光纤通讯基本元件及基本知识.ppt

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1、2013-5-1 1 光纖通訊基本元件及基本知識 目錄簡要 光连接器 光耦合器件 光隔离器 光环形器 光衰减器 光纤通信常用单位 2013-5-1 2 一、光连接器件 光纤连接器件的作用是一根光纤中的光最大限度 地传到另一光纤中 ， 或光信号在不同光纤之间耦 合传递 。 广义上连接器分为两种类型： 可拆卸型连接器 。 它被设计成可被连接 ， 必要 时又可拆开 。 永久型连接器 。 它被一次型连接使用 ， 不能在拆 开后重复使用 。 连接器的组成部分：连接器插头、光缆跳线、转换器、变 换器、裸光纤连接器。 2013-5-1 3 制作光纤连接器的光纤要求 纤芯直径 :单模 9um 0.5,多模 5

2、0 1um. 纤芯不圆度 :小于 0.5um 包层直径 :125um 2um 包层不圆度 小于 2% 同轴度 :小于 1um 抗拉强度 :大于 0.5kg 2013-5-1 4 光纤的基本类型 2013-5-1 5 2013-5-1 6 精密套管结构连接器简图 光纤 套管 插针 粘结剂 活动连接器的基本结构 (1) 2013-5-1 7 活动连接器的基本结构 (2) 双锥形结构 V形槽结构 2013-5-1 8 活动连接器的基本结构 (3) 球透镜耦合与 自聚焦透镜耦合 2013-5-1 9 活动连接器的核心部件 2013-5-1 10 2013-5-1 11 2013-5-1 12 2013

3、-5-1 13 连接器的品种、型号（ 1） 1. FC系列连接器 FC型连接器是一种镙纹连接，外部零件采用金属材料制作 的连接器。 2013-5-1 14 FC型连接器的插头、转换器和内部结构 连接器的品种、型号（ 1） 2013-5-1 15 2. SC系列连接器 SC型连接器采用插拔连接 ， 外壳使用工程塑料制作 、 矩形 结构 ， 便于密集安装 ， 可以制成多芯连接器 。 SC型插头 SC型转换器 连接器的品种、型号（ 2） 2013-5-1 16 3. ST型连接器 ST型连接器采 用带键的卡口 式锁紧机构。 ST型连接器的插头与转换器 连接器的品种、型号（ 3） 2013-5-1 1

4、7 4. 不同型号插头相互连接的转换器（法兰盘） FC/SC， FC/ST， SC/ST 5. 不同种类的变换器 SC FC， ST FC， FC SC， FC ST， SC ST， ST SC 6. 各种裸光纤转接器 连接器的品种、型号（ 4） 2013-5-1 18 连接头端面类型 Ferrule + Flange Insertion Loss(插入损耗 ) 40dB SPC45dB UPC50dB APC60dB 2013-5-1 19 光在光纤中的衰减 2013-5-1 20 光衰减中的规律 2013-5-1 21 连接器的主要指标 连接器的主要指标 : 1.插入损耗 基准法： （国家

5、标准） 替代法： （国家标准） 跳线插入损耗测试 )(log10 dBPPI in out L 2013-5-1 22 连接器的主要指标 2.回波损耗 在光纤连接处 ， 后向反射光相对于输入光的比率的分贝 数 。 3. 重复性和互换性 重复性是指同一对插头 ， 在同一只转换器中多次插拔之后 ， 其插入损耗的变化范围 。 插拔次数一般取 5次 。 互换性是指不同插头之间 。 或者不同连接器任意置换之后 ， 其插入损耗的变化范围 ， 性能一致性 。 )(log10 dBPPR in reflec t L 2013-5-1 23 光纤连接器一般性能 1.0 4050 PC型 陶瓷 -40+80 陶瓷

6、 -20+70 不锈钢 工作温度 /C 不锈钢 寿命（插拔次数） 3540 FC型 反射损耗 /dB 互换性 /dB 重复性 /dB 0.20.3 插入损耗 /dB 性能 型号或材料 项目 3104 2013-5-1 24 纤芯错位损耗 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 。 1. 纤芯错位损耗 2013-5-1 25 2013-5-1 26 光纤倾斜损耗 2)/(log10 d Ld eI aVV )879.2619.165.0( 6

