光无源器件介绍
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光纤准直器的基本原理是，将光纤端面置于准直透镜的焦点处，
使光束得到准直，然后在焦点附近轻微调节光纤端面位置，得 到所需工作距离，因此准直器的工作距离与光纤头和透镜的间
距L 相关。
光纤准直器的作用是将光纤输出的束腰半径较小而发散角较大 的近似高斯光束转化为腰斑较大而发散角较小的光束，以增加
对轴向间距的容查从而提高光纤与光纤之间的耦合效率，这样
光耦合器（Coupler）
耦合机理示意图(1X2 Single为例)
背散射臂
耦合区
耦合臂
形成新的全反射
单模输入光 输入臂 （小角度单一路径）
入射角度变大
逸出折射光
直通臂
wk.baidu.com
光耦合器（Coupler）
熔融拉锥示意图 一定要打两个结 拉力
99.9％氢气火焰
光耦合器（Coupler）
结构示意图
V-shape Quartz Tube石英基板 Shrink Tube热缩套 Silicon Rubber硅胶 Stainless Steel Tube不锈钢套 UV 胶 Fiber光纤 Shrink Tube 热缩套 Stainless Steel Tube 不锈钢套
光纤准直器（Collimator) 制作工艺 Lens组装
UV胶
玻璃管
Lens
Epoxy环氧树脂
光纤准直器（Collimator) 制作工艺 Pigtail组装
斜面对齐
对齐后作标记
光纤准直器（Collimator) 制作工艺 Lens Holder套管组装
Lens Holder
光纤准直器（Collimator) 主要性能技术指标：
Air Gap 气孔
G-Lens Wedged Mirror 格林透镜 双折射晶体
Flex PCB（MEMS Chip Soldered） 印刷线路板（Chip 已焊接）
光衰减器（Attenuator）
光衰减器主要性能指标
1、Insertion Loss：插入损耗，即衰减量 2、Return Loss：回波损耗
2、固定连接器：主要为光纤熔接（Fiber Fusing Splicing ）
连接器（Connector） 基本制造类型
序号 按 ferrule插针分类 1 2 3 4 5 6 ø2.5mm陶瓷 ø1.25mm陶瓷 ø2.0mm陶瓷 ø3.17 mm陶瓷 方型塑料插芯 双锥插芯 SC LC D4 SMA905 MT （老式连接器） SMA906 MT-RJ MPX MPT FC MU ST 类型 ESCON E2000 BSC2 DIN
光纤耦合器件某一光路对其他光路中光信号的隔离能力
光衰减器（Attenuator）
4. 光衰减器（Attenuator）
光衰减器（Attenuator）
光衰减器的作用：
光衰减器是重要的光学无缘器件，常用于在系统中吸收或反射 掉光功率余量、评估系统的损耗以及各类测试中。
光衰减器可以按照用户的要求将光信号进行预期的衰减，类型 很多，不同类型衰减器分别采用不同的工作原理。
光纤准直器（Collimator) 种类
• C-Lens光纤准直器: Cylindrical-Lens,球端面透镜技术准直器 • G-Lens光纤准直器: Grin Lens,斜端面折射率径向渐变技术准直器 C-Lens 可通过增大端面曲率半径来增加工作距离，比G-Lens 改变参数相对容易，长工作距离应用中具有优势，而在普通应 用中，也因其成本优势受到欢迎。只是在Filter 型WDM 中，需 要在透镜的端面粘贴滤波片，Grin-Lens端面为平面易于贴片。
光耦合器（Coupler）
熔融拉锥型全光纤耦合器的优势
1、极低的附加损耗：标准X型可达到0.05dB以下；
2、方向性好：一般超过60dB; 3、良好的环境稳定性：例如在-40度－85度范围内可 保持稳定的工作特性； 4、控制方法简单、灵活；
5、成本低廉：原料为一般光纤，自动化程度高，成品
率高。
光耦合器（Coupler）
连接器（Connector） 各种制造标准
类型 厂商 FC&SC NTT ST LC MU D4 DIN&E2000 BSC2 Diamond Molex MPX MT-RJ VF-45
AT&T Lucent NTT NEC
AMP AMP&Stratos Siemeas
连接器（Connector）
LC/PC连接器组装结构
组装前
组装后
连接器（Connector）
主要性能技术指标 1、插入损耗（Insertion Loss)
2、回波损耗（Return Loss）
3、重复损耗：多次插拔的损耗 4、互换损耗：连接器部件互换时损耗
