第三章光无源器件
光无源器件介绍范文
光无源器件介绍范文光无源器件是指无需外界能源输入即可以产生、控制、处理或传输光信号的器件。
它们在光通信、光传感、光储存、激光装置等领域具有重要应用价值。
本文将详细介绍几种常见的光无源器件，包括光纤、光栅、偏振器件、光耦合器件和光探测器等。
首先，光纤是一种常见的光无源传输介质。
它具有优异的光学特性，可以实现长距离、高速、低损耗的光信号传输。
光纤通信系统中的核心部件就是光纤。
光纤根据其结构可以分为多模光纤和单模光纤。
多模光纤通常用于短距离通信，而单模光纤适用于长距离通信。
光纤的制作工艺和材料技术的不断进步使得光纤通信系统性能不断提升。
其次，光栅是另一种常见的光无源器件。
光栅是在光介质中周期性变化的折射率结构，可以对入射光进行衍射和反射。
光栅可以用于光谱分析、光信号处理和光波波长选择等应用。
根据光栅的结构可以分为吸收光栅和反射光栅。
吸收光栅通过调整折射率分布来实现频率选择，反射光栅则通过反射光波形成波束宽度调制。
光栅可以实现光信号的分光、滤波和耦合等功能。
再次，偏振器件是用于控制和调整光波偏振状态的器件。
偏振器件根据其工作原理可以分为吸收式偏振器、分束偏振器和光学偏振调制器。
吸收式偏振器通过吸收非期望偏振分量来实现偏振分离。
分束偏振器通过折射率分布的改变实现光波的分离。
光学偏振调制器则通过改变材料的光学特性或施加电场来调制光的偏振状态。
其次，光耦合器件用于实现不同光波的耦合和分离。
光耦合器按照其结构和工作原理可分为分离型光耦合器和集成型光耦合器。
分离型光耦合器通过光波的反射和折射实现光波的耦合。
集成型光耦合器则通过光导波结构的耦合来实现不同波长光波的耦合和分离。
光耦合器为光通信和光传感等系统提供了重要的互连和耦合功能。
最后，光探测器是一种用于接收光信号并转换为电信号的器件。
根据工作原理，光探测器可分为光电二极管、光电导探测器和光电子倍增器等。
光电二极管是最常见的光探测器，它利用内建电场将吸收的光电子转化为电流。
光通信 之光无源器件
• 光无源器件是光路的重要组成部分。 • 光无源器件与电无源器件有许多相似之 处，电无源器件如插头、开关、电容、 电阻、电感等，是电路的重要组成部分。 常见的光无源器件有光纤连接器、光波 分复用器、光衰减器、光隔离器、光耦 合器、光开关等。
本章主要内容
1 2 3 4 光纤活动连接器 光衰减器 光波分复用器 其他无源器件
■对光无源器件的普通要求：
插入损耗小 工作温度范围宽 性能稳定、寿命长 体积小 价格便宜 便于集成
1 光纤活动连接器
■连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸连接的器件。 （活动连接） ●主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输 入之间，或光纤线路与其他光无源器件之间的连接。
■接头是实现光纤与光纤之间的永久性连接。 （固定连接） ●主要用于光纤线路的构成作原理
■固定衰减器的结构：
在光纤的端面上或两个端面之间涂覆一层 衰减膜。
■固定衰减器的工作原理
吸收一部分光，使其产生衰减作用，即在 光线轴线上设置一种半透明的掺杂物质，即衰减 膜，以便吸收带内的光，产生衰减。
■可变光衰减器的工作原理： ●步进式： 准直器和两个衰减盘 可以产生十档的衰减量 ●连续式： 透镜、步进衰减圆盘、连续可 调衰减片 可连续均匀的改变张角，即改变其对光 的吸收量，产生连续可调的衰减量
光开关
■光开关功能：转换光路，实现光交换 ●机械光开关： ≯优点：插损小，串扰小，适合各种 光纤，技术成熟。 ≯缺点：开关速度慢。 ●固定光开关： ≯优点：开关速度快。 ≯缺点：插损大，串扰大，只适合 单模光纤。
光波长转换器
■功能：光信号转换成电信号，放大电信号， 调制成所需的波长 ●光电型波长转换器 光信号转换成电信号，放大电信号， 调制成所需的波长 ●全光型波长转换器 由半导体光放大器SOA组成
光无源器件的原理及应用
光无源器件的原理及应用概述光无源器件是指在光通信系统中不需要能量供给而能够实现光信号的传输和处理的器件。
这些器件主要包括光纤、光耦合器、光分路器和光合器等。