7、2/3 其中 （ 2） 光纤倾斜损耗 对单模光纤当错位损耗取 0.1DB，并假定 a=5um,则横向错位 d=0.72um.对于单模光纤 横向错位小于 0.8um 2013-5-1 27 2013-5-1 28 22 )/(log10 neIL （ 3） 光纤端面间隙损耗 )41log(10 KaZILZ 其中 Z是端面间隙， K=n1/n2。 当端面间隙控制在 1um以内损耗小于 0.006db， 可以忽略。 （ 4） 光纤端面多次反射（ Snell反射）引起的损耗 4 2 )1( 16log10 K K Lf 光纤端面间隙损耗 光纤端面间隙损耗 对于要求倾斜损耗小于 0.1DB，则单模光纤

8、的倾斜角度应小于 0。 3度。生产中小于 0。 1度 其中 k=n1/n0,n0为空气折射率，取 n0=1,n1=1.46计算得到 Ilf=0.32db 2013-5-1 29 （ 5） 纤芯（或模场）尺寸失配引起的连接损耗 （ 6）数值孔径失配引起的连接损耗 2 1 2 2 1 )( 4 1log LaI 2 1 2)log(10 NA NAI LNA NA1 NA2 NA1 NA2 0LNAI失配引起的连接损耗 失配引起的连接损耗 aVV ) 879.2619.165.0( 62/3 其中 2013-5-1 30 其他原因引起的损耗 光纤端面不平滑，会导致散射损耗 光纤端面与轴线不垂直，会

9、产生连接损耗。 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。 2013-5-1 31 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 ) PC40dB SPC45dB UPC50dB APC60dB 2013-5-1 32 光纤连接器的测试方法 基准法 替代法 跳线插入损耗测试 重复性 互换性 回波损耗测试 2013-5-1 33 连接器的发展方向（ 1） 1、进一步提高性能指标 插入损耗和回波损耗是今后有待改善的主要指标。 插入损耗目前是 0.1dB 到 0.5dB之间，平均为

10、 0.3dB, 逐步到平均值 0.1dB,变化范围小至 0.2dB. 采用加工精度，增加一致性和互换性 采用镀膜工艺提高回波损耗 2013-5-1 34 连接器的发展方向（ 2） 2、发展带状光缆连接器 多芯带状连接器， 4芯、 8芯、 10芯等 日本可达到 1000芯带状光缆连接器 3、发展多功能的连接器 现已有外形与 FC、 SC、 ST型转换器一样的固定衰减器 外形和各种变换器一样的固定衰减器 外型与 FC型转换器一样内部有接收和发光芯片的光电器 件 2013-5-1 35 连接器的发展方向（ 3） 预期会产生下面器件： 装有光发光模块和光接收模块的各种型号的转换 器 再插针端面，镀各种

11、模组成不同功能的插头 再插针端面生成微透镜，使出射光变成平行光 转换器内部装有光隔离器、调制器的光集成器件 将激光器陈列芯片和接收器件阵列芯片与带状光 缆连接集成在一起。 2013-5-1 36 光纤固定连接 制作固定接头的方法有：熔接法、 V形槽法、毛细管法、 套管法。 熔接法最普遍，是光通信中光纤固定连接的主要方法。 插入损耗小、后向反射光为零。 加热和熔化的方法有三种： 电弧熔接；采用电极高压放电的方法加热光纤，使之熔融 连接。电弧放电和光纤对准已实现自动化作业。 氢焰熔接；用于一些特殊场合，如海底光缆熔接，接头强 度高，但火焰的控制较为困难。 激光熔接； CO2激光加热熔接光纤。加热环

12、境非常洁净， 接头强度高，但设备昂贵。 2013-5-1 37 三种熔接方式图 2013-5-1 38 其它固定连接方法 V形槽法，毛细管法和套管法；适合野外作业，抢 修等。插入损耗小、有一定后向反射光，操作简 单、小巧。 2013-5-1 39 光纤熔接机 光纤熔接机结构： 光纤准直和夹紧机构 光纤对准结构：可达 0.01微米 电弧放电结构 放电和电机驱动的控制机构 光纤熔接机熔接光纤过程 2013-5-1 40 作业 如何测量连接器的插入损耗和回波损耗？ 写成小 论文的形式，按学术论文的书写格式。（必做） 降低光纤熔接损耗的措施有哪些？（ 2， 3选一） 简述光纤熔接机纤芯直视原理？ （

