常见光无源器件解读
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。
光通信：第04章常用光无源器
光隔离器的应用场景
光隔离器是一种用于防止光信 号反方向传输的无源器件，主 要用于光纤放大器和激光雷达 等光通信系统。
在光纤放大器中，光隔离器可 以防止反向传输的光信号对放 大器的工作产生干扰，提高系 统的稳定性。
在激光雷达中，光隔离器可以 防止反向传输的光信号对激光 源的工作产生干扰，提高系统 的测量精度。
光通信第04章常用光无源器
contents
目录
• 光无源器件概述 • 常用光无源器件 • 光无源器件的工作原理 • 光无源器件的应用场景 • 光无源器件的挑战与解决方案
01 光无源器件概述
定义与分类
定义
光无源器件是指那些在光通信网络中 ，不需要外部电源直接驱动，只起到 传输、控制或变换光信号作用的器件 。
光衰减器的工作原理
光衰减器是一种用于降低光信号 强度的器件，它可以通过吸收或 散射等方式将光信号能量损耗掉
一部分。
光衰减器通常由光学玻璃、陶瓷 等材料制成，其结构可分为均匀
损耗和渐变损耗两种类型。
光衰减器在光通信系统中主要用 于调整光信号的功率、测试光路 的损耗以及保护光接收器件等。
光分路器的工作原理
光环形器的应用场景
光环形器是一种用于实现光信 号环形传输的无源器件，主要 用于光纤传感和激光雷达等光
通信系统。
在光纤传感中，光环形器可 以将多个传感光纤环形连接 在一起，实现多点同时测量
和数据采集。
在激光雷达中，光环形器可以 将多路激光信号环形连接在一 起，实现多目标同时测量的功
能。
05 光无源器件的挑战与解决 方案
应用
WDM系统等领域。
03 光无源器件的工作原理
光纤连接器的工作原理
光纤连接器是用于连接两根光纤的器件，通过精确对准光纤的纤芯和包层，实现光 信号的传输。
第四章无源光器件分析ppt课件
光纤连接器 fiber optic connector 又称光纤活动连接器，俗称活动接头，用
于设备与光纤之间的连接。 光纤连接器的作用是将需要连接起来的单
根或多根光纤芯线的断面对准、贴紧，并能多 次使用。
光纤连接器在工艺上应满足的条件： 1）连接损耗要小于 0.5dB； 2）装、拆方便，重复性好； 3）体积小，成本低等。 光纤连接器轴心偏离、有夹角会引起大的损耗。
如下图所示，可分为棱镜型，多层电介质 干涉膜（干涉膜滤波器）型以及衍射光栅型等 几种类型。
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光合波器和光分波器的类型
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它们在系统中各起着光学连接、光功率分 配、光波分复用、光信道切换及光信息的衰减、 隔离和调制等。由此看来，无源光器件在光纤通 信系统中起着重要的作用。本讲仅介绍几种常用 的无源光器件的原理及性能。
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使用连接器进行光纤接续，由于菲涅耳反射等原因，对信 号产生不良影响。为了防止菲涅耳反射，设法把反射光的入射 角余角调整到大于临界角余角，使反射光进入包层并最终泄漏 出去。为此把连接器的管芯端面按8°进行倾斜研磨，就可以 实现。另外一种方法就是去掉连接之间的间隙。为此使管芯端 面间处于紧贴而不留一丝隙缝。通常把这种连接器叫做 PC (Physical Contact) 型连接器。 实际使用的PC型连接器如图所 示，把套管端面研磨成球面。 PC接续的反射很小，它的反射 损耗可达25dB以上。如果经 过精密加工研磨，就可将反射 损耗指标提高到40dB以上。
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。
光无源器件常见类型
就是不含光能源的光功能的器件，是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。
因其具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点，广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等领域。
光无源器件在光路中都要消耗能量，插入损耗是其主要性能指标。
光无源器件包括光纤连接器、光开关、光衰减器、光纤耦合器、波分复用器、光调制器、光滤波器、光隔离器、光环行器等。
