光纤光学-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。
光纤无源及有源器件综述
表5.2 耦合器的一般特性
耦合器
工作波长/ μm 插入损耗/dB 分路比 0.5/0.5
0.3/0.7 0.1/0.9
方向性/dB
稳定性/dB
工作温度/ºC
2×2型
1.31或1.55
3.4 5.6/1.8 10.8/0.7 40~55 0.8~2.0 -40~+70
n×n星型
1.31或1.55
0 4×4 8×8 32 ×32
够通过第一个偏振器。 紧接第一个偏振器的是法拉弟旋转(xuánzhuǎn)器，法拉弟旋转器由旋光材料制成，能使光的偏振
态旋转一定角度，例如45°，并且其旋转方向与光传播方向无关。
精品文档
5.1.4 光隔离器与光环行器
对图5.8的说明(shuōmíng)： 法拉弟旋转器后面跟着的是第二个偏振器， 这个偏振器的透振方向在45°方向上，
半波片
SWP
SWP 光纤输入
(a) 法拉弟旋转器
光纤输出
半波片
SWP
(b)
图 5.9 一种与输入(shūrù)光的偏振态无关的隔离器
光纤输入
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5.1.4 光隔离器与光环行器
对图5.9的说明(shuōmíng)： 具有任意偏振态的入射光首先(shǒuxiān)通过一个空间分离偏振器(SWP: Spatial Walk off Polarizer)。 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。
光偏振(极化) 单模光纤中传输的光的偏振态(SOP： State of Polarization) 是在垂直于光传输方向的平面上电场矢量
的振动方向。 在任何时刻，电场矢量都可以分解为两个正交分量(fèn liàng)，这两个正交分量(fèn liàng)分别称为
光无源器件的技术分析
光无源器件的技术分析光无源器件是指在光通信和光网络中，不需要外部能量输入就能起作用的光学器件，例如光纤、分光器和波长分复用器等。
这些器件在光通信和光网络中起着至关重要的作用，它们的性能直接影响到整个系统的性能和稳定性。
本文将对光无源器件的技术进行分析，探讨其应用领域、性能特点和发展趋势。
一、光无源器件的应用领域光无源器件广泛应用于光通信和光网络领域，包括光纤通信系统、光纤传感系统、光纤传输系统、光纤传感测量系统等。
在光纤通信系统中，光纤作为光信号的传输介质，承担着传输和接收光信号的任务；而分光器和波长分复用器等器件则用于对光信号进行分配、合并和波长分复用。
在光纤传感系统中，光纤传感器借助于光无源器件对光信号进行传输和检测，实现对环境参数的实时监测。
二、光无源器件的性能特点1. 低损耗：光无源器件在光信号的传输和处理过程中，尽可能地减少能量损耗，保证光信号的传输稳定和可靠。
2. 增益均匀：光无源器件对光信号进行分配、合并和波长分复用时，能够保持光信号的增益均匀，保证传输系统的性能稳定。
3. 高灵敏度：光无源器件在提取和传输光信号时，对光信号的灵敏度高，能够快速、准确地传输光信号。
4. 高波长选择性：光无源器件对不同波长的光信号具有高度的选择性，能够对不同波长的光信号进行准确的分配和合并。
5. 高可靠性：光无源器件的制作工艺和材料选择经过严格的筛选和测试，保证其在光通信和光网络系统中具有高可靠性和长寿命。
三、光无源器件的发展趋势1. 高性能化：随着光通信和光网络技术的不断发展，光无源器件的要求也越来越高，未来光无源器件将不断追求更高的性能，包括更低的损耗、更高的增益均匀性、更高的波长选择性和更高的可靠性。
2. 多功能化：未来光无源器件将趋向于多功能化，能够实现多种功能的器件，例如光纤传输系统中的光纤分光合并器将具有分光、合并和波长分复用的功能。
3. 集成化：随着微纳光电子器件和光学集成技术的不断发展，未来光无源器件将趋向于集成化，实现多种功能的集成器件。
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。
光无源器件测试方法
光无源器件测试方法光无源器件是指在光通信系统中，不需要外部能源供应而能够实现光信号的传输和控制的器件。
典型的光无源器件包括光纤、光栅、光分路器、光耦合器等。
为了确保光无源器件在正常工作条件下能够稳定可靠地传输光信号，需要进行严格的测试和验证。
本文将从光纤、光栅、光分路器和光耦合器等不同类型的光无源器件入手，介绍其测试方法。
1.光纤测试方法光纤是光通信系统中最基础、最重要的光无源器件。
常用的光纤测试方法包括：（1）衰减测试：通过测试光信号从光纤中的衰减情况，来评估光纤功率损失情况。
（2）反射测试：测试光纤接口的反射损耗，确保光信号不会因为接口反射而引起干扰或损失。