光耦合器（Coupler）
3. 光耦合器（Coupler）
光耦合器（Coupler）
1. 2. 3. 4. 5. Wavelength（波长） = 1520 ~ 1580 nm Insertion Loss（插入损耗） < 0.15 dB Return Loss（回波损耗） > 65 dB Tensile Load （拉力）> 5 N Working Distance（工作距离）: 10 mm
1、Polarization-Dependent Free-space Optical Isolator
空间型偏振相关隔离器，简称PDFI。其工作原理是利用了磁光晶体的法拉第效 应，具体结构是两个线偏振器中加一个法拉第旋转器而成。 微型空间型偏振相关隔离器，简称MOFI，是PDFI的微型化，原理与其相同。
连接器（Connector）
2. 连接器（Connector）
连接器（Connector）
基本原理
光纤连接器的基本原理是采用某种机械和光学机 构，是两根光纤的纤心对准，保证90％以上的光 可以通过。 光纤连接器是光学元器件中的基础元件，除了实 现光纤之间的连接外，它还具有将光纤光缆、有 源器件、其他无源器件、系统与仪表实现连接的 功能。
耦合器件的定义以及种类
光耦合器是重要的无源器件，可是传输中的光信号在特殊结构的耦 合区发生耦合，然后进行再分配。
种类从功能上分光功率（Splitter）和光波长分配耦合器（WDM Coupler）；从端口形式可分为X形、Y形、星形以及树形耦合器； 从工作带宽分窄带耦合器、单工作窗口宽带耦合器、双工作窗口的 宽带耦合器；从传导光模式分多模耦合器、单模耦合器。 熔融拉锥型全光纤耦合器应为其良好的综合优势成为现在制作耦合 器的主要方法。JDSU主要制造此类Coupler，为本章节专讲内容。
E2000/APC
连接器（Connector）
F3000/PC
Note: SFF Connector: Small Form Factor (1.25mm ferrule OD).
F3000/APC
连接器（Connector）
插针套筒式连接器示意图
插针 插针B
插针A
光纤
连接器（Connector）
3、Attenuation range ：衰减范围
4、Attenuation resolution ：衰减精度 5、PDL：偏振相关损耗
光隔离器（Isolator）
5. 光隔离器（Isolator）
光隔离器（Isolator） 概述与光隔离器种类
光隔离器主要是解决光路中光的反射问题，它是只允许光线沿光路正向传输的 非互易性无源器件。包括两种主要类型：
光耦合器（Coupler）
耦合机理：（单模光纤耦合器）
耦合即是入射光功率在熔融拉锥区域进行功率再分配，一部分通过 “直通臂”继续传输，另一部分由“耦合臂”传到另一光路。 基本原理是：当光线输入进入熔锥区输入端时，由于纤芯的不断变 细，入射角度也不断变大，当超过全反射的角度临界点时，会有部 分的光功率会逸出“输入臂”熔锥区的光纤包层，这时光功率是以 包层作为芯，纤外介质（空气）作为新的复合波导中传播的；在输 出端，随着纤芯变粗，入射角度逐渐变小，光功率被两个纤芯以特 定的比率捕获。
连接器（Connector） 种类
1、活动连接器： a、连接器插头（Plug Connector）
使光纤（缆）在转换器或变换器中完成插拔功能的器件
b、转换器（Adaptor） 把光纤（缆）插头连接在一起，从而实现光纤接通的器件 c、跳线（Jumper Connector ） 一根光纤（缆）的两端都装上插头 d、变换器（Converter） 使某种型号的插头换成另一种型号插头的器件 e、裸光纤转换器（Bare Fiber Adaptor ） 使裸光纤与光源、探测器、各类光仪表连接的器件
4、方向性（Directivity）：
输入侧非注入光一端的输出光功率与全部注入功率的比较值 5、均匀性（Uniformity）: 在器件工作带宽范围内，各输出端口输出光功率的最大变化值 6、偏振相关损耗（Polarization Dependent Loss） 当传输光信号偏振态发生360度变化，器件各端口输出光功率最大 变化量 7、隔离度（Isolation）
连接器（Connector）
部分连接器图例
SC/PC
SC/APC
连接器（Connector）
FC/PC
FC/APC
连接器（Connector）
LC/PC
LC/APC
连接器（Connector）
MU/PC
MU/APC
连接器（Connector）
ST/PC
连接器（Connector）
E2000/PC
7.