13、2， 3选一） 2013-5-1 41 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 2013-5-1 42 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， N2） 耦合器以及树形耦合器等 。 2013-5-1 43 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

14、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。 耦合区 2013-5-1 44 根据耦合模理论，耦合器的振幅传输特性可以用下式 表示 Ei1 Ei2 Eo1 Eo2 2 1 2 1 )cos()sin( )sin()cos( i ili o o E E lli lil e E E 传输矩阵 光纤耦合器的传输特性（ 1） 2013-5-1 45 式中， l是耦合区长度， 光波传输常数， 是耦合系数

15、，与 耦合区宽度、纤芯折射率有关。由上式可得耦合器的功率传输 矩阵 )(sin )(cos 2 2 12 11 l l T T 光纤耦合器的传输特性（ 2） 2013-5-1 46 光纤耦合器的传输特性（ 3） 2013-5-1 47 光纤耦合器的传输特性（ 4） 2013-5-1 48 1. 插入损耗（ Insertion Loss） 插入损耗定义为 指定输出端口 的光功率相对于全部输入 光功率的减少值。 )(log10 dBPPIL i oi i 2. 附加损耗（ Excess Loss） 附加损耗定义为 所有输出端口的 光功率总和相对 于全部输入光功率的减小值。 )(log10 dBPP

16、EL i oi 光耦合器的技术参数 (1) 2013-5-1 49 附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标 ， 反映器件制 作过程带来的固有损耗；而插入损耗表示各个输出端口的输 出功率状况 ， 不仅有固有损耗的因素 ， 更考虑了分光比的影 响 。 3. 分光比 （ Coupling Ratio） 分光比是耦合器各输出端口的输出功率与输入功率的比 值 。 %100 o oi P PCR 光耦合器的技术参数 (2) Pi1 PiN Po1 PoN Pot Pit 2013-5-1 50 4. 方向性 （ Directivity） 在耦合器正常工作时 ， 输入一侧非注入光的一端的输出光功 率与全部注入

17、光功率的比较值 。 5均匀性 （ uniformity) 在器件的工作带宽内 ， 各输出端口输出光功率的变大变化量 。 用来衡量均分器件的 “ 不均匀程度 “ 的参数 。 光耦合器的技术参数 (3) Pi1 PiN Po1 PoN 2013-5-1 51 6. 偏振相关损耗 （ Polarization dependent loss） 衡量器件性能对于传输光信号的偏振态的敏感程度的参量 ， 俗称偏振灵敏度 。 指当传输光信号的偏振态发生 360度变化 时 ， 器件个输出端口光功率的最大变化量 。 7. 隔离度 （ Isolation) 是指光纤耦合器件的某一光路对其他光路中的光信号隔离能 力

18、。 最大应用是用于反映 WDM器件对不同波长信号的分离 能力 。 光耦合器的技术参数 (4) 2013-5-1 52 m -40+70 -40+70 工作温度 /C 11.25 0.82.0 稳定性 /dB 4055 方向性 /dB 0 44 78 88 1112 32 32 1719 3.4 5.6/1.8 10.8/0.7 插入损耗 /dB 分路比 0.5/0.5 0.3/0.7 0.1/0.9 1.31或 1.55 1.31或 1.55 工作波长 / nn星型 22型 耦合器 光纤耦合器的一般特性 2013-5-1 53 1.侵蚀法 2.研磨法 3. 熔融拉锥法 熔融拉锥法是将两根 （

19、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 。 光耦合器的制作方法 2013-5-1 54 熔融拉锥系统示意图 熔融拉锥系统 2013-5-1 55 树形耦合器拼接示意图 星形耦合器和树形耦合器 2013-5-1 56 耦合器的应用举例 光纤干涉仪： Michelson， Mach-Zehnder, F-P ， sagnac 等 光纤分路器 光纤 LOOP反射镜 2013-5-1 57 宽带耦合器（ 1） 用上述方法制作的耦合器，一般工作在某单一的 波长范围，整个带宽

