光连接器、光衰减器、光耦合器件、光隔离器(1)
《光纤通信》 第3讲_无源光器件
6
2019/12/15
接续点上的不连续现象
7
由于折射率不同引起的反射可用菲涅耳公式计算。 设玻璃的折射率为n1时，光功率的反射系数可用下式求 出：
r =[(n1 - n2 )/(n1 + n2)]2
例如:当 n1 ＝ 1.45， n2 ＝ 1，r＝ 3.4%时，即有14.7dB 的反射损耗。
2019/12/15
13
光纤耦合器 fiber optic coupler
将不同方向的光信号耦合送入一根光纤中传输，或 者相反。结构：
Port 4
Port 3
棱镜耦合式
Port 1
光纤耦合式
Port 2
2019/12/15
14
2x2定向耦合器及lxN、NxN星形 耦合器大多数采用熔融 渐变双锥的制造方法，即将多根裸光纤绞合在一 起，火焰 加热到软化温度后适当拉 伸，在熔融区形成渐变双锥结构 。 图b是 X型2×2定向耦合器。
§= P 3/P 4
隔离度反映定向耦合器反向散射信号的大小。当从 1端注入光功率，3、4端输出功率时，2端对1端的隔离 度定义为：
I=10lg((P 3+P 4) / P2 )) (dB)
光纤定向耦合器的插入损耗为0.2～1dB,分光比1％ ～99％（根据需要)，隔离度可大于65dB。
2019/12/15
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。
两个分量都要通过法拉弟旋转器， 其偏振态都要旋转 45°。法拉弟旋转器后面跟随的是一块半波片 (λ/2 plate或 halfwave plate)。
这个半波片的作用是将从左向右传播的光的偏振态顺时针 旋转45°，将从右向左传播的光的偏振态逆时针旋转45°。
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
《光纤通信技术》复习题答案
《光纤通信技术》复习题一．基本概念1．什么样的电磁波叫做“光”？目前的光纤通信用的是什么光？波长是多少？答：光是一种电磁波，光频为10E14HZ量级，波长为μm 量级。
可见光大约指0.4μm ~0.76μm 波长范围的电磁波。
光通信采用的波长0.85μm、1.31μm和1.55μm。
即在电磁波近红外区段。
2．光纤通信的特点？答：一、传输频带宽，通信容量大二、传输损耗低，中继距离长三、不怕电磁干扰四、保密性好，无串音干扰五、光纤尺寸小,重量轻,利于敷设和运输六、节约有色金属和原材料七、抗腐蚀性能好3．光纤的NA和LNA各是什么意义？什么是光线模式的分立性？答：入射最大角称为孔径角，其正弦值称为光纤的数值孔径。
数值孔径表示光纤采光能力的大小。
在光纤端面上芯区各点处允许光线射入并形成导模的能力是不一样的，折射率越大的位置接收入射光的能力越强。
为了定量描述光纤端面各点位接受入射光的能力，取各点位激发最高次导模的光线入射角度为局部孔径角θ’C (r) ，并定义角的正弦值为该点位的局部数值孔径LNA。
光是有一定波长的，将光线分解为沿轴向和径向的两个分量，传输光波长λ也被分为λZ和λr。
沿径向传输的光波分量是在相对的芯/包层界面间（有限空间）往返传输，根据波形可以稳定存在的条件——空间长度等于半波长的整数倍，而空间长度已由光纤结构所确定，所以径向波长分量λr不能随意了，从而导致它们夹角不能随意也即不能连续变化，即光线模式的分立性。
4．什么是光纤的色散？光纤的色散分为哪几种？在单模光纤中有哪些色散？答：脉冲信号在光纤中传输时被展宽的现象叫光纤的色散。
分为模间色散和模内色散。
模内色散又分为材料色散和波导色散。
多模光纤：模式色散和材料色散；单模光纤：材料色散和波导色散。
5．归一化频率V和截止频率VC各如何定义？有何区别和联系？答：归一化频率见书28页，截止频率见27页。
实际光纤中能够传输的导模模式必须满足V>Vc。
物理学：工程光学试题(题库版)
物理学：工程光学试题（题库版）1、单选原子发射光谱定性工作中，对粉末样品经常采用（）作为支持电极。
A、石墨电极B、铜电极C、锌电极D、银电极正确答案：A2、名词解释光程正确答案：光经过的实际路径长度与所在介质（江南博哥）折射率的乘积3、问答题什么叫“畸变”？它与什么因素有关？正确答案：轴外点的宽光束和细光束都有像差存在，即使只有主光线通过光学系统，由于球差影响，它不能和第二近轴光一致，主光线和高斯像面焦点的高度不等于理想像高，其差别就是系统的畸变。
4、名词解释电光效应正确答案：在电场作用下，可以使某些各向同性的透明介质变为各向异性，从而使光产生双折射，这种现象称为电光效应。
5、名词解释弧矢平面正确答案：包含主光线，且与子午平面正交的平面。
6、填空题我们通常把分界面两边折射率高的介质称为光密介质，折射率低的介质称为（）。
正确答案：光疏介质7、单选采用调制的空心阴极灯主要是为了（）。
A.延长灯寿命B.克服火焰中的干扰谱线C.防止光源谱线变宽D.扣除背景吸收正确答案：B8、问答题正弦光栅在自身所在平面内分别平移和转动时，对夫琅禾费衍射场的衍射斑有什么影响。
正确答案：正弦光栅在自身所在平面内移动时衍射斑光强分布不变，相位分布发生变化。
在自身平面内转动时，衍射光强和相位分布都发生变化。
9、名词解释物方远心光路正确答案：光学系统的物方光线平行于光轴，主光线的汇聚中心位于物方无限远处.10、填空题发光点发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称（）正确答案：波面11、填空题棱镜摄谱仪的结构主要由（），（），（），（）四部分（系统）组成。