8. 9.
偏振光合波器（PBC）
光开关(Switch) 光环形器（Circulator）
概述 PPT内容介绍
• 各种无源器件的基本原理
• 各种无源器件的种类 •各种无源器件的性能技术指标
光纤准直器（Collimator)
1. 光纤准直器（Fiber Collimator）
光纤准直器（Collimator) 原理与作用
可使两准直器之间保持较长的距离，可以插入光学元件以实现 器件性能。如下图所示；
光纤准直器（Collimator) 原理示意图
束腰半径小 发散角大 近高斯光束 腰斑较大 发散角小
Fiber Pigtail 光纤尾纤
Grin Lens Glass Sleeve （1/4透镜） 玻璃套管
折射率径向变 化示意图
光纤结构示意图
Coating包胶层
Cladding涂覆层 Core纤芯
光耦合器（Coupler）
光线的传播
1. Meridional Ray子午光线的传播（总与光纤轴相交）
Cladding
Cladding
光耦合器（Coupler）
光线的传播
2. Skew Ray斜光线的传播（射入角大于子午线，不与光纤轴相交）
插针端面
PC：
Non-angled Physical Contact connector 无角度接触连接器
APC： Angled Physical Contact connector
有角度接触连接器
这里端面一般为球面，球面增加回损。比较两种连接器， APC斜球端面连接器可以在接触时产生更大的回波损耗， 其数值可以达到50-70dB，而一般的PC端面连接器回损约 为30-40dB，只是由于角度位置的要求，APC连接器制作 工艺会稍微复杂。
Title
Optical Passive Devices
光无源器件
概述
简介
• 是一种光学元器件 • 工艺原理遵循光学的基本原理，即光线理论 以及电磁波理论 • 光通信设备的重要组成部分 • 工艺涉及多种加工工艺，特别复杂
概述 光无源器件主要分为以下几种
1. 2. 3. 4. 5. 6. 光纤准直器（Fiber Collimators ） 光纤连接器（Connector） 光耦合器件（Coupler） 光衰减器（Attenuator） 光隔离器（Isolator） 光波分复用器（WDM）
Epoxy环氧胶
Silicon Rubber硅胶
V-shape Quartz Tube V型石英基板
光耦合器（Coupler）
主要性能技术指标
1、插入损耗 2、附加损耗（Excess Loss ）： 全部输出端口功率总和相对于全部输入功 率总和的减少值 3、分光比（Coupling Ratio）： 耦合器各输出端口的输出功率的比值
光衰减器（Attenuator）
光衰减器的种类
横向位移型 位移型光衰减器 纵向位移型
光衰减器
直接镀膜型光衰减器（吸收或反射膜） 衰减片型光衰减器 液晶型光衰减器
光衰减器（Attenuator）
MEMS衰减器的原理
正视图
Double Core Tube 双光纤毛细管 Epoxy 632胶 Vane 折光叶片 Coating 镀反射模
使光束得到准直，然后在焦点附近轻微调节光纤端面位置，得 到所需工作距离，因此准直器的工作距离与光纤头和透镜的间
距L 相关。
光纤准直器的作用是将光纤输出的束腰半径较小而发散角较大 的近似高斯光束转化为腰斑较大而发散角较小的光束，以增加
对轴向间距的容查从而提高光纤与光纤之间的耦合效率，这样
光耦合器（Coupler）
耦合机理示意图(1X2 Single为例)
背散射臂
耦合区
耦合臂
形成新的全反射
单模输入光 输入臂 （小角度单一路径）
入射角度变大
逸出折射光
直通臂
wk.baidu.com
光耦合器（Coupler）
熔融拉锥示意图 一定要打两个结 拉力
99.9％氢气火焰
光耦合器（Coupler）
结构示意图
V-shape Quartz Tube石英基板 Shrink Tube热缩套 Silicon Rubber硅胶 Stainless Steel Tube不锈钢套 UV 胶 Fiber光纤 Shrink Tube 热缩套 Stainless Steel Tube 不锈钢套