20、在 20nm以内，但由于当前光 纤通信中采用的 1310nm或 1550nm半导体激光器， 一般都有 30nm的波长偏差。所用元器件的工作 带宽提出了越来越高的要求。 出现了单窗口宽带耦合器、双窗口宽带耦合器。 2013-5-1 58 宽带耦合器 2013-5-1 59 宽带耦合器 2013-5-1 60 两光纤的传播常数不相等时，则光纤间的最大耦 合功率 F小于 1。因此，只要适当调整 A、 A的相对 大小，就可做成任意分光比的宽带耦合器。 2013-5-1 61 宽带耦合器（ 2） 对两根相同光纤中的一根进行预腐蚀或预拉伸， 造成传播常数的偏差，然后，再同未进行处理的 另一根光纤镕融拉锥成

21、宽带耦合器。 可实现任意 分束比，制作工序繁琐。 直接采用结构参数存在差异的商用光纤，通常是 外径相同，纤芯直径有差异，但只适用于分束比 较为固定的情况。 2013-5-1 62 宽带耦合器的分束比特性 2013-5-1 63 宽带耦合器（ 3） 目前通信领域的宽带耦合器的一般要求是 1310nm,1550nm双窗口，每个窗口带宽 50nm， 分束比的变化不大于 5%。这样器件实际上可以应 用在 1260到 1600nm的整个范围，分束比的变化 不大于 10%。 2013-5-1 64 光耦合器发展前景（ 1） 随着光纤通信，光纤传感技术，光纤 CATV，局域 网，光纤用户网及用户接入网，精密

22、测量等的迅 速发展，对光耦合器的需求会进一步增大。例如 在德国 Deutshe Telecom公司的 OPAL94工程 (FTTC型式 )中， 50万用户共用 1万只耦合器，乎 均每 50户需要一个耦合器。预期全球光纤用户网 的用户将超过 2.31亿。 2013-5-1 65 光耦合器发展前景（ 2） 偏振保持光纤耦合器。 在迅速膨胀的光藕合器市场中，多路数的树形及 星形耦合器将变得越来越重要 . 器件性能宽带化，因为技术成本的逐渐降低和工 程上的需要，将成为对下一代光锅台器的基本要 求 .熔融拉锥型和波导型耦合器都可以做成宽带， 但从批量生产的角度、从宽带树形和星形耦合器 的角度来看，波导型

23、器件将具有优势。 2013-5-1 66 光耦合器发展前景（ 3） 综上所述，未来的光耦合器将是宽带的、集成化 的 (包括无源集成和与有源器件的集成 )、低损耗、 易接入的器件。还应根据需要，实现多路数 (例如 64 64或更多 )、小型化等 .但从现状分析，达到 这一步所需的时间，不仅取决于耦合器制作技术 本身，很大程度上，还要有其他技术的发展带来 的现实需求等外部条件。 总之 ， 光 耦 合 器经历了多年的发展，己具有相 当的规模，并且在新经济的刺激下，还有很大的 发展潜力，可以相信光耦合器会在将来的光网络 中起到越来越重要的作用 。 2013-5-1 67 作业 光耦合器的制作方法有哪几

24、种？ 推导光纤 LOOP反射镜的输出方程 . 2013-5-1 68 三、光隔离器 光隔离器的作用是使光信号从输入光纤进入时 ， 可以畅通 无阻地通过 ， 从隔离器的输出端输出 ， 损耗很小；而光信号从 相反方向进入隔离器 ， 损耗非常大 ， 光信号被衰减 ， 在光纤输 入端没有光信号输出 。 光隔离器可分为偏振相关和偏振无关两种 。 光隔离器中使用的光学元件 1. 光纤准直器 自聚焦透镜 2013-5-1 69 2. 法拉第旋转器（ Farady Rotator） 法拉第磁致旋光效应：在外加磁场 B作用下，某些原本各 向同性的介质变成旋光性物质，偏振光通过该物质时其偏振面 发生旋转。 (1)

25、 对于给定的磁光材料，光振动面旋转的角度 与光在该物质 中通过的距离 L和磁感应强度成正比， VLB V是材料的特性常数 ， 称韦尔代常数 ， 单位是：分 /特斯拉 米 。 (2) 磁致旋光 不可逆性 。 当光传播方向平行于磁场时 ， 若法拉第 效应表现为左旋 ， 则当光线逆反时 ， 法拉第效应表现为右旋 。 法拉第旋转器 2013-5-1 70 3 偏振器（ Polarizer） a. 双折射晶体 （偏振分束器） 单轴晶体如方解石、金红石 钒酸钇、铌酸锂等 楔形双折射晶体偏振分束器 偏振器（ Polarizer） 2013-5-1 71 偏振器 -薄膜起偏分束器（ SWP） 2013-5-1

