光纤通信器件
光纤通信系统与光器件光器件
三、多层介质膜滤波器TFF
Multilayer Dielectric Thin-Film Filter 多层介质膜：通过某一波长，阻止其它波长
Thin-Film resonant Multicavity Filter (TFMF) 薄膜多共振腔滤波器
TFMF的传输特性： 腔越多滤波器顶越平
边缘越陡
Output 1 /2+L+ /2= L+ Output 2 /2+L- /2= L
L=2neff L /=k
k为奇数 k为偶数
Output 1 Output 2
五、体光栅滤波器
在Si衬底上沉积环氧树脂后制造成光栅。多波长信号经光纤 输入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上，反射光栅将各 波长分开，然后经透镜将各个波长的光聚焦在各自的光纤。
光衰减器—Attenuator
根据工作原理分类：
横向位移型光衰减器
位移型光衰减器
纵向位移型光衰减器
光衰 减器
直接镀膜型光衰减器 （吸收模或反射模型）
衰减片型光衰减器
液晶型光衰减器
光衰 减器
固定光 衰减器
可变光 衰减器
尾纤式固定光衰减器
转\变换器式 固定光衰减器
SC—FC型、 FC— ST型、 SC—ST型、
对输入信号 进行分路的 3dB耦合器
长度相差L的两根波 导，用来在两臂间产 生与波长有关的相移
在输出端将 信号复合的 3dB耦合器
通过分裂输入光束以及在一条通路上引进一个相移，重组 的信号将在一个输出端产生相加性干涉，而在另一个输出 端产生相消性干涉，信号最后只会在一个输出端口出现。
Input 1
反射中 2neff 光栅
心波长
光纤通信-第五章-光纤线路技术与器件-光环形器
偏振相关型光隔离器
由起偏器、检偏器和旋光器三部分组成。
偏振无关型光隔离器
主要技术指标
插入损耗 回波损耗 隔离度
偏振相关损耗（PDL） 偏振模色散（PMD）
插入损耗(IL)
指在光隔离器通光方向上传输的光信号由 于引入光隔离器而产生的附加损耗。
无源器件和有源器件
无源器件(passive device)：本身不发生 光电或电光转换的器件。如光隔离器、 光耦合器、光环形器等实现连接光路、 分配光功率以及合波和分波等作用。
有源器件(active device)：本身会发生光 电或电光转换的器件，如激光器、光电 检测器、光放大器等。
光隔离器(isolator)
套管结构
由插针和套管组成，都是精密的机械结 构和光学结构
光纤固定在插针里，两个插针在套管中 对接并保证两根光纤的对准 套管 插针
光纤
光纤
插针
可用不锈钢、陶瓷、玻璃、塑料等材料制作
陶瓷材料具有极好的温度稳定性，线膨胀系 数很小，且与石英光纤的线膨胀系数接近，
使用最多
f 2.499±0.0005 f 0.125±0.001
由端口2>端口3;
…… 若端口N输入的光可由
端口1输出，称为环行 器，若不可以，称为准 环行器
应用
双向通信中的重要器件，完成正反向传 输光的分离
单纤双向通信、上/下话路、合波/分波 及色散补偿等
结构
光 分 偏 光 偏分 光 纤 束 振 束 振束 纤 准 合 旋 变 旋合 准 直 束 转 换 转束 直 器 镜 镜 器 镜镜 器
第五章 光纤线路技术及器件
主要内容
一、光隔离器和光环形器 二、光纤的连接 三、光衰减器和光开关 四、光纤耦合器 五、光纤光栅 六、波分复用器件 七、平面及矩形光波导技术及器件 八、光放大器 九、色散补偿技术
光纤通信器件问答题汇总
1、短周期光纤光栅
a)光纤布拉格光栅
b)闪耀光纤光栅
c)啁啾光纤光栅
2、长周期光纤光栅
如果进一步对光栅的折射率分布及调制深度进行分类，可以分为
超结构光纤光栅或者取样光纤光栅、
相移或者Moiré光纤光栅、
变迹或者切趾光纤光栅等
画图并说明相位掩模板、振幅掩模板、逐点曝光制作光纤光栅的方法。
OADM:
a)光纤光栅+环形器b)光纤光栅+M-Z干涉仪
c)薄膜滤波器+光开关d)波分复用器+光开关
OXC:a)光纤交叉连接(FXC)b)波长选择交叉连接(WSXC)c)波长交换交叉连接(WIXC)
怎样才能得到波长可调谐激光？怎样才能得到窄谱激光？说明理由。4P13