本文将介绍光无源器件的原理和应用。
光纤光纤是光通信系统的核心组成部分。
它通过将光信号以光的全内反射方式在高纯度的玻璃/塑料纤维中传输。
光纤有着很低的损耗和高的带宽能力，也是目前最主要的传输媒介之一。
光纤的原理光纤的工作原理基于光的光束泄漏现象，即当光束从一种介质射入另一种折射率较低的介质中时，光束会不断发生反射并沿着光纤内部进行传输。
光纤的核心由折射率较高的材料组成，以便在传输过程中最小化信号的损耗。
光纤的应用光纤广泛应用于长距离通信和局域网等领域。
其高带宽和低损耗的特点使得它成为传输大量数据的理想选择。
此外，光纤还应用于医疗设备、光纤传感器和光纤显示等领域。
光耦合器光耦合器是一种用于将光信号从一个光纤耦合到另一个光纤的器件。
它广泛应用于光通信系统中，可以实现信号的分配、处理和路由等功能。
光耦合器的原理光耦合器的原理基于波导模式之间的耦合。
当光信号从一个波导模式传输到另一个波导模式时，通过适当设计导波结构，可以实现高效的能量转移。
光耦合器的设计可以根据具体的应用需求进行调整，以实现不同的功能。
光耦合器的应用光耦合器广泛应用于光网络中的信号分配和路由。
在光通信系统中，光耦合器可以用于将信号从主干光纤耦合到分支光纤或从分支光纤耦合到接收器等。
此外，光耦合器还可以应用于光传感器和光存储等领域。
光分路器光分路器是一种可以将入射光信号分为两个或多个输出通道的器件。
它常用于光网络中的信号分配和选择。
光分路器的原理光分路器的原理基于多模干涉。
当光信号通过光分路器时，不同波长的光信号会按照特定的光学路径进行干涉，从而实现光的分路。
根据光分路器的设计，可以实现不同的分路比例和带宽。
光分路器的应用光分路器广泛应用于光通信系统中的信号分配和选择。
光分路器可以将光信号分为不同的通道，实现多路复用和分布式传输。
《光无源器件》课件
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目录 /目录
01
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04
光无源器件的 应用场景
02
光无源器件概 述
05
光无源器件的 市场分析
03
光无源器件的 原理与技术
06
光无源器件的 挑战与前景
01 添加章节标题
02 光无源器件概述
性能参数
光功率：表示光无源器件的输出光功率 光损耗：表示光无源器件的损耗程度 光隔离度：表示光无源器件的隔离性能 光稳定性：表示光无源器件的稳定性能
0应用
光纤通信：光无源 器件在光纤通信系 统中的应用广泛， 如光纤耦合器、光 纤分路器等。
光传输系统：光无 源器件在光传输系 统中的应用，如光 放大器、光调制器 等。
定义与分类
光无源器件：指在光通信系统中，不需 要外部电源即可工作的器件
分类：根据功能不同，可以分为光分路 器、光隔离器、光耦合器等
光分路器：用于将光信号分成多路，实 现光信号的分配和复用
光隔离器：用于防止光信号的反射和回 波，保证光信号的传输质量
光耦合器：用于将光信号从一个光纤传 输到另一个光纤，实现光信号的耦合和 分离
市场需求：光无源器件的市场需求尚未完全打开，需要加大市场推广力度 政策支持：政府对光无源器件产业的政策支持力度有待加强，需要争取更 多的政策支持
技术创新与突破方向
提高光无源器件的性能和稳定 性
降低光无源器件的成本和功耗
开发新型光无源器件，如光子 晶体、光子集成电路等
研究光无源器件在5G、物联网、 人工智能等领域的应用
添加标题
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光无源器件
对于宽谱源或ASE光源而言，波谱稳定度是一个关键参数，波谱稳定度是比积分功率稳定度更严格、更有意 义的参数，它表征宽谱源在一段时间内波谱峰峰值变化的最大值。由于宽谱源一般配合光谱仪或波长计之类器的材料大致决定了功率计的整体性能，一般有Ge、Si、InGaAs等材料的探测器，除此之外还有 一种低偏振反映度(PDR)探测器，这种探测器是在InGaAs探测器的基础上添加一些材料使得其对PDL非常不敏感， 所以很适合用于PDL的测试。
