第六章光耦合器资料
光电耦合器件简介
光电耦合器件简介光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。
光电耦合器分为很多种类，图1所示为常用的三极管型光电耦合器原理图。
当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，CE导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，CE不通。
对于数位量，当输入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。
若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。
这种光耦合器性能较好，价格便宜，因而应用广泛。
图一最常用的光电耦合器之部结构图三极管接收型 4脚封装图二光电耦合器之部结构图三极管接收型 6脚封装图三光电耦合器之部结构图双发光二极管输入三极管接收型 4脚封装图四光电耦合器之部结构图可控硅接收型 6脚封装图五光电耦合器之部结构图双二极管接收型 6脚封装光电耦合器之所以在传输信号的同时能有效地抑制尖脉冲和各种杂讯干扰，使通道上的信号杂讯比大为提高，主要有以下几方面的原因：（1）光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧姆，而干扰源的阻抗较大，通常为105～106Ω。
据分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，但馈送到光电耦合器输入端的杂讯电压会很小，只能形成很微弱的电流，由于没有足够的能量而不能使二极体发光，从而被抑制掉了。
（2）光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气联系，也没有共地；之间的分布电容极小，而绝缘电阻又很大，因此回路一边的各种干扰杂讯都很难通过光电耦合器馈送到另一边去，避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。
（3）光电耦合器可起到很好的安全保障作用，即使当外部设备出现故障，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。
因为光耦合器件的输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压。
（4）光电耦合器的回应速度极快，其回应延迟时间只有10μs左右，适于对回应速度要求很高的场合。
第六章 发光器件与光电耦合器件
一、光电仪器中的常用光源
3、气体放电光源
（2）氙灯
②短弧氙灯：当氙灯的电极间距缩短到毫米数量级时称为短弧 氙灯。它的工作气压一般为10~20个大气压。短弧氙灯的电弧 亮度很高，其阴极点的最大亮度可达几十万坎德拉每平方厘米， 电弧亮度在阴极和阳极距离上分布是很不均匀的。
短弧氙灯常用于电影放映、荧光分光光度计以及模拟日光等 场合。
一、光电仪器中的常用光源
2、热辐射源
（3）白炽灯
③如果在灯泡内充入卤钨 循环剂（如氯化碘、溴化 硼等），在一定温度下可 以形成卤钨循环，就构成 了卤钨灯。卤钨灯的工作 温度为3200K，光效为 30lm/W。
一、光电仪器中的常用光源
3、气体放电光源
一、光电仪器中的常用光源
3、气体放电光源
利用气体放电原理制成的光源称为气体放电光源。
一、光电仪器中的常用光源
2、热辐射源 （1）太阳
一、光电仪器中的常用光源
2、热辐射源
（2）黑体模拟器 角度特性和光谱特性与理想黑体特性相似的辐射 温度为3000K，而实际应用的 大多是2000K以下。
一、光电仪器中的常用光源
2、热辐射源
（3）白炽灯 将灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光的电光
一、光电仪器中的常用光源
3、气体放电光源
（2）氙灯
③脉冲氙灯：脉冲氙灯的发光是不连续的，能在很短的时间内 发出很强的光。管内气压均在一个大气压一下。它用高压电脉 冲激发产生光脉冲。脉冲氙灯广泛用作固体机关器的光泵、照 相制版、高速摄影和光信号源等方面。
短弧氙灯常用于电影放映、荧光分光光度计以及模拟日光等 场合。
第6章 发光器件 与光电耦合器件
一、光电仪器中的常用光源 由物体温度高于绝对零度而
光电耦合器
在数字电路中的应用
1．输入电路设计 常用光耦数字信号输入电路如下图所示，其中图(a)为高电平驱动； 图(b)为低电平驱动；图(C)为增大电流驱动。
特性参数
光耦的参数可分为输入参数、输出参数和传输参数。 1．输出参数 （1）光电流：指光耦输入一 定的电流（一般为 10mA）、输出端接 有一定负载（大约500欧）、并按规定极性加一定电压（通常为10V） 时，在 输出端所产生的电流。（对于由光电三极管构成的耦合器， 光电流为几毫安；由光电二 极管构成的耦合器，则约为数十或数百 微安。） (2)饱和压降 UCE（sat）：指在由光电三极管构成的光耦中，输入一 定电流（一般为 20mA），输出回路按规定极性加一定电压（通常为 10V），调节负载电阻，使输出电流为一定值（一般为2mA）时，光 耦输出的电压，其值通常为0.3V。