光纤准直器（Collimator) 制作工艺 Lens组装
UV胶
玻璃管
Lens
Epoxy环氧树脂
光纤准直器（Collimator) 制作工艺 Pigtail组装
斜面对齐
对齐后作标记
光纤准直器（Collimator) 制作工艺 Lens Holder套管组装
Lens Holder
光纤准直器（Collimator) 主要性能技术指标：
Air Gap 气孔
G-Lens Wedged Mirror 格林透镜 双折射晶体
Flex PCB（MEMS Chip Soldered） 印刷线路板（Chip 已焊接）
光衰减器（Attenuator）
光衰减器主要性能指标
1、Insertion Loss：插入损耗，即衰减量 2、Return Loss：回波损耗
2、固定连接器：主要为光纤熔接（Fiber Fusing Splicing ）
连接器（Connector） 基本制造类型
序号 按 ferrule插针分类 1 2 3 4 5 6 ø2.5mm陶瓷 ø1.25mm陶瓷 ø2.0mm陶瓷 ø3.17 mm陶瓷 方型塑料插芯 双锥插芯 SC LC D4 SMA905 MT （老式连接器） SMA906 MT-RJ MPX MPT FC MU ST 类型 ESCON E2000 BSC2 DIN
光纤耦合器件某一光路对其他光路中光信号的隔离能力
光衰减器（Attenuator）
4. 光衰减器（Attenuator）
光衰减器（Attenuator）
光衰减器的作用：
光衰减器是重要的光学无缘器件，常用于在系统中吸收或反射 掉光功率余量、评估系统的损耗以及各类测试中。
光衰减器可以按照用户的要求将光信号进行预期的衰减，类型 很多，不同类型衰减器分别采用不同的工作原理。
光纤准直器（Collimator) 种类
• C-Lens光纤准直器: Cylindrical-Lens,球端面透镜技术准直器 • G-Lens光纤准直器: Grin Lens,斜端面折射率径向渐变技术准直器 C-Lens 可通过增大端面曲率半径来增加工作距离，比G-Lens 改变参数相对容易，长工作距离应用中具有优势，而在普通应 用中，也因其成本优势受到欢迎。只是在Filter 型WDM 中，需 要在透镜的端面粘贴滤波片，Grin-Lens端面为平面易于贴片。
光耦合器（Coupler）
熔融拉锥型全光纤耦合器的优势
1、极低的附加损耗：标准X型可达到0.05dB以下；
2、方向性好：一般超过60dB; 3、良好的环境稳定性：例如在-40度－85度范围内可 保持稳定的工作特性； 4、控制方法简单、灵活；
5、成本低廉：原料为一般光纤，自动化程度高，成品
率高。
光耦合器（Coupler）
连接器（Connector） 各种制造标准
类型 厂商 FC&SC NTT ST LC MU D4 DIN&E2000 BSC2 Diamond Molex MPX MT-RJ VF-45
AT&T Lucent NTT NEC
AMP AMP&Stratos Siemeas
连接器（Connector）
LC/PC连接器组装结构
组装前
组装后
连接器（Connector）
主要性能技术指标 1、插入损耗（Insertion Loss)
2、回波损耗（Return Loss）
3、重复损耗：多次插拔的损耗 4、互换损耗：连接器部件互换时损耗
光耦合器（Coupler）
3. 光耦合器（Coupler）
光耦合器（Coupler）
1. 2. 3. 4. 5. Wavelength（波长） = 1520 ~ 1580 nm Insertion Loss（插入损耗） < 0.15 dB Return Loss（回波损耗） > 65 dB Tensile Load （拉力）> 5 N Working Distance（工作距离）: 10 mm
1、Polarization-Dependent Free-space Optical Isolator