26、 72 偏振器 -线栅起偏器 2013-5-1 73 偏振器 -玻璃起偏器 2013-5-1 74 特种光纤 磁敏光纤：在光纤制作过程中掺杂稀土元素（如 Tb,65元素 ,念 Te 铽 )得到，在外加磁场作用下由良 好的透光性和法拉第旋光性。 扩束光纤：在 SiO2光纤中 GeO2掺杂剂所含的 Ge 原子会因热处理而发生扩散，形成扩束光纤，其 折射率分布沿光纤轴心而变化，所以模场直径也 随之而变 2013-5-1 75 1. 偏振相关型光隔离器 光隔离器的结构和工作原理 2013-5-1 76 偏振无关型光隔离器 2013-5-1 77 偏振无关型光隔离器结构二 偏振无关型光隔离器结构 201

27、3-5-1 78 偏振无关型光隔离器结构三 偏振无关型光隔离器结构 2013-5-1 79 光隔离器的技术参数 1. 插入损耗（ 1.0dB） 2. 反向隔离度（ 35dB） 表征隔离器对反向传输光的衰减能力。 i o P PIL log10 Ri Ro R P PIL log10 光隔离器的技术参数（ 1） 2013-5-1 80 3. 回波损耗（ 50dB） 在隔离器输入端测得的返回光功率与输入光功率的比值。 4. 偏振相关损耗（ PDL）（ 0.2dB）是指当输入光偏振态发生 变化而其他参数不变时，器件插入损耗的最大变化量，是衡量 器件插入损耗受偏振态影响程度的指标。 5. 30dB隔离

28、度带宽（ 20nm）要求光隔离器能覆 盖一定的工作波长范围， 以满足系统正常工作的要求。 i Ri P PRL log10 光隔离器的技术参数（ 2） 2013-5-1 81 光隔离器的技术参数（ 3） 6、偏振模色散 PMD是指通过器件的信号光不同 偏振态之间的相位延迟。 在光无源器件中，不同偏振态具有不同的传播轨 迹和不同的传播速度，产生相应的偏振模色散。 在高速光通信系统中，所有色散的累积将引起相 位增大和波形扭曲，限制了可传输的数据量。 2013-5-1 82 光隔离器的品种 光通信用隔离器的品种很多，按期内部结构分为 块状型、光纤型和波导型（采用沉积、光刻、扩 散等波导工艺，制成磁光

29、波导）。 按照外部结构分：尾纤型、连接器端口型和微型 化型（用于半导体激光器及其他器件中） 2013-5-1 83 隔离器的型号、规格 型号没有统一的标准，各厂家通常以 PI表示偏振 无关； PS或 PD表示偏振灵敏； MO表示微型化空 间； FI表示在线式或空间光隔离器； 如： PIFI表示在线式偏振无关光隔离器； MOFI表示微型空间化光隔离器 按插入损耗和隔离度等主要性能分为 :优级、 A级、 B级 2013-5-1 84 光隔离器的主要技术指标 插入损耗 35dB; 30dB带宽 20nm; PDL50dB; 另外一般采用金属化封装来提高性能。 2013-5-1 85 光隔离器的应用

30、激光器（ LD） 目前激光器单纵模输出已达数十 mW,回波引起光谱展宽，必须加入 在激光器中加入光隔离器。 光纤放大器 在长距离光通信系统中，加入隔离器使光纤放大器工作稳定。 光纤 CATV网 在光纤 CATV网中传播多路信号的时候，使用高稳定性的 DFB激光器， 光器件上还必须装上光隔离器，以保证反射信号得到足够的衰减。 相干光通信 相干光通信中要求其光谱宽度在 1MHZ以下，频率飘移在 10MHZ以下， 否则系统无法正常工作。加入隔离器，以防止反射光干扰光源的正常 的工作。 其他 ：用于光纤传感器 2013-5-1 86 光隔离器的发展方向 主要发展发向： 高性能偏振无关在线型光隔离器；