（3）高工作频率：用光耦传输交流信号时，必须考虑它的频率 特性。输入信号频率高于某一频率时，输出电压值开始下降，当 输电 压下降到零频输出电压值的0.707倍时的输入频率称为光耦 的最高工作频率。（最高工作频率与负载电阻有关，负载电阻减 小，最高工作频率升高。）
（3）响应时间：响应时间用来表征光耦传输脉冲信号时响应速 度的参数。（响应时间包括上升时间和下 降时间。）
光耦的输入 信号较强的情况下，可直接驱动光耦的发光二极管。其 中，图(a)在输入高电平时，LED正偏导通，光耦输出端有信号输出。 图(b)在输入信号为低电平时，LED 正偏导通，光耦输出端有信号 输。当输入信号较弱时，须经放大后才能驱动光耦。增大电流驱动 电路如图(c)所示。图(a)、(b)、(c)所示，R1为限流电阻。
光纤耦合器
介绍
01 简介
03 单模 05 分类
目录
02 原理 04 多模
光纤耦合器(Coupler)又称分歧器(Splitter)、连接器、适配器、光纤法兰盘，是用于实现光信号分路/合 路，或用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域，在电信路、有线电视路、用户回路系统、区域路中都会 应用到。
简介
分类
按照耦合的光纤的不同有如下分类：
SC光纤耦合器：应用于SC光纤接口，它与RJ-45接口看上去很相似，不过SC接口显得更扁些，其明显区别还 是里面的触片，如果是8条细的铜触片，则是RJ-45接口，如果是一根铜柱则是SC光纤接口。
LC光纤耦合器：应用于LC光纤接口，连接SFP模块的连接器，它采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制 成。（路由器常用）
或用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域，在电信路、有线电视路、用户回路系统、区域路中都会 应用到。光纤耦合器可分标准耦合器(属于波导式，双分支，单位1×2，亦即将光讯号分成两个功率)、直连式耦 合器(连接2条相同或不同类型光纤接口的光纤,以延长光纤链路)、星状/树状耦合器、以及波长多工器(WDM，若 波长属高密度分出，即波长间距窄，则属于DWDM)，制作方式则有烧结(Fuse)、微光学式(Micro Optics)、光波 导式(Wave Guide)三种，而以烧结式方法生产占多数(约有90%)。烧结方式的制作法，是将两条光纤并在一起烧 融拉伸，使核芯聚合一起，以达光耦合作用，而其中最重要的生产设备是光纤熔接机，也是其中的重要步骤，虽 然重要步骤部分可由机器代工，但烧结之后，仍须人工作检测封装，因此人工成本约占10～15%左右，再者采用 人工检测封装须保品质的一致性，这也是量产时所必须克服的，但技术困难度不若DWDM模块及光主动元件高，因 此初期想进入光纤产业的厂商，大部分会从光耦合器切入，毛利则在20～30%。
光电耦合器课件
2、反射型
LED和光电接收器件封装在一个壳体内，两者的 发射光轴与接收光轴夹一锐角，若有被测物体存 在于器件前方， LED发光后将被被测物体反射至 接收器，构成测量近距离是否有物体存在的光电 开关。
如：产品自动计数
感应式水龙头
三、器件特性参数
1.隔离性：
（1）光耦电路的输入和输出之间完全没有电路联系。 （2）耦合电容<2pf
（3）击穿电压在100～250v之间
（4）输入输出绝缘电阻10^9～10^13 Ω （5）信号单向传递
2、电流传输比β β＝接收器输出电流/发光器件的注入电流
四、光耦基本电路 1、输入端
设计输入电路时，关键点在于确定限流电 阻，而限流电阻的大小由LED的额定电流决 定。
Rf
VBB VF IF
Rf
计数电路
译码显示电路
报警电路
与门电路，如果在输入端Ui1和 Ui2同时输入高电平"1"，则两
个发光二极管GD1和GD2都发光， 两个光敏三极管TD1和TD2都导 通，输出端就呈现高电平“1”。
3、电平转换
工业控制系统所用集成 电路的电源电压和信号脉 冲的幅度常不尽相同，如 TTL的电源为5V，HTL为12V， PMOS为－22V，CMOS则为 5～20V。如果在系统中必 须采用二种集成电路芯片， 就必需对电平进行转换， 以便逻辑控制的实现。
4、高压稳压电路
设计题
1、目的 了解光电测量系统工作原理，学习光电耦合器知
识；掌握数字电路计数、译码、显示系统的工作 原理及设计方法。
2、设计要求及技术指标
❖LED数码管显示计数值 ❖能在计数结果达到设定值时报警
3、要求完成的任务
❖计算参数，画出完整原理图
光耦合器
光耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。
它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。
当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。
以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。
光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。
输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。
这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。
由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。