空间型偏振相关隔离器，简称PDFI。其工作原理是利用了磁光晶体的法拉第效 应，具体结构是两个线偏振器中加一个法拉第旋转器而成。 微型空间型偏振相关隔离器，简称MOFI，是PDFI的微型化，原理与其相同。
连接器（Connector）
2. 连接器（Connector）
连接器（Connector）
基本原理
光纤连接器的基本原理是采用某种机械和光学机 构，是两根光纤的纤心对准，保证90％以上的光 可以通过。 光纤连接器是光学元器件中的基础元件，除了实 现光纤之间的连接外，它还具有将光纤光缆、有 源器件、其他无源器件、系统与仪表实现连接的 功能。
耦合器件的定义以及种类
光耦合器是重要的无源器件，可是传输中的光信号在特殊结构的耦 合区发生耦合，然后进行再分配。
种类从功能上分光功率（Splitter）和光波长分配耦合器（WDM Coupler）；从端口形式可分为X形、Y形、星形以及树形耦合器； 从工作带宽分窄带耦合器、单工作窗口宽带耦合器、双工作窗口的 宽带耦合器；从传导光模式分多模耦合器、单模耦合器。 熔融拉锥型全光纤耦合器应为其良好的综合优势成为现在制作耦合 器的主要方法。JDSU主要制造此类Coupler，为本章节专讲内容。
E2000/APC
连接器（Connector）
F3000/PC
Note: SFF Connector: Small Form Factor (1.25mm ferrule OD).
F3000/APC
连接器（Connector）
插针套筒式连接器示意图
插针 插针B
插针A
光纤
连接器（Connector）
3、Attenuation range ：衰减范围
4、Attenuation resolution ：衰减精度 5、PDL：偏振相关损耗
光隔离器（Isolator）
5. 光隔离器（Isolator）
光隔离器（Isolator） 概述与光隔离器种类
光隔离器主要是解决光路中光的反射问题，它是只允许光线沿光路正向传输的 非互易性无源器件。包括两种主要类型：
光耦合器（Coupler）
耦合机理：（单模光纤耦合器）
耦合即是入射光功率在熔融拉锥区域进行功率再分配，一部分通过 “直通臂”继续传输，另一部分由“耦合臂”传到另一光路。 基本原理是：当光线输入进入熔锥区输入端时，由于纤芯的不断变 细，入射角度也不断变大，当超过全反射的角度临界点时，会有部 分的光功率会逸出“输入臂”熔锥区的光纤包层，这时光功率是以 包层作为芯，纤外介质（空气）作为新的复合波导中传播的；在输 出端，随着纤芯变粗，入射角度逐渐变小，光功率被两个纤芯以特 定的比率捕获。
连接器（Connector） 种类
1、活动连接器： a、连接器插头（Plug Connector）
使光纤（缆）在转换器或变换器中完成插拔功能的器件
b、转换器（Adaptor） 把光纤（缆）插头连接在一起，从而实现光纤接通的器件 c、跳线（Jumper Connector ） 一根光纤（缆）的两端都装上插头 d、变换器（Converter） 使某种型号的插头换成另一种型号插头的器件 e、裸光纤转换器（Bare Fiber Adaptor ） 使裸光纤与光源、探测器、各类光仪表连接的器件
4、方向性（Directivity）：
输入侧非注入光一端的输出光功率与全部注入功率的比较值 5、均匀性（Uniformity）: 在器件工作带宽范围内，各输出端口输出光功率的最大变化值 6、偏振相关损耗（Polarization Dependent Loss） 当传输光信号偏振态发生360度变化，器件各端口输出光功率最大 变化量 7、隔离度（Isolation）
连接器（Connector）
部分连接器图例
SC/PC
SC/APC
连接器（Connector）
FC/PC
FC/APC
连接器（Connector）
LC/PC
LC/APC
连接器（Connector）
MU/PC
MU/APC
连接器（Connector）
ST/PC
连接器（Connector）
E2000/PC
7.