正确答案：照明系统；准光系统；色散系统；投影系统12、名词解释物方空间正确答案：所有实物点和虚物点的集合构成的空间。
13、填空题交流电弧的激发能力强，分析的重现性好，适用于（），不足的是蒸发能力也稍弱，灵敏度稍低。
正确答案：定量分析14、问答题什么是景深，照相物镜的景深与什么有关？正确答案：能在像面上获得清晰像的物空间的深度是系统的景深。
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。
光无源器件常见问题解答
光无源器件常见问题解答[光迅科技]什么叫光无源器件?光无源器件是一种不必借助外部的任何光或电的能量，由自身能够完成某种光学功能的光学元器件，其工作原理遵守几何光学理论和物理光学理论，各项技术指标、各种计算公式和各种测试方法与纤维光学和集成光学息息相关。
光无源器件如何分类?光无源器件可根据其制作工艺和所具备的功能进行分类。
光无源器件根据不同的制作工艺可分为纤维光学无源器件和集成光学无源器件；光无源器件按其具备的不同功能可分为光连接器件、光衰减器件、光功率分配器件、光波长分配器件、光隔离器件、光开关器件、光调制器件等等。
评价光无源器件有哪些主要技术指标?评价光无源器件的主要技术指标包括：插入损耗、反射损耗、工作带宽、带内起伏、功率分配误差、波长隔离度、信道隔离度、信道宽度、消光比、开关速度、调制速度等等。
不同的器件要求有不同性质的技术指标。
但是，绝大多数的光无源器件都要求插入损耗低、反射损耗高、工作带宽宽等。
如何评价光无源器件的可靠性?评价光无源器件的可靠性是依据光无源器件的性能在高温、低温、高低温循环、冲击、振动、高温老化、湿度、盐雾等环境条件下的变化状况。
根据相关标准要求的各种环境条件下，光无源器件的各项光学技术指标的变化越小，其可靠性越高。
何谓掺铒光纤放大器?掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier ，缩写为EDFA)是90年代开始在光纤传输系统中应用的新型器件，它的推广应用为光纤通信技术带来了一场革命。
掺铒光纤主要在1.55um波段的应用的有源光纤的研究基础上发展起来的。
前期的工作是研究光纤激光器和研究掺稀土元素光纤，后来发现了在光纤中掺铒元素能够实现放大的作用，其工作波长对应于光纤的1.55um传输波长，人们用掺铒光纤制作成功掺铒光纤放大器。
何谓CATV用掺铒光纤放大器？它的应用状况如何？在近几年来，光纤CATV系统特别是1500nm光纤CATV系统包括模拟系统和数字系统在我们国家迅速发展，掺铒光纤放大器在光纤CATV系统中也得到了广泛应用。
光连接器、光衰减器、光耦合器件、光隔离器知识讲解
2020/10/18
44
光纤耦合器基本原理（1）
• 按工作原理分：光纤型、微光学机械型、波导型。从性能 和价格考虑，光纤型为最好。
• 下面介绍光纤型耦合器的基本结构和工作原理。把两根或 多根光纤排列，用熔融拉锥技术制作。在熔接区，光纤变 细，相互靠近，发生了耦合。由于常规单模光纤中大约有 20％的光是靠包层传输的，光纤变细就有更多的能量分布 于芯线外，加之光纤相互靠近，于是在耦合区就发生了不 同程度的耦合。
2020/10/18
42
二、光耦合器件
– 主要功能再分配光信号 – 重要应用在光纤网络 – 尤其是应用在局域网 – 在波分复用器件上应用
2020/10/18
43
光耦合器件分类
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。
• 上述的各种因素不仅影响插入损耗，也同 时影响着连接器件的重复性和互换性。因 此各种因素的改善，也会提高重复性和互 换性指标。
2020/10/18
32
改进回波损耗的方法
• 平面接触 • 球面接触
• 斜球面接触
• Return Loss(回波损耗) • PC>40dB SPC>45dB • UPC>50dB APC>60dB
其中
1.619 2.879 (0.65 V3/2 V6 )a
（6）数值孔径失配引起的连接损耗
NA1≧NA2 NA1﹤NA2
ILNA10logNN( AA12)2 ILNA 0
2020/10/18
光无源器件概述
类型：无源、有源
无源器件主要包括：光连接器、光衰减器、光耦合器、光 波分复用/解复用器、隔离器、环行器、滤波器、光调制器、 光开光等。
有源器件主要包括：激光器、光探测器、光放大器等。
3
光纤无源器件技术
4
无源器件功能
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。
光纤无源及有源器件 技术及应用
1
主要内容：
光纤无源器件技术
光纤光栅、滤波器、调制器等
光纤放大器技术
掺铒光纤放大器、拉曼放大器等
光纤激光器技术
多波长光纤激光器、锁模光纤激光器、单频 光纤激光器等
2
光器件
用途:
实现光信号的连接、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。
光波分复用器和解复用器是WDM光纤通信系统中 的关键部件。
25
熔锥光纤型波分复用器结构和特性
P P1
P2
0
1 2
26
1 2 3
1+ 2+ 3
光纤
透镜
光栅
衍射光栅型波分复用器结构示意图
27
光纤
1 2 3
1+ 2+ 3
棒透镜 光栅
采用棒透镜的光栅型WDM
28
光波导
开角
(a)
波导型波分解复用器
1.3 mm
19
光纤耦合器的技术参数
(6) 工作波长范围