31、高性能偏振灵敏微型化光隔离器； 多功能光隔离器； 光隔离器也向着高性能、微型化、集成化、多功能、低价格 方向发展。 附加功能、双波功能、多路分波功能等，如带光隔离器的光 纤准直器、双波光隔离器、 WDM组件、耦合器组件、隔 离器 WDM耦合器组件； 2013-5-1 87 四、光环行器 环行器除了有多个端口外，其工作原理与 隔离器 类似。 典型的 环行器 一般有三个或四个端口。 在三端口环行器中，端口 1输入的光信号在 端口 2输出，端口 2输入的光信号在端口 3输出， 端口 3输入的光信号由端口 1输出。 光环行器 主要用于 光分插复用器 中。 2013-5-1 88 (a) 三端口； (b

32、) 四端口 1 3 2 (a) (b) 1 3 2 4 光环行器 2013-5-1 89 按照用户要求对光信号进行预期的衰减 用途： 光通信线路、系统评估、研究 光通信线路、系统调整、校正 在波分复用光纤网络中用来调整各信道信号 的强弱 测试仪器的光功率衰减 光放大器的功率平坦 模拟光纤长距离传输 检测传输系统的动态范围。 五、光衰减器 2013-5-1 90 按工作原理分 : 位移光衰减器 ：横向位移型耦合器、纵向位 移型耦合器 直接镀膜光衰减器（吸收膜、反射膜） 衰减片型衰减器 液晶光衰减器 光衰减器类型 2013-5-1 91 横向位移型光衰减器（ 1） 横向位移型 d 特点 仅用于固定

33、衰减器 回波损耗大，偏振无关 体器件 2013-5-1 92 横向位移型光衰减器（ 2） 模场分布为 第二个光纤端面模场分布为 2013-5-1 93 横向位移型光衰减器（ 3） 横向耦合效率可通过交叠场积分来表示，间距忽 略不计： 则得到横向错位后的损耗为 2013-5-1 94 横向位移型光衰减器（ 3） 2013-5-1 95 横向位移型光衰减器（ 3） 根据以上原理。可以通过控制横向位移的方法， 实现不同损耗的的横向位移参数，并通过一定的 机械方式实现，得到需要的光衰减器。 位移的移动范围决定了不作为可变光衰减器，仅 作为固定光衰减器，并用熔接法或粘接法。 回波损耗很高，大于 60dB

34、. 2013-5-1 96 纵向位移型光衰减器（ 1） 纵向位移型 特点 用于固定衰减器和一些小型可调光衰减器 偏振无关 体器件 2013-5-1 97 纵向位移型光衰减器（ 2） 2013-5-1 98 纵向位移型光衰减器（ 3） S-Ls曲线 2013-5-1 99 纵向位移型光衰减器（ 4） 转换式光衰减器和变换式光衰减器 2013-5-1 100 直接镀膜型光衰减器 (1) 2013-5-1 101 光衰减片型 (1) 衰减片型光衰减器直接将具有吸收特性的衰减片， 固定在光纤的端面上或光路中，达到衰减光信号 的目的。此种方法不仅可以用来制作固定光衰减 器，也可用来制作可变光衰减器。具体

35、制作方法 是通过机械装置，将衰减片直接固定于准直光路 中，当光信号经过四分之一节距自聚焦透镜准直 后，通过衰减片时，光能量即被衰减，再被第二 个自聚焦透镜聚焦耙合进光纤中。使用不同衰减 量的衰减片，就可得到相应衰减值的光衰减器。 2013-5-1 102 光衰减片型（ 2） 特点 不具备连续可变的衰减特性 体器件 准直镜 准直镜 衰减片盘 衰减片 2013-5-1 103 光衰减片型 (3) 衰减片常采用的 材料有：红外有色 光学玻璃、晶体、 光学薄膜。滤光片 及其它无机和有机 材料。但因为光衰 减器有光学稳定性、 化学稳定性及体积、 成本等谙多因素的 要求。所以一般常 被选作衰减元件的 材料

36、为有色玻璃和 滤光片。 2013-5-1 104 光衰减片型 (4) 如果选用吸收型薄膜滤光片的方法来制作光衰减器，则常将中性密 度滤光片用作衰减片。该滤光片光谱区域放宽，从理论上来说，它对 每个波长的光信号衰减强度几乎都是一样的，因此可获得宽带宽的衰 减器。 2013-5-1 105 光衰减片型 (5) 双轮式可变光衰减器 (步进式） 每个衰减圆盘 L分别装有 0dB、 5dB、 l 0dB、 15dB 20 dB、 25dB六个衰减片，通过旋转这两个圆盘，使两个圆 盘上的不同衰减片相互组合，即可获得 5、 10、 15、 20、 25、 30、 35、 40、 45、 50dB等十档衰减量