该方法是很多器件生产厂商常用的，优点是非常方便，如果功率计端采用裸光纤适配器，则只需5次切纤、2 次熔纤(回损采用比较法测试)便可完成插损、回损及偏振相关损耗的测试。但是这种测试方法却有严重的缺点： 由于偏振控制器采用随机扫描Poincare球面方法测试偏振相关损耗，无需做测试参考，所以系统测得的PDL实际 上是偏振控制器输出端到光功率计输入端之间链路上的综合PDL值。由于回损仪中的耦合器等无源器件以及回损 仪APC的光口自身都有不小的PDL，仅APC光口PDL值就有约0.007dB，且PDL相加并不成立，所以PDL测试值系统误 差较大，测试的重复性和可靠性都不理想，所以这种方法不是值得推荐的方法。改进测试方法见图2所示。
把光纤接头连接在一起，从而使光纤接通的器件称为转换器，转换器俗称法兰盘。在CATV系统中用得最多的 是FC型连接器；SC型连接器因使用方便、价格低廉，可以密集安装等优点，应用前景也不错，除此地外，ST型连 接器也有一定数量的应用。
第3章光无源器件电子通信专业
3.3 可调谐光滤波器
1. 光滤波器分类
根据工作原理分: 干涉型
衍射型
法布里珀罗(F-P: Fabry-Perot)滤波器 马赫-曾德尔(M-Z: Mach-Zehnder)滤波器 布拉格(Bragg)光栅滤波器 阵列波导光栅(AWG)滤波器
吸收型
根据其调谐的能力:
光频固定滤波器
可调谐滤波器
第3章光无源器件电子通信专业
(Wavelength Division Multipexers and Demultiplexers)
波分复用/解复用器：波分复用器(WDM, Wavelength
Division Multiplexers)的功能是把多个不同波长的发射机输出 的光信号复合在一起,并注入到一根光纤。解复用器的功能与 波分复用器正好相反
第3章光无源器件电子通信专业
3.3 可调谐光滤波器
2)滤波原理
平面镜
入射光
平面镜
透射光
驻波条件: 纵模: 纵模间隔:
L
j 为整数 or
or
第3章光无源器件电子通信专业
3.3 可调谐光滤波器
3)滤波示意图
input
调谐控 制电压
调谐滤 波器
信道间隔 最高频率信道和最低 频率信道间的频率差
滤波器带宽
第3章光无源器件电子通信专业
3.3 可调谐光滤波器
2) 工作原理 双臂干涉.
输出位相差
若在输出端3, l2满足相长条件,而l1满足相消条件,则输出l2光
即:
第3章光无源器件电子通信专业
3.3 可调谐光滤波器
一般式:
第3章光无源器件电子通信专业
3.3 可调谐光滤波器
3) 级联M-Z 干涉滤波器
光纤传感原理与应用 尚盈 电子课件 第三章 无源器件
3.2光纤耦合器
3.2 光纤耦合器的评价指标
1、插入损耗：插入损耗是指耦合器的某一输出端口所引入的功率损耗，通常以该端口的输出功率与某一 输入端口的输入功率之比的对数来表示即
3.2光纤耦合器
3.2 光纤耦合器的基本原理
光纤耦合器的功能是把一个或多个光输入分成两个或多个光输入，它是一种用于传 送和分配光信号的无源器件。对光实现分路、合路、插入和分配的无源器件。另外， 光纤耦合器在分光后，也会改变不同光路中光的相位，这在干涉型光纤传感器中极为 重要。
光纤耦合器可以分为光功率分配器、波分复用器以及光偏振分束器；从端口形 式上分，它可以分为X形(2×2)耦合器、Y形(1×2）耦合器、星形(N×N)耦合器以 及树形（1×N，N>2)耦合器，
1、在不连续点，如固定连接器和活动连接器，光纤会产生光功率损耗和反射。 光纤的连接损耗与被连接光纤纤芯结构参数差异（内部损耗因子）和光纤接续 质量（外部损耗因子）有关，若通过光纤连接器的透射率T，则光纤的连接损耗
L为： L 10 logT
两光纤相对位置的偏移引起的损耗，因光纤相对位置偏离而产生的横向偏移， 纵向偏移以及角向偏移。
光无源器件一般分为三种： 1、由玻璃块光学器件构成。这种器件一般是在光纤末端加上准直透镜，光线 中的光经过玻璃光学期间后，又回到了光纤。 2、全光纤结构。例如光纤光栅、光纤耦合器等。 3、光波导型光纤无源器件。它采用集成光学的方法制成平面波导，再与光纤 耦合连接。
3.1 连接器
3.1 连接器的基本原理和结构