（3）纤芯直径测试：测试光纤纤芯直径的尺寸，以确保光信号能够正常传输。
2.光栅测试方法光栅是一种具有周期性折射率变化的光无源器件，常用于光波的衍射和光谱分析等应用。
光栅的测试方法包括：（1）频率响应测试：测试光栅的响应频率范围和频率分辨率，以评估其衍射性能。
（2）衍射效率测试：测试光栅的衍射效率，即测试输入光功率和输出光功率之间的关系。
（3）波长选择测试：测试光栅的波长选择性能，即测试不同波长的光信号在光栅中的传输效果和衍射效率。
3.光分路器测试方法光分路器是一种能够将入射光信号分成两个或多个输出的光无源器件。
光分路器的测试方法包括：（1）分光比测试：通过测试输入光功率和输出光功率之间的关系，来评估光分路器的分光比性能。
（2）均匀性测试：测试光分路器的不同输出通道之间的功率均匀性，以确保光信号在分路器中能够平衡地分布。
4.光耦合器测试方法光耦合器是一种能够将两个或多个光纤的光信号耦合在一起的光无源器件。
光耦合器的测试方法包括：（1）插损测试：通过测试耦合器输入光功率和输出光功率之间的差异，来评估光耦合器的插损性能。
（2）均匀性测试：测试耦合器不同输出通道之间的功率均匀性，以确保光信号在耦合器中能够均匀地分布。
综上所述，光无源器件的测试方法主要包括衰减测试、反射测试、频率响应测试、衍射效率测试、波长选择测试、分光比测试、均匀性测试和插损测试等。
光纤光学-无源器件
光衰减器（Attenuator）
光衰减器主要用于光纤通信系统的特性测试和其他测试中， 是对光功率有一定衰减量的器件。根据衰减量是否变化，可以分 为固定衰减器和可变衰减器。
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固定衰减器
输入光纤 光纤连接器 透镜
衰减部分
输出光纤 透镜 光纤连接器
固定衰减器对光功率衰减量固定不变，主要用于调整 光纤传输线路的光损耗。
光纤无源及有源器件 技术及应用
光纤器件
用途:
实现光纤中的信号连接、能量分路/合路、波长复用/解 复用、光路转换、能量衰减、方向阻隔、光-电-光转换、 光信号放大、光信号调制等功能，是构成光纤通信系统 的必备元件。
光器件是具有上述一种功能的元器件的总称。
类型：无源 (passive)、有源 (active)
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可变衰减器
(a)光路和结构
厚 薄
(b) 连续衰减片
可变衰减器的衰减量可在一定范围内变化，用 于测量光接收机灵敏度和动态范围。
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光纤无源器件
光连接器 Connector 光衰减器 Attenuator 光耦合器 Coupler 复用器、解复用器 Multiplexer / Demultiplexer 光隔离器 Isolator 环行器 Circulator 光起偏器Polarizer 偏振控制器 Polarization Controller 滤波器 Filter 光开关 Switches
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波分复用器/解复用器 （ Multiplexer / Demultiplexer ）
将不同波长的信号结合在一起经一根光纤输出的器件称 为复用器(也叫合波器)，反之，经同一传输光纤送来的 多波长信号分解为各个波长分别输出的器件称为解复用 器(也叫分波器)。
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。
光纤通信用新型光无源器件
光纤通信用新型光无源器件光纤通信是一种高速、远距离传输数据的先进技术，其中最为关键的因素是光无源器件。
光无源器件是指在光通信中不需要任何主动或外部能量驱动的光学器件。
光无源器件具有光学透明度高、传输损失小、光学干扰小等优点，广泛应用于光网络、光纤传感器、光存储等领域。
随着科技的发展，新型光无源器件也得到了广泛研究和应用。
一、新型光无源器件概述新型光无源器件是指近年来光通信技术和材料技术的发展所推动的新型光无源器件。
这些器件具有光学性能更优、光纤通信能力更强、成本更低等特点。
目前，在新型光无源器件方面，最具有前景的研究方向有：1. 高效能光器件研究：如利用微纳技术制备高品质硅基光器件，制备更具有可靠性和成本优势的纳米光器件。
2. 光纤泵浦技术研究：光纤泵浦技术是光无源器件中的一项重要技术，它可以实现高功率、高效率的光放大器和激光器等器件。
3. 新型光纤材料研究：新型光纤材料具有更广泛的光谱响应、更高的抗干扰能力、更大的带宽等特点，可以扩展光纤通信的传输容量和传输距离。
二、新型光无源器件的应用领域新型光无源器件是光通信技术的重要组成部分，它在科学研究、医疗、工业制造、国防等领域都有着广泛的应用。