波长可调谐激光:
a)通过某些元件（如光栅）改变谐振腔低损耗区所对应的波长来改变激光的波长。
b)无需复杂的冷却装置，具有良好的热稳定性
c)很宽的泵浦波长范围
d)具有高可靠性
d)电光转换效率高
f)结构紧凑、牢固、不需精密的光学平台，能够适应恶劣的工作环境。
如何设计一种环形腔光纤激光器，给出设计方.案同说明工作原理。
掺稀土金属光纤放大器主要有哪些？
EDFA（掺铒光纤放大器）
PDFA（镨）
TDFA（铥）
自聚焦透镜材料不仅能够使沿径向传输的光产生折射，而且其沿径向逐渐减小的折射率分布，能够实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点。
节距： ，沿正弦轨迹传播，完成一个正弦波周期的长度即成为一个截距P；
描述OTDR的工作原理，并理解曲线所包含的信息，OTDR主要有哪些性能参数？
光时域反射仪OTDR (Optical Time DomainReflectometer)，是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表。
光纤器件及其在光纤通信中的应用解析
2光纤通信的发展和光纤器件的作用20世纪90年代中期以来,密集波分复用器(DWDM和掺饵光纤放大器(EDFA技术的发展和成熟以及因特网的社会需求热潮使世界光通信技术和产业迅猛发展。
但是,由于投资者对于光纤通信的过分偏爱和吹捧,以及网络热的迅速升温,导致1999年到2000年出现的光纤通信网络建设高潮和光纤器件产业的繁荣景象迅速瓦解。
目前,世界光纤器件市场面临的问题使人们对中国光纤器件产业的发展困惑不解。
其实,人类社会进人信息化和全球经济一体化后,信息交流已经成为社会发展的固有要求,作为信息交流基础之一的光纤通信在长途骨干网络建设高潮之后,城域网、局域网及接入网的建设高潮一定会到来。
本文试图从光纤器件在光纤通信中的作用说明光纤器件技术和产业发展的必然性,并概述光纤器件的现状和走向。
收稿日期:2003一03一04光纤器件伴随着光纤通信的兴起和发展已经走过几十年的历程。
光纤器件不仅成为光纤网络建设的基石,而且,光纤器件技术的发展促成光纤通信容量的爆炸性增长及光纤通信技术和产业的迅猛发展。
光纤器件技术的进一步发展和成熟还将会掀起光纤通信技术和产业发展的新高潮。
22.1光纤器件是光纤通信网络建设的基石光纤器件经过多年的发展,各种功能的光纤器件都应光纤线路或网络系统的需要而相继出现,门类和品种越来越繁杂。
各种功能不同、特性各异的光纤器件在不断满足网络系统需求的同时也渐渐成熟起来。
网络发展的高层次需求的不断出现又不时向光纤器件提供更新的要求,促使光纤器件在功能和性能上不断发展。
光纤器件在不断满足光纤通信在不同发展阶段的不同需求的同时也成为光纤通信网络建设不可缺少的基本构件,成为光纤网络建设的基石。
2.2光纤通信技术和产业迅猛发展从20世纪90年代中期以来,DWDM和EDFA技术迅速发展并成熟起来。
DWDM带来光纤通信容量的爆炸性增长,单根光纤的传输容量成倍、成十倍、成百倍地增长。
EDFA不仅延长了光纤通信的距离,而且大大降低了通信的成本。
光钎通信器件 第四章 光纤光栅原理及应用
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知识点回顾
光纤光栅：
用特定波长的激光以特定方式照射光纤，导致光 纤内部的折射率沿轴向形成周期性或非周期性的空间 分布，形成光栅结构，并且能精确控制谐振波长。
光纤光栅的的主要制作方法：
1. 纵向驻波写入技术(内部写入技术)
2. 横向全息写入技术 3. 相位掩模写入技术 4. 逐点曝光写入技术 5. 振幅掩模写入技术
1. 电磁调谐
将光纤光栅固定在磁致伸缩棒上，连同该磁致 伸缩棒置于均匀磁场中，磁致伸缩棒将磁力转化为 应力作用于光栅上，从而完成光纤光栅波长的连续 均匀调谐。103mT的磁场产生1.1nm的漂移量。
15.02.2021
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光纤通信器件
光纤光栅工作原理