对于单模光纤耦合器，拉锥后一方面两根光纤的纤芯十分接近，另一方面光纤芯径也将变小， 导致模场直径减小，光场由芯径向外扩散，在纤芯外的光场沿着纤芯表面，并且沿着芯径的方 向衰减很快，被称为消失场或者瞬逝场。当两光纤极为靠近时，通过消失场进行能量交换，从 而产生了耦合。多模光纤耦合器的原理类似。
光无源器件原理与实验
光无源器件原理与实验光纤是一种光无源器件，它由一种具有相对较高折射率的芯部和一种具有较低折射率的包层组成。
光纤的原理是通过光在高折射率的芯部中的全反射，实现对光信号的传输。
光纤可以实现长距离的光信号传输，具有低损耗、大带宽等优点，在通信和光学传感领域得到了广泛应用。
衍射光栅是另一种光无源器件，它是一种用于分光和光谱分析的重要元件。
衍射光栅的原理是基于光波在光栅的周期性结构上产生衍射，从而实现对不同频率光的分散。
光栅的间距和结构决定了分光的波长范围和分辨率。
衍射光栅广泛应用于光谱仪、激光器和光通信设备等领域。
光栅耦合器是一种用于实现光纤与光波导之间能量传输和耦合的器件。
它利用光在光波导和光纤之间的耦合效应，将输入的光信号有效地耦合到输出的光波导中。
光栅耦合器的原理是通过在光波导中制作周期性的折射率变化，实现对光信号的散射和耦合。
光栅耦合器在集成光学芯片、光通信和光数据处理等领域得到了广泛应用。
光波导是一种用于实现光信号传输和调制的光无源器件。
它由具有较高折射率的光波导芯片和具有较低折射率的包层构成。
光波导的原理是通过光波在光波导芯片中的传播实现对光信号的传输和调制。
光波导可以根据其结构和材料的不同，实现对光波的分导、合并和调制等功能。
光波导广泛应用于光通信、光传感和集成光学芯片等领域。
实验上，研究光无源器件的原理和性能可以采用多种方法。
例如，使用光纤传输系统可以实现对光纤传输性能的测量和优化。
利用干涉仪等实验装置可以研究衍射光栅的性质和应用。
通过光栅耦合器的制作和测试可以了解其耦合效率和性能特点。
利用微纳加工技术可以制备光波导芯片，并通过波导损耗测试和光调制实验等方法研究其性能和特性。
综上所述，光无源器件是利用光学原理实现光传输、分光、耦合和调制等功能的重要器件。
研究光无源器件的原理和实验有助于深入了解和优化其性能，为光通信、光传感和集成光学芯片等领域的应用提供技术支持。
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•Often yellow sheath used for single-mode fiber, orange sheath for multimode
第三章 光无源器件 （Passive Components ）
内容提要
连接性器件 功能性器件
光衰减器 光隔离器与光环行器 光开关 偏振控制器 光调制器
第三章光无源器件
概述
一个完整光纤通信系统不仅需要光端机，光 纤线路，而且还需要多种光器件，光器件是 光纤传输系统重要组成部分。
光器件
有源光器件：需要外加泵浦源， 如电信号、光信号等。
FC型插头采 用螺纹连接
FC型插头：平头 PC型插头：球面头
FC/ FC型活动连接器 APC型插头：斜八度头
第三章光无源器件
FC/SC型活动连接器(用于FC和SC型插头互连)
SC型插头
SC型插头：由日本NTT研制，插针、套筒 与FC型完全一样，外壳采用工程塑料制作， 矩形结构，不用螺纹连接，可以直接插拔。
第三章光无源器件
二．多芯连接器的结构与种类 主要针对带状光缆，将多芯光缆的光纤分 别卡在V型槽对应的孔内，就可以被固定连 接起来。
光纤
V型槽
第三章光无源器件
三．主要性能指标
1．插入损耗L 若输入光纤的光功率为PT，输出光纤的光 功率为PR，插入损耗定义为：
L10lgPT PR dB
第三章光无源器件
光缆跳线（Jumper Cable）：将一根光纤的两头都装上 插头，称为跳线。连接器插头是其特殊情况，即只在光纤 一头装有插头。
跳线可以是单芯的或多芯的。
第三章光无源器件
转换器（Adaptor）：把光纤插头连接在一起，从而使 光纤接通的器件。转换器俗称插座或法兰盘。
转换器可以连接同型号或不同型号的插头。可以连接一 对或几对或多芯插头。
体块型（分立元件组成）：光隔离器、光 滤波器和闪耀光栅波分复用等