1. 光网络：新型光无源器件可以有效地提高光网络的传输质量和稳定性，使其更加可靠。
2. 光纤传感器：新型的光无源器件可以应用于各种光纤传感器、特别是温度和应力传感器。
3. 光存储：新型光无源器件也可以应用于光存储器件，以实现更高密度的存储和更快的读写速度。
4. 医疗：新型光无源器件应用于医疗器械中，可以提高医疗诊断和治疗的可靠性和精度。
5. 国防：新型光无源器件在国防领域中的应用，包括光纤通信、光纤传感器、高性能光放大器等方面，可以有效提高军事通信的保密性。
三、新型光无源器件的研究现状当前，新型光无源器件研究正处于高速发展期，主要涉及器件结构设计、材料制备、光学特性测试等方面。
在器件设计方面，国内多家单位正在进行研究，采用多种方法优化器件的结构和性能；在材料制备方面，利用新型材料和制备技术进行研究和应用；在光学特性测试方面，采用更加高效的测量方法和测试设备等。
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熔锥形光纤耦合器示意图
光纤耦合器示意图
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熔融拉锥系统示意图 熔融拉锥法是将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一定 方式靠拢，在高温下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双 锥体形式的特殊波导结构，实现传输光功率耦合的一种方法。
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光纤耦合器的技术参数
（1）插入损耗 （定义同前）
（2）附加损耗
附加损耗(Excess Loss，EL)定义为所有输出端口的光功率总
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光纤
套管
插针 粘结剂
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常用光纤接头类型
“/”前面部分表示尾纤的连接器型号 “/”后面部分表示截面处理工艺
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连接器型号
“SC” 接头， （Square Connector/ Standard Connector / Subscriber Connector ）是标准方型接头，采用 工程塑料，具有耐高温，不容易氧化 优点。传输设备侧光接口一般用SC接 头
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光纤连接器 （Connector）
光连接器件是把两个光纤端面结合在一起，以实 现光纤之间可拆卸（活动）连接的光无源器件，它还 具有将光纤与有源器件、光纤与其它无源器件、光纤 与系统和仪表进行活动连接的功能。
影响连接损耗的因素：
光纤连接时，由于光纤纤芯直径、数值孔径、折射 率分布的差异以及横向错位、角度倾斜、端面间隙、 端面形状、端面光洁度等因素的影响，都会产生连接 损耗。
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光纤连接器一般性能
项目 插入损耗/dB 重复性/dB 互换性/dB 反射损耗/dB
寿命（插拔次数）
工作温度/ºC
型号或材料
PC型 APC型 不锈钢 陶瓷 不锈钢 陶瓷
性能 0.2~0.3
0.1 0.1
>40 >60
103 104
-20~+70 -40~+80
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光纤无源器件
光连接器 Connector 光衰减器 Attenuator 光耦合器 Coupler 复用器、解复用器 Multiplexer / Demultiplexer 光隔离器 Isolator 环行器 Circulator 光起偏器Polarizer 偏振控制器 Polarization Controller 滤波器 Filter 光开关 Switches
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光纤耦合器（Coupler）
光耦合器（Coupler）是一类能使传输中的光信号在特殊结构 的耦合区发生耦合，并进行再分配的器件。从端口形式上划分，它 包括X型(2×2)耦合器、Y形（1×2）耦合器、星形（N×N，N>2） 耦合器以及树形耦合器等。
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光纤耦合器（Coupler）
