-03-光纤通信器件-PPT课件.ppt

1、第三章 光纤通信器件 3.1 3.1 连接器连接器3.2 3.2 接头接头 3.3 3.3 耦合器耦合器3.4 3.4 可调谐光滤波器可调谐光滤波器3.5 3.5 调制器调制器3.6 3.6 光开关光开关3.7 3.7 波长转换器波长转换器光纤通信主要器件：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

2、缆或各种光无源器件两端的接口。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。连接器主要技术要求：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。3.2 接头 接头：永久性连接

3、，在现代通信设施光纤光缆线路建造中的重要技术 热溶连接 机械连接 毛细管黏结连接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v T型耦合器:3端耦合器,22耦合器等 功能：把一根光纤输入的光功率分配给 两根光纤v星型耦合器：NN耦合器，NM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。3.4 可调谐光滤波器分类：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。原理分类：干涉型、衍射型和吸收型

4、 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。声光滤波器（ATOF:Acousto-optic Tunable Optical Filters）v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

5、生。v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。v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）v滤波器通带 模模转化到偏振态从光在射频信号作用下使声模式变化的宽带产生：材料双折射选择的波长：）（TMTESAWTMTELATOFnL/num )/()8.0(2v典型的ATOF的特性 调谐范围宽（1.2um1.6um）带 宽 （1nm）调谐块

6、（10us）插入损耗5dB 串话小-20dB 波长稳定性好 极化无关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）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。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 耦合波导调制器电光效应的轴线的各向异性材料对应于适当坐标系统中、：线性电光系数时材料的折射率、是光效应，此时：调制器通常利用线

7、性电）效应，二阶电光效应克尔（）效应，线性电光效应珀克（的影响为：对折射率施加的电场对于一个入射偏振光，ji 02kerr npocvel nn0301221212ijjijrEnErnEnEEnnnEEnnE光传输方向为z轴：电位差：介质厚度相互作用长度的关系为：和电场强度相位差ULUdLrnErLijjij d :nL n 2E3030i 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 ，于是沿Z轴传输距离L后，引起的相位变化为：)(2 )21(22:)21(22:22302122300222230011VdLrndVrnnLLnEdVrnnL

8、LnEyx21nn、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。2、相位调制器：用LiNbO3（铌酸锂）晶体制成，引入系数3、声光调制器 基于光弹性效应，通过电极施加在压电晶体上的射频调制信号，在晶体表面产生压力，从而产生表面声波（SAW）。)7.05.0(2223021VdLrn 表面声波信号通过声光材料传输时，产生随声波幅度周期性变化的应力，使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，形成光栅。3.6 光开关 转换光路，实现信号的交换（1）基本要求：插入损耗小重复性高开关速度快回波损耗小消光比大寿命长结构

9、小型化操作方便（2）机械光开关 微机电系统（MEMS）构成的光开关已用于DWDM网中的大容量光交换技术。它是一种在半导体衬底上用传统的半导体工艺制造的可以前倾后仰、上下移动或旋转的微反射阵列，在驱动力的作用下，对输入光信号可切换到不同的输出光纤的微机电系统。（3）波导光开关 电光效应和声光效应器件可构成波导开关。电光开关热光开关声光开关磁光开关3.7 波长转换器 1、在WDM网络中，波长数目确定了信道数量，在光纤的1.55um窗口这个数目很大，但可用波长数自然有限，不足以支持大量节点的应用。相同波长的两个信道选通同一输出端时，出现阻塞。解决办法就是把信号从一个波长转到另一个波长，这就是波长转换

10、。2、性能要求：对比特率和信号形成形式具有透明性变速速率快即能向短波长变换，又能向长波长变换适当的输入功率较宽的输入功率偏振不敏感低啁啾输出，高信噪比，高消光比实现简单v光/电/光型波长转换器 目前主要研究：用半导体光放大器的交叉增益调制（SOA-XGM）或相位调制（SOA-XPM）特性来实现波长转换 利用半导体光放大器的增益饱和特性，将泵浦光和探测光都注入到SOA中，强泵浦光使SOA增益发生饱和，从而使连续的探测光得到调制，这样，就把泵浦光的信号变换到了探测光上。v非线性光学环境（NLOM）型波长变换器v基于四波混频效应的全光波长变换器。非线性作用产生新的波长，新波长包含有泵浦光的强度和相位信息，所以它是唯一能对输入信号进行透明变换的AOWC。缺点：效率低v基于饱和吸收的半导体激光器型波长变换器。原理是：输入信号使载波子产生受激吸收，在带隙附近达到饱和，允许探测光束透过。