全光纤型：光定向耦合器、光纤型波分复 用和光纤型滤ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器等。
波导型： 铌酸锂（LiNbO3）波导开关、 波导调制器等。
第三章光无源器件
光纤传输系统对光无源器件的要求：
1.插入损耗小（除光衰减器外），对信号 影响小。
2.使用方便，便于操作与维护。 3.可靠性高，不受反复操作的影响，重复 性高。
2.回波（反射）损耗RL
R L1l0gPR P TP T PR dB
其中P′T是反向输入光功率， P′R是反向输出光功率
PT
PR
P′R
P′T
第三章光无源器件
引起光纤连接损耗的原因 :
•两 光 纤 端 面 之 间 有间隙D； •两 光 纤 轴 有 横 向 位移d； •两 光 纤 轴 倾 斜 成 角度θ； •光 纤 端 面 不 平 整 。
变换器（Converter）：将某一型号的插头变换成另一 型号插头的器件。
裸光纤转接器（Bare Fiber Adaptor ）：将裸光纤与光 源、探测器以及各类光仪表进行连接的器件。
光纤（缆）活动连接器：习惯上是指两个连接器插头加 一个转换器。
第三章光无源器件
活动连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸连 接的器件，活动连接器件是光纤通信领域 最基本、应用最广泛的无源器件，用于：
光纤线路与光发射机输出或光接收机输入 之间
光纤线路与其他光无源器件之间的连接 光纤与测试仪表之间 光纤固定接头是实现光纤与光纤之间的永久
性（固定）连接，主要用于光纤线路的构 成，通常在工程现场实施。
第三章光无源器件
一．单芯活动连接器的结构与种类
FC/FC型活动连接器(用于FC和FC型插头互连)
第三章光无源器件
FC/ST型活动连接器 (用于FC和ST型插头互连)
ST型插头：由AT&T公司开发，采用带键的卡 口式锁紧结构，确保连接时准确对准。
第三章光无源器件
•“Jumper cables” to connect devices and instruments
•“Adapter cables” to connect interfaces using different connector styles
第三章光无源器件
§2 功能性器件
光衰减器
功能：只衰减光的能量，不改变其他性能。 用途：光通信系统和测试系统指标 （1）小可变衰减器 （2）吸收膜可变衰减器
固定衰减器 步进可变衰减器 连续可变衰减器 第三章光无源器件
（1）小可变衰减器原理 通过法兰盘旋转使两根光纤端面之间的距 离发生变化，利用空气对光的衰耗进行小 范围的光强调整。 （2）吸收膜可变衰减器原理 在玻璃板上镀上一层Ni ( 镍) 和Cr(珞)化合 物等元素构成的金属蒸发膜，当光通过时， 能吸收部分或全部光能。
用途：光通信网络，光通信监测系统
光路 旋转轴
光路 旋转轴
第三章光无源器件
为了减小反射光，衰减片与光轴可以倾 斜放置。
光纤
自聚焦透镜
衰减器
光衰减器的主要技术要求是： 高的衰减精度
好的衰减重复性 低的原始插损
第三章光无源器件
一．光纤定向耦合器 ——简称光纤耦合器
光纤光耦合器的功能：
把一个输入的光信号功率分配给多个输 出，或把多个输入的光信号功率组合成 一个输出。这种光耦合器与波长无关。
4.体积小，重量轻。
A good book is a good friend
第三章光无源器件
§1 连接性器件
光纤（缆）活动连接器在结构上千差万别，品种上多种多 样，但按其功能可以分成如下几个部分：
连接器插头（Plug Connector）：由插针体（即装配好 光纤的插针）和若干外部零件组成。使光纤（缆）在转换 器或变换器中完成拔插功能的部件称为插头。两个插头在 插入转换器或变换器后可以实现光纤（缆）之间的对接。
无源光器件：无需外加泵浦源 就能完成器件功能。
第三章光无源器件
光有源器件： 激光器、发光二极管；光检测器；光放 大器、波长转换器、光调制器
光无源器件：光纤连接器、光定向耦合 器、光衰减器、光隔离器、光环形器、 波分复用器、光纤布拉格光栅、光偏振 控制器、光开关
第三章光无源器件
光无源器件按结构形式分：