1
α
α：耦合分束比，3dB coupler α= 0.5
“LC”（Lucent Connector）接头与SC 接头形状相似，较SC接头小一些。
“FC”接头，（ Ferrule Connector ）是 金属接头，一般在ODF侧采用，金属 接头的可插拔次数比塑料要多
“ST”（Straight Tip） 卡接式圆型接 头，金属接头，
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截面处理工艺
PC： （Physical Contact）其接头截面是平的 回损：>40dB UPC: (Ultra Polished connectors) ，接头是弧形的 回损：50dB~55dB APC: (Angle Polished Connector) ， 截面8度倾斜角接触面 回损：>60dB
光纤无源及有源器件 技术及应用
Hale Waihona Puke 光纤器件用途:实现光纤中的信号连接、能量分路/合路、波长复用/解 复用、光路转换、能量衰减、方向阻隔、光-电-光转换、 光信号放大、光信号调制等功能，是构成光纤通信系统 的必备元件。
光器件是具有上述一种功能的元器件的总称。
类型：无源 (passive)、有源 (active)
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光衰减器（Attenuator）
光衰减器主要用于光纤通信系统的特性测试和其他测试中， 是对光功率有一定衰减量的器件。根据衰减量是否变化，可以分 为固定衰减器和可变衰减器。
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固定衰减器
输入光纤 光纤连接器 透镜
衰减部分
输出光纤 透镜 光纤连接器
固定衰减器对光功率衰减量固定不变，主要用于调整 光纤传输线路的光损耗。
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光纤无源器件
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光纤无源器件
光无源器件是一种能量消耗型器件，主要功能是对信号或能量 进行连接、合成、分叉、转换以及有目的的衰减等，在光纤通信 系统以及各类光纤传感系统中是必不可少的重要器件。
光无源器件的功能：
连接 功率耦合 功率调节 单向传输 波长选择 交换、开关
复用、解复用 调制、解调 编码、解码 色散处理 缓存、存储 逻辑处理
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光纤无源器件
光连接器 Connector 光衰减器 Attenuator 光耦合器 Coupler 复用器、解复用器 Multiplexer / Demultiplexer 光隔离器 Isolator 环行器 Circulator 光起偏器Polarizer 偏振控制器 Polarization Controller 滤波器 Filter 光开关 Switches
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可变衰减器
(a)光路和结构
厚 薄
(b) 连续衰减片
可变衰减器的衰减量可在一定范围内变化，用 于测量光接收机灵敏度和动态范围。
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光纤无源器件
光连接器 Connector 光衰减器 Attenuator 光耦合器 Coupler 复用器、解复用器 Multiplexer / Demultiplexer 光隔离器 Isolator 环行器 Circulator 光起偏器Polarizer 偏振控制器 Polarization Controller 滤波器 Filter 光开关 Switches
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器件参数概念
插入损耗: (Insertion Loss)
光纤无源器件
回波损耗:（Return Loss）
隔离度 (Isolation)
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光纤无源器件
光连接器 Connector 光衰减器 Attenuator 光耦合器 Coupler 复用器、解复用器 Multiplexer / Demultiplexer 光隔离器 Isolator 环行器 Circulator 光起偏器Polarizer 偏振控制器 Polarization Controller 滤波器 Filter 光开关 Switches