如何产生光纤光栅波长的非均匀调谐，即调谐 后为啁啾光纤光栅？
8
光纤通信器件
光纤光栅的封装工艺与技术
二、掺杂光纤的光敏性
1. 掺杂光纤光敏性机理
➢掺杂物质与SiO2混合时形成的结构缺陷 ➢外界光场作用下通过单光子或双光子吸收过程使错位键破裂 形成色心
➢标准光纤：GeO2 ➢其它掺杂：Erbium（铒）, Europium（铕）, Cerium（铈） 2. 影响光纤光敏性的因素
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光纤通信器件
光纤光栅工作原理
2. 热调谐法 热调谐法是基于折射率与温度的依赖关系，实
验证明：光纤布拉格光栅波长的温度灵敏度为0.011 nm/oC（或者0.015nm/oC ）。热调谐的方法可以使 光纤光栅波长的调谐量达到30nm，但是调谐温度不 易控制，容易受应力的交叉影响，而且热传递速度 缓慢决定调谐过程缓慢，以至于适用价值不是很大。
光纤通信基本知识-无源器件X
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无源器件
耦合器
以图1形表示
1
2
4
3
图1
16
4.2
耦合器的功能是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。这种器件对光纤线 路的影响主要是附加插入损耗，还有一定的反射和串扰噪声 耦合器大多与波长无关，与波长相关的耦合器专称为波分复 用器/解复用器。
BICONIC Type
D4 Type
SMA 905 Type
SMA 906 Type
MINI BNC Type
6
连接头端面类型
Ferrule + Flange
Insertion Loss(插入损耗) <0.3dB Return Loss(回波损耗)
PC>40dB SPC>45dB
UPC>50dB APC>60dB
1. 耦合器类型 p94 图2给出常用耦合器的类型，它们各具不同的功能和用途。 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。
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…
…
T形
星形
(a)
(b )
1
2
1
2
1＋2＋N
…
4
3
N
定向
波分
(c)
式中，L为耦合器有效作用长度，Cλ为取决于光纤参数和 光波长的耦合系数。
设特定波长为λ1和λ2，选择光纤参数，调整有效作用长度， 使得当光纤a的输出Pa(λ1)最大时，光纤b的输出Pb(λ1)=0；当 Pa(λ2)=0时，Pb(λ2)最大。对于λ1和λ2分别为1.3μm和1.55μm的 光纤型解复用器，可以做到附加损耗为0.5 dB，波长隔离度大 于20 dB。
光纤通信用光器件介绍
光纤通信用光器件介绍光纤通信是利用光纤传输光信号进行通信的技术，其核心是通过光器件来发射、接收和调制光信号。
光器件是光纤通信系统中非常重要的组成部分，能够直接影响到通信系统的性能和稳定性。
在这篇文章中，我将介绍几种常见的光器件，并介绍它们的工作原理和应用。
第一种光器件是光纤激光器。
光纤激光器是一种能够发射强聚焦、单一波长、狭谱宽的光信号的器件。
它的工作原理是通过激光材料受到光电势驱动而产生的受激辐射来产生光信号。
光纤激光器具有很高的光输出功率和较窄的光谱特性，使其在长距离传输和高速通信中具有很大的优势。
第二种光器件是光纤调制器。
光纤调制器是一种能够改变光信号的特征以传输信息的器件。
它的工作原理是通过改变光的相位、幅度或频率，来调制光信号传递的信息。
光纤调制器在光纤通信中广泛应用于多种信号调制技术，如振幅调制、频率调制和相移键控等。
第三种光器件是光纤增益器。
光纤增益器是一种能够增强光信号的器件。
它通过将光信号输入到光纤中，通过光放大的原理来增强信号的强度。
光纤增益器在光纤通信系统中被广泛应用于信号放大和信号传输的中继，使得信号能够在长距离的传输中保持高强度和低损耗。
第四种光器件是光纤光栅。
光纤光栅是一种能够选择性反射或散射特定波长的光信号的器件。
