 又称光纤活动连接器，俗称活动接头，用
永久性连接具有粘接法和熔接法之分，目前 多采用熔接法。
l 光纤连接器的基本构成
由三个部分组成的：两个配合插头和一个耦合 管。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套 管的作用。如图所示。
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光纤很细，单模光纤的纤芯直径要在10um以下， 因此熔接必须使用机器才行。良好的接续是指在接 续点上没有光传输的不连续现象。
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光纤连接器又分为多模连接器和单模连接器。
多模连接器用于多模光纤系统，它有U型 环路连接器、插座式连接器、现场装配连接器 （FA）以及C型连接器等，它们的损耗在0.40.5dB以下。
单模光纤连接器有PC型（直接接触型）、 FC型（平面对接型）、SC型（矩形）、ST型 等几种。
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§= P 3/P 4
隔离度反映定向耦合器反向散射信号的大小。当从 1端注入光功率，3、4端输出功率时，2端对1端的隔离 度定义为：
I=10lg((P 3+P 4) / P2 )) (dB)
下图中示出了纤芯不连续的几种典型状态，有 轴错位、纤芯倾斜、空隙、端面倾斜和纤芯直径及 折射率的微小差异等等。由于这些不连续性，也会 造成光功率的一部分变成散射损耗，或以反射波形 式返回发送端。有空隙时，因玻璃纤维和空气折射 率的差异，也会引起反射，此现象又称菲涅耳（ Fresnel）反射。
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图c为8路传输型星型耦合器 图d为8路反射型星型耦合器
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光纤耦合器的指标有插入损耗、分光比与隔离度
（或方向性）等。例如2x2定向耦合器插入损耗为：
L1,2 =10lg(P1,2 /(P 3+P 4)) (dB)
式中， P1,2 为从输入端1或2输入的光功率， P 3,P 4 为输出端3、4的输出功率。定向耦合器的分光比为输 出端的功率分配比，即
在单模光纤连时接，除要求纤径一致之外，更重要 的是要求在实质上代表分布宽度的模场直径（MFD： Mode Field Diameter）一致。
目前工程中多采用高精度自动熔接机，光纤端面切 割好后，光纤间的对准、调整、熔接及损耗测量等步骤 都在微处理机的控制下自动完成，熔接质量很好，接头 附加损耗可控制在0.1dB以下。