8. 9.
偏振光合波器（PBC）
光开关(Switch) 光环形器（Circulator）
概述 PPT内容介绍
• 各种无源器件的基本原理
• 各种无源器件的种类 •各种无源器件的性能技术指标
光纤准直器（Collimator)
1. 光纤准直器（Fiber Collimator）
光纤准直器（Collimator) 原理与作用
可使两准直器之间保持较长的距离，可以插入光学元件以实现 器件性能。如下图所示；
光纤准直器（Collimator) 原理示意图
束腰半径小 发散角大 近高斯光束 腰斑较大 发散角小
Fiber Pigtail 光纤尾纤
Grin Lens Glass Sleeve （1/4透镜） 玻璃套管
折射率径向变 化示意图
光纤结构示意图
Coating包胶层
Cladding涂覆层 Core纤芯
光耦合器（Coupler）
光线的传播
1. Meridional Ray子午光线的传播（总与光纤轴相交）
Cladding
Cladding
光耦合器（Coupler）
光线的传播
2. Skew Ray斜光线的传播（射入角大于子午线，不与光纤轴相交）
插针端面
PC：
Non-angled Physical Contact connector 无角度接触连接器
APC： Angled Physical Contact connector
有角度接触连接器
这里端面一般为球面，球面增加回损。比较两种连接器， APC斜球端面连接器可以在接触时产生更大的回波损耗， 其数值可以达到50-70dB，而一般的PC端面连接器回损约 为30-40dB，只是由于角度位置的要求，APC连接器制作 工艺会稍微复杂。
Title
Optical Passive Devices
光无源器件
概述
简介
• 是一种光学元器件 • 工艺原理遵循光学的基本原理，即光线理论 以及电磁波理论 • 光通信设备的重要组成部分 • 工艺涉及多种加工工艺，特别复杂
概述 光无源器件主要分为以下几种
1. 2. 3. 4. 5. 6. 光纤准直器（Fiber Collimators ） 光纤连接器（Connector） 光耦合器件（Coupler） 光衰减器（Attenuator） 光隔离器（Isolator） 光波分复用器（WDM）
Epoxy环氧胶
Silicon Rubber硅胶
V-shape Quartz Tube V型石英基板
光耦合器（Coupler）
主要性能技术指标
1、插入损耗 2、附加损耗（Excess Loss ）： 全部输出端口功率总和相对于全部输入功 率总和的减少值 3、分光比（Coupling Ratio）： 耦合器各输出端口的输出功率的比值
光衰减器（Attenuator）
光衰减器的种类
横向位移型 位移型光衰减器 纵向位移型
光衰减器
直接镀膜型光衰减器（吸收或反射膜） 衰减片型光衰减器 液晶型光衰减器
光衰减器（Attenuator）
MEMS衰减器的原理
正视图
Double Core Tube 双光纤毛细管 Epoxy 632胶 Vane 折光叶片 Coating 镀反射模