它们在光路中分别可实现连接、能量衰减、反向隔离、分路或合路、信号调制、滤波等功能。
光无源器件有很多种，本文将讲述常用的几种—光纤衰减器、光纤环形器、光纤准直器、光纤隔离器、光纤传感器、光纤合束器和光纤起偏器。
光纤衰减器是一种非常重要的纤维光学无源器件，是光纤CATV中的一个不可缺少的器件。
从市场需求的角度看，一方面光衰减器正向着小型化、系列化、低价格方向发展。
另一方面由于普通型光衰减器已相当成熟，光衰减器正向着高性能方向发展，如智能化光衰减器，高回损光衰减器等。
到目前为止市场上已经形成了固定式、步进可调式、连续可调式及智能型光衰减器四种系列。
任何光纤系统传输数据的能力取决于接收器的光功率，如下图所示，其显示了接收光功率作用下的数据链路误码率。
（误码率是信噪比的倒数，例如误码率越高表示信噪比的信号越低。
）无论功率过高或者过低都会导致较高的误码率。
功率过高，接收放大器饱和，功率过低，可能会干扰信号产生噪音等问题。
光纤衰减器主要用于调整光功率到所需标准。
光纤环形器光纤环形器为非互易设备，只能沿单方向环行，反方向是隔离的。
光纤环形器除了有多个端口外,其工作原理与光纤隔离器类似,也是一种单项传输器件,主要用于单纤双向传输系统和光分插复用器中。
光纤准直器光纤准直器由尾纤与自聚焦透镜精确定位而成。
它可以将光纤内的传输光转变成准直光(平行光)，或将外界平行(近似平行)光耦合至单模光纤内。
适用于扩展以及校准光纤端的输出光束，或耦合两光纤光束的装置。
光无源器件介绍范文
光无源器件介绍范文光无源器件，又称为光传输无源器件，是指在光通信或光网络中起到信号传输、辅助和转换的功能，但没有电源和活动部件的器件。
光无源器件包括各种被动元件，如光纤、光耦合器、光分路器、光滤波器、光合分器、光切换器等等。
在光通信和光网络中，光无源器件的使用非常广泛且至关重要。
首先，光纤是光无源器件中最基础和最关键的一个。
光纤的作用是将光信号传输到目标地点。
光纤由细长的玻璃或塑料材料制成，其核心是一个折射率较高的介质，被一个折射率较低的包层包围。
光纤的传输速度快、信号损耗小、带宽大，使其成为光通信和光网络中最常用的传输介质。
其次，光耦合器是光无源器件中一种常见的元件，用于实现光信号的耦合和分配。
光耦合器可以将入射光信号分配到多个输出端口，也可以将多个光信号通过耦合器的输入端口合并到一个输出端口。
光耦合器通常以光栅波导结构实现，其工作原理是通过光栅波导的折射率周期性变化将光信号耦合到不同的传输通道。
光分路器是另一种常见的光无源器件，用于将光信号按不同的比例分配到不同的输出通道。
光分路器通常采用耦合波导技术，通过改变波导的结构或尺寸使得不同的输出通道对应不同的传输损耗。
光分路器广泛应用于光网络中的信号分配、波长分割和波长选择等应用场景。
光滤波器是一种能够选择性地传递或阻挡特定波长的光信号的器件。
光滤波器通常采用薄膜多层堆积技术，通过控制多层膜材料的厚度和折射率来实现对特定波长的选择性透过或反射。
光滤波器在光通信中被广泛应用于波分复用和波分多路复用系统中，用于合并或分离不同波长的光信号。
此外，光合分器和光切换器也是光无源器件中的重要代表。
光合分器是一种能够将多个光信号合并到一个输出通道的器件，常用于光网络中信号的合并和集中。
光切换器则是一种能够通过调节输入和输出通道的连通状态实现光信号的切换的器件。
光切换器在光通信和光网络中能够实现对光路的切换、光路的互联等重要功能。
总之，光无源器件是光通信和光网络中不可或缺的一部分。
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式中，K n1 / n0 。当=1, =1.46时，I Lf 0.32 dB 。 (3) 由于两根光纤纤心直径不同，数值孔径不同也会引起 光纤连接器损耗。
3.1.2
连接。
光纤固定连接器
光纤固定连接器的作用是使一对或几对光纤之间永久性的 制作固定接头的方法有熔接法、V形槽法、毛细管法、套 管法等。
第3章
常见光无源器件
燕山大学信息工程学院光电子系
第3章
常见光无源器件
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、光耦合器、光波分
复用器、光隔离器、光衰减器、光开关等。
1．熔接法
用熔接法制作固定连接器，是光纤固定连接的主要方法。
它采用加热的方法将光纤熔接在一起，只要操作得当，熔