所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。
在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。
在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。
光电耦合器分为两种：一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。
非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟量。
常用的4N系列光耦属于非线性光耦。
线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。
常用的线性光耦是PC817A—C系列。
开关电源中常用的光耦是线性光耦。
如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。
光电耦合的主要特点如下：1.输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于1010Ω，耐压一般可超过1kV，有的甚至可以达到10kV以上。
光耦合器的原理及应用
光耦合器的原理及应用光耦合器是一种能够将光信号从一个波导导向另一个波导的器件。
它是由两个相互靠近的光导层组成，中间被一个非光导层隔开。
光耦合器的原理基于光信号在两个光导层之间的耦合效应。
当光线通过一个光导层时，由于折射率不匹配，一部分光会耦合到另一个光导层中。
1.直接耦合：直接耦合是通过将两个光波导相互靠拢而实现的。
当两个光波导的间距逐渐减小时，光波导之间的耦合效应增强，光信号会从一个光波导传输到另一个光波导。
2.光子耦合：光子耦合是通过一个中间的非光导层实现的。
当光信号通过第一个光波导时，它会耦合到非光导层中，并通过非光导层传输到第二个光波导中。
光子耦合可以通过合理设计非光导层的折射率和厚度来控制。
3.表面插入耦合：表面插入耦合是通过在光波导表面引入一个插入层来实现的。
插入层是一种厚度较大的非光导层，光信号会在插入层和光波导之间反射和散射，从而实现光信号的耦合。
1.光通信：光耦合器可以用于光纤通信系统中，将光信号从一个光纤传输到另一个光纤，实现光信号的分配和复用。
2.光传感：光传感是一种利用光信号检测和测量环境中的物理量或化学量的技术。
光耦合器可以用于将传感器中的光信号从传感器波导耦合到光纤中进行传输，以实现远距离的测量和监测。
3.光路复用：光耦合器可以用于光路复用技术中，将多个光信号从不同的光波导复用到同一个光波导中，从而实现多路复用和集成。
4.光电子集成电路：光电子集成电路是一种将光学器件和电子器件集成在一起的技术。
光耦合器可以用于将光学器件和电子器件连接起来，实现光电子信号的转换和处理。
总结来说，光耦合器是一种非常重要的光学器件，它能够实现光信号的传输、耦合和分配，广泛应用于光通信、光传感、光路复用和光电子集成电路等领域。
随着光纤通信和光学器件技术的不断发展，光耦合器在各个领域中的应用也会越来越广泛。
光耦合器的作用
光耦合器的作用
光耦合器用于数模之间的转换。
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。
它由发光源和受光器两部分组成。
把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透亮绝缘体隔离。
发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管其工作原理时：在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照耀到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就可以实现电一光一电的转换。
耦合器：在微波系统中，往往需将一路微波功率按比例分成几路，这就是功率安排问题。
实现这一功能的元件称为功率安排元器件即耦合器，主要包括：定向耦合器、功率安排器以及各种微波分支器件。
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。
它由发光源和受光器两部分组成。
把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透亮绝缘体隔离。
发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。
光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。
1。
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熔锥光纤型波长耦合器
P
P1
P2
0
1 2
光栅
光栅型波长耦合器
43 2 1
输入光
光栅
光栅：材料（结构）中的周期性扰动
d
arcs
in
s
in
i
m
光栅具有特殊性质：(与波长相关的反射特性)
sini sind m
不同波长的光具有不同的衍射角，因此它们可以被分开。
光栅型波长耦合器
思考题
1
请结合书籍和网络，谈谈光纤连接器的最新 进展和市场应用情况。
提交报告1份!