它的工作原理是通过将光纤中的折射率周期性改变，产生布拉格衍射，从而实现对特定波长的光信号选择性反射或散射。
光纤光栅在光纤通信中被广泛应用于波长选择多路复用和分光分集等技术中。
第五种光器件是光纤检测器。
光纤检测器是一种能够接收光信号并转换为电信号的器件。
它的工作原理是通过光电效应将光信号转化为电信号。
光纤检测器在光纤通信系统中被广泛应用于光信号的接收和调制等过程中。
除了上述介绍的几种光器件外，还有许多其他类型的光器件，在光纤通信系统中起到了各种不同的作用。
例如，光纤散射器用于分配光信号，光纤滤波器用于调制光信号波长，光纤耦合器用于将多个光纤连接在一起等等。
这些光器件为光纤通信提供了更多的灵活性和多样性，使得通信系统能够更好地适应不同的需求和环境。
光纤的光模块作用
光纤的光模块作用
光纤的光模块的作用是进行光电转换，使得电信号能够转换为光信号进行传输，在接收端再将光信号转换成电信号。
具体来说，光模块是用于光纤通信的关键元件，由光电子器件、功能电路和光接口等组成。
光纤光模块是用于光纤通信的关键元件，其作用是在发送端将电信号转换为光信号，在接收端将光信号转换为电信号。
光模块主要由光电子器件、功能电路和光接口等组成。
光电子器件是光模块的核心部分，包括激光二极管（LD）和发光二极管（LED）等。
激光二极管能够产生单色光，并且光束的方向性
较好，因此常用于长距离传输。
发光二极管产生的光为宽带光，方向性较差，但价格较便宜，因此常用于短距离传输。
功能电路包括驱动电路、接收电路、调制解调电路等。
驱动电路和接收电路是将电信号进行光电转换的电路，调制解调电路则是用于将模拟信号转换为数字信号或在接收端进行数字信号恢复的电路。
光接口包括光纤连接器、透镜等，用于将光信号传输到光纤中或从光纤中接收光信号。
光纤连接器是将光模块与光纤进行连接的装置，透镜则是用于将光信号聚焦或发散的装置。
总之，光纤光模块是实现光纤通信的重要元件，其作用是将电信号转换为光信号进行传输，并在接收端将光信号转换为电信号。
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▪ 低的插入损耗 ▪ 好的重复性 ▪ 好的互换性 ▪ 低的反射损耗 ▪ 长的使用寿命 ▪ 环境温度变化性能稳定
光纤通信器件
连接型号：
▪ FC型 表示用螺纹连接 ▪ SC型 表示轴向插拔矩形外壳结构 ▪ ST型 表示弹簧带键卡口结构
光纤插针的端面类型：
▪ PC:平面/球面 ▪ APC:斜面
第三章 光纤通信器件
3.1 连接器 3.2 接头 3.3 耦合器 3.4 可调谐光滤波器 3.5 调制器 3.6 光开关 3.7 波长转换器
光纤通信器件
光纤通信主要器件： 连接器 耦合器 可调谐光滤波器 波分/复用/解复用器 调制器 光开关 光环形器 光隔离器 波长转换器 光分插复用器 光叉连接器
❖特 点：光栅由声波动态产生，声波又由施加在 压电晶体（LiNbO3）上的射频信号产生。
❖物理原理：基于光弹性效应，即声光材料传输的声 波或超声波信号产生随声波幅度周期性变化的应力， 使该材料的分子结构产生局部的密集和疏松，相当 于使折射率产生周期性的变化，其结果是声波产生 了可以对光束衍射的光栅，因此对波长具有选择性。
▪ 外调制：让激光器连续工作，把外调制器放于 激光器输出端之后，用承载信息的信号通过调 制器的连续输出进行调制。
光纤通信器件
1、电光调制器 基本原理：基于晶体和各向异性聚合物 中的线性电光效应，即电光材料的折射 率n随施加的外电场E而变化，从而实现 对激光的调制。 几种调制器：
▪ 相位调解器 ▪ 马赫－曾德尔幅度调制器 ▪ 耦合波导调制器
光纤通信器件
可调谐光滤波器：一种波长选择器件， 功能是从许多不同频率的输入光信号中， 选择出一个特定频率的光信号。 可调谐滤波器的要求：
▪ 调谐范围宽，滤波器带宽必须足够大，以传 输所选择信道的全部频谱成分
▪ 调谐速度快 ▪ 插入损耗小 ▪ 对偏振不敏感 ▪ 稳定性好 ▪ 环境、温度和震动影响小，成本低
n
是
0
E
0时材料的折射率、
rij：线性电光系数
i、j对应于适当坐标系统中 的各向异性材料
的轴线
光纤通信器件
相位差 和电场E强 的度 关系为：
