《光纤通信》 第3讲 无源光器件.ppt

《光纤通信》_第3讲_无源光器件第三讲
无源光器件
7/4/2018
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主要内容
一、光纤的连接与光纤连接器☆
二、光纤分路器及耦合器
三、光合波器、光分波器
四、光隔离器☆
五、光开关
六、光可变衰减器
七、光纤光栅
八、光锁相环与非线性光环镜NLOM
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概述
构成一个完整的光纤传输系统,除了光源、光检测器及光纤外,还需要众多的无源光器件,如连接器、衰减器、隔离器、滤波器、分路器、复用器、光开关和调制器等。
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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一、光纤的连接与光纤连接器
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 ;
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。
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光纤与光纤的连接有两种形式,一种是永久性连接,另一种是活动连接。
永久性连接具有粘接法和熔接法之分,目前多采用熔接法。
光纤连接器的基本构成
由三个部分组成的:两个配合插头和一个耦合管。两个插头装进两根光纤尾端;耦合管起对准套管的作用。如图所示。
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光纤很细,单模光纤的纤芯直径要在10um以下,因此熔接必须使用机器才行。良好的接续是指在接续点上没有光传输的不连续现象。
下图中示出了纤芯不连续的几种典型状态,有轴错位、纤芯倾斜、空隙、端面倾斜和纤芯直径及折射率的微小差异等等。由于这些不连续性,也会造成光功率的一部分变成散射损耗,或以反射波形式返回发送端。有空隙时,因玻璃纤维和空气折射率的差异,也会引起反射,此现象又称菲涅耳(Fresnel)反射。
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接续点上的不连续现象
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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 = , n2 = 1,r= %时,。
在单模光纤连时接,除要求纤径一致之外,更重要的是要求在实质上代表分布宽度的模场直径(MFD:Mode Field Diameter)一致。
目前工程中多采用高精度自动熔接机,光纤端面切割好后,光纤间的对准、调整、熔接及损耗测量等步骤都在微处理机的控制下自动完成,熔接质量很好,。
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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。
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光纤连接器又分为多模连接器和单模连接器。
多模连接器用于多模光纤系统,它有U型环路连接器、插座式连接器、现场装配连接器(FA)以及C型连接器等,-。
单模光纤连接器有PC型(直接接触型)、FC型(平面对接型)、SC型(矩形)、ST型等几种。
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