2×2双锥形光纤耦合器的一端口的输入功率为 200
2
μW，两个输出端口的输出功率分别为 90 μW和 85 μW，另一输入端口输出功率为 6.3 nW，求：
1) 器件的分光比；2） 插入损耗。
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
微器件型
拓扑结构不同 树型耦合器
星型耦合器
光功率耦合器—Splitter
❖定义：对同一波长的光功率进行分路或合路 ❖功能：光信号的分配、合成、提取、监控等。
N×N
1×N
22光纤耦合器
输入功率 P0 P4
P3
串扰
L
锥形区域
直通功率 P1
W
耦合区域
L 锥形区域
P2 耦合功率
P1 P0 cos2 Cz P2 P0 sin2 Cz
性能参数
输入功率 P1
性能参数——插入损耗
直通功率 P3
P4
输入功率 P1
性能参数——附加损耗
直通功率 P3
P4
输入功率 P1
P2
性能参数——分光比（耦合比）
直通功率 P3
P4
输入功率 P1
P2
性能参数——串音（隔离度）
直通功率 P3
P4
光波长耦合器— Wavelength Coupler
a)结构
b)符号
光纤耦合器
光耦合器是具有多个输入端和多个输出端 的光纤汇接器件，它能使传输中的光信号在 特殊结构的耦合区发生耦合，并进行再分配， 实现光信号分路/合路的功能。
一般用MN来表示一个具有M个输入端和 N个输出端的光耦合器。
功能不同 光功率分配器
光波长分配器
光耦合器分类
工作原理不同 光波导型 熔锥光纤型
1 2 3
1+ 2+ 3
光纤
自聚焦透镜
光栅
自聚焦透镜原理
P P/4
介质薄膜型波长耦合器
1， 2， 3，…n
1， 3，…n
2
介质薄膜干涉型滤波器
介质薄膜型波长耦合器
自聚焦透镜 介质薄膜滤波器
2 1
1+ 2
4波长介质膜波长耦合器
介质薄膜3
4
22
介质薄膜2
1+ 2+ 3+ 4
3 11
介质薄膜1Leabharlann Any Question?
《光纤通信系统》
第五章 光无源器件(1)
本节内容:光耦合器
光耦合器概述
光耦合器的结构与工作原理
理解!
光耦合器的性能参数
掌握!
与OC的区别
光耦合器和电路中的OC（Optical Coupler）是同一个概念吗？
❖结构：发光器件和光敏器件组装在一起，构成 电—光—电的转换器件。 ❖应用：光电隔离器、开关
cC--耦2合n系1 数 aU2V2 2
K
0
(Wd a
)
K12 (W )
耦合区两纤芯中光功率随耦合区长度 的耦合交换规律。可根据耦合比要求， 决定拉伸长度，但拉锥长度太长，纤 芯变得过细后，将引起能量辐射，功 率降低，插入损耗明显增加。
被驱动光纤的相位总比驱动光纤的相位滞后/2。
❖插入损耗; ❖分光比; ❖附加损耗; ❖串音（隔离度）。