2
n i
LLn30rijEj
n03rij
LU d
L:相互作用长 d：度 介质厚U度 ：电位差
光传输方向为z轴
光纤通信器件
假设入射光与y轴成45度的线偏振光E,入
射光用沿x和y方向的偏振光Ex和Ey表示，
对应折射率
n，1'、于n2' 是沿Z轴传输距离
L后，引起的相位变化为：
Ex
: 1
2
n
' 1
L
2L
(n0
1 2
n r3 0 22
V d
)
Ey
: 2
2n ' 2
L
2L
(n0
1 2
n r3 0 22
V d
)
1
2
2 3 ( n r 光纤通信0器件22
连接型号组合： 光纤活动连接器有：PC/FC、 SC/PC、
SC/APC、ST/PC等类型
光纤通信器件
设计重点：端面（连接面） 设计目的：缩短光纤端面的间隙，减少费
涅尔反射，降低插入损耗，并 使部分反射光旁路，以增大回 波损耗。
光纤通信器件
3.2 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ头
接头：永久性连接，在现代通信设施光纤光 缆线路建造中的重要技术
LV d
)
于是施加的外电压 ，在两个电场分 量之间产生一个可调整的相位差，因此 出射光波的偏振态可被施加的外电压控 制。
光纤通信器件
2、相位调制器：用LiNbO3（铌酸锂）晶 体制成，引入系数 (0.5~0.7)
▪ 热溶连接 ▪ 机械连接 ▪ 毛细管黏结连接
光纤通信器件
3.3 耦合器
耦合器：类似于微波中的耦合器，将光信 号进行分路或合路、插入、分配 的一种器件。
结构四大类：
▪ 微光元件型 ▪ 光纤成型型 ▪ 光纤对接耦合型 ▪ 平面波导型
光纤通信器件
❖ T型耦合器:3端耦合器,2×2耦合器等 功能：把一根光纤输入的光功率分配给 两根光纤
❖星型耦合器：N×N耦合器，N×M耦合器 功能：把N根光纤输入的光功率组合在 一起，均分配给N根输出光纤。
光纤通信器件
3.4 可调谐光滤波器
1. 分类：
• 电子滤波器：低通、带通、带阻、高通，从 包含多个频率分量的电信号中提取所需要的 频率信号。
• 光滤波器：光通信系统的关键器件。
2. 原理分类：干涉型、衍射型和吸收型
光纤通信器件
3.1 连接器
连接器：光纤通信中应用最广泛最基本的 无源器件，是把两个光纤端面结合在一起， 以实现光纤与光纤之间可拆卸连接的器件。 连接器分类：
▪ 尾纤：用于和光源或检测器耦合，构成发射机 或接收机的输出或输入接口；或者构成光缆或 各种光无源器件两端的接口。
光纤通信器件
▪ 跳线：用于终端设备和光缆线路及各种光无 源器件之间的互连，以构成光纤传输系统。
光纤通信器件
四种光滤波器：
▪ 法布里－珀罗滤波器（F-P）滤波器 ▪ 马赫－曾德尔干涉滤波器（M-Z）干涉滤波
器 ▪ 光栅滤波器 ▪ 光纤环路谐振带通滤波器
上述可调谐滤波器各有优、缺点。
光纤通信器件
声光滤波器（ ATOF:Acousto-optic Tunable Optical Filters ）
光纤通信器件
❖典型的ATOF的特性
▪ 调谐范围宽（1.2um～1.6um）
▪带
宽 （1nm）
▪ 调谐块
（10us）
▪ 插入损耗<5dB
▪ 串话小<-20dB
▪ 波长稳定性好
▪ 极化无关
光纤通信器件
3.5 调制器
调制器：把电信号调制成光信号
▪ 直接调制：激光器的注入电流直接随承载信息 的信号而变化，容易引入线性调频（啁啾）
❖组 成：一个表面声波器件（SAW: Surface Accoustic Wave ）；两个正交偏振器，两个光波 导（紧密结合）
光纤通信器件
❖滤波器通带
(0.82 ) /( Ln) （um ） ：ATOF 选择的波长
n：材料双折射 L：产生 TE / TM 模式变化的宽带 SAW 在射频信号作用下使声 光 偏振态从 TE 模转化到 TM 模
光纤通信器件
电光效应
对于一个入射偏振光， 施加的电场 E对折射率 n的影响为：
n ' n E E 2 n n1 n2
n1 E
珀克（ pocvel ）效应，线性电光效应
n E 2 克尔（ kerr ）效应，二阶电光效应 2
调制器通常利用线性电 光效应，此时：
n1
E
n3 0 2
rij E j