接机设计合理，连接插入损耗很小，后向反射光近似为零， 可以得到非常理想的光纤固定接头。
3.1.2
光纤固定连接器
光纤加热和熔化的方法有三种，如图3.9所示。其特点如下： (1) 电弧熔接 (2) 氢氧焰熔接 (3) 激光熔接
3.1.1
光纤活动连接器
(3) 重复性和互换性
重复性是指光纤活动连接器多次插拔后，插入损耗的变化，
用dB表示。
互换性是指连接器各部件互换时，插入损耗的变化，也用 dB表示。
3.1.1
光纤活动连接器
影响光纤活动连接器插入损耗的因素很多，现简述如下： (1) 两个光纤纤心位置的错位，如图3.8所示。 实际有三种情况，即横向错位、角度倾斜和端面间隙。
3.1.1
光纤活动连接器
14
图3.7
套筒的结构与尺寸
套筒的精度要求是：内孔光洁度为 14 ；拔插力为
3.92 ~ 5.88 N。开口套筒使用弹性好的材料，如磷青铜、 铍青铜、氧化锆陶瓷等。
3.1.1
光纤活动连接器
光纤活动连接器结构上差别很大，品种也很多， 但按功能可分成如下几部分：
3.1.1
光纤活动连接器
2．主要性能指标及测试方法 (1) 插入损耗
插入损耗是指光信号通过活动连接器后，输出光功率相对 输入光功率的分贝数，其表达式为
I L 10lg P out / P in
(dB)
(3.1)
P 式中， out 为输出光功率。插入损耗 in 为输入光功率； P
一种型号的插头，由一种型号的转换器加上另外其他型号
的插头组成。 (4) 光缆跳线(Cable Jumper)：一根光缆两端面装上插 头，称为跳线。两个插头型号可以不同，可以是单心的， 也可以是多心的。
(5) 裸光纤转换器(Bare Fiber Adapter): 将裸光纤穿
入裸光纤转换器，处理好光纤端面，形成一个插头。
图3.9
光纤熔接方法
3.1.2
(1)电弧熔接
光纤固定连接器
用高压电极放电来加热光纤，使之熔融连接，电弧放电和 光纤的对准可以由微机控制，实现自动化操作。电弧熔接 是熔接法中应用广泛的方法。 (2)氢氧焰熔接
用于一些特殊的场合，如海底光缆的光纤熔接，其特点是 接头强度高，但火焰的控制较为困难。
2
3.1.2 光纤固定 连接器
3.1.1
光纤活动连接器
1．基本结构及工作原理
光纤活动连接器基本上是采用某种机械和光学结构，使两 根光纤的纤心对接，保证95％以上的光能通过连接器。
目前，活动连接器有代表性且正在使用的结构有以下几种，
如图3.1~图3.5所示。
图3.1
套管结构
3.1.1
光纤活动连接器
图3.2
双锥结构
图3.3
V形槽结构
图3.4
球面定心结构
图3.5
透镜耦合结构
3.1.1
光纤活动连接器
套管结构的核心是插针与套筒。 插针是一个带有微孔的精密圆柱体，其结构和主要尺寸 如图3.6所示。
图3.6
(1) 连接器插头(Plug Connector)：由插针体和若干外 部零件组成。 (2) 转换器或适配器(Adapter)：即插座，可以连接同型 号插头，也可以连接不同型号插头，可以连一对插头，也 可以连接几对插头或多心插头。
3.1.1
光纤活动连接器
(3) 转换器(Converter)：将某一种型号的插头变换成另
插针的结构与主要尺寸
3.1.1
光纤活动连接器
插针的精度要求是：外径不圆度小于0.0005 mm；外圆柱
面光洁度为 14 ；微孔偏心量小于 1 m ；插针端面为
球面，其曲率半径为20 ~ 60 mm。 套筒是与插针相配合的零件，它有两种结构，如图3.7所 示。
图3.8
光纤纤心位置的错位
3.1.1
光纤活动连接器
(2) 在两个光纤端面之间，由于存在不同的介质（如空
气），光在介质之间多次反射，产生损耗，称为菲涅耳反
射引起的损耗，其表达式为
16 K 2 10lg 4 (1 K )
I Lf
(3.3)
光无源器件遵守光学的基本理论，即光线理论和电磁场理
论。
第3章
1 3.1
常见光无源器件
光纤连接器
2
3.2
光 耦 合 器
3
3.3
光 隔 离 器
3.1
光纤连接器
光纤连接器可分为两大类：活动连接器和固定连接器。 1 3.1.1 光纤活动 连接器
越小越好。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.1.1
(2) 回波损耗
光纤活动连接器
回波损耗又称为后向反射损耗，是指光纤连接处，后向 反射光功率相对入射光功率的分贝数，其表达式为
RL 10lg Pr / P in
in r
(dB)
(3.2)
式中，P 为输入光功率；P 为后向反射光功率。回波 损耗越大越好。