37、。衰减片可以 采用镀膜或吸收型玻璃片来制作。 2013-5-1 106 光衰减片型 (5) 连续可变光衰减器 它的衰减元件部分做了相应的变化，它由一个步进衰圆甩 和一片连续变化的衰减片组合而成，步进衰减片的衰减量 为 0、 10、 20、 30、 40、 50dB六档，连续变化衰减片的 衰减量为 0一 15dB。因此总的衰减量调节范围为： 0一 65dB。这样，通过粗俏和细档的共同作用即可达到连 续衰减光能量的目的。 2013-5-1 107 光衰减片型 (6) 连续衰减片是采用真空镀膜方法，在圆形光学玻 璃片上镀制金属吸收膜而制成的。采用特殊的专 用扇形装置来覆盖玻璃基片，由于这种专用覆盖

38、装置可连续均匀地改变其张角，所以，可以使 蒸笼出来的膜层厚度逐渐均匀变化因而可以达 到使衰减器连续变化的目的。 2013-5-1 108 平移式光衰减器 这种滤光片的制作方法同扇形渐变滤光片相似， 只需将其覆盖装置做相应改变，即可使其光学密 度随滤光片平移的方向呈线性变化。这样，当垂 直于光路平移滤光片时，就可以调节光衰减器的 衰减量。 2013-5-1 109 智能型机械式光衰减器 智能型衰减器通过电路控制电动齿轮，带动平移 滤光片，再将数据编码盘检测到的实际衰减量反 馈信号，反馈到电路中进行修正，从而达到自 动驱动、自动检测和显示光衰减量的目的。 2013-5-1 110 液晶型光衰减器

39、(1) 2013-5-1 111 液晶型光衰减器 (2) 从光纤入射的光信号经自聚焦透镜后成为平行入射光，该 平行光被分束元件 P1分为偏振面相互垂直的两束偏振光。 光和 e光，经过不加任何电压的液晶元件时，两束偏振光 同时旋转 90。，旋转后的偏振光再被另一个与 Pl光轴成 90的分束元件 P2合为一束平行光，由第二只自聚焦透镜 精合进光纤。 当液晶的两个电极加上一定的电压后，液晶晶向的扭向 排列便产生一定角度的偏转，使得通过液晶的部分。 o光 和 e光，发生偏振面的旋转。其中，偏振方向旋转 90度的 那部分。 o光和 e光，被分束元件 P1 汇合成一束平行光出射，面其余的偏振光则不能被汇合

40、， 并以一定的 角度射出光路 . 2013-5-1 112 光衰减器的性能及测试 光通信技术的发展，对光衰减器性能的要求是： 插入损耗低、回波损耗高、分辨率线性度和重复 性好、衰减量可调范围大、衰减精度高、器件体 积小、环境性能好。其中，分辨率线性度取决于 衰减元件的持性和所采用的读数显示方式及机械 调整结构重复性也取决于所采用的读数显示方 式及机械调整机构。 衰减量和插入损耗 2013-5-1 113 光衰减器的性能及测试 衰减量和插入损耗是光衰减器的重要技术指标 .固 定光衰减器的衰减量指标实际上就是其插入损耗， 而可变光衰减器除了衰减量外，还有单独的插入 损耗指标要求。高质量可变光衰减器

41、的插入损耗 在 1.0dB以下。一般情况厂，普通可变光衰减器的 该项指标小于 0.3dB即可使用。 2013-5-1 114 光衰减器的性能及测试 光衰减器的插入损耗主要来源于光纤准直器的插 入损耗和衰减单元的透过率精度及耦合工艺，其 中的工艺重点在光纤准直器的制作上，如果光纤 和自聚焦透镜及两个光纤准直器间藕合得很好的 话，则可以使整个光衰减器的插入损耗大大降低。 光纤和自聚焦 (GRIN)透镜的耦合 对光纤准直器之间的耦合 2013-5-1 115 衰减量和插入损耗的测试 2013-5-1 116 测试仪表 -光功率計 (Optical Power Meter) 主要材料有 Si或 Ge或

42、 InGaAs三種 . 用來測試光的功率 ,以 dBm或 mW表示 . 2013-5-1 117 测试仪表 -光源 (Optical Light Source) 提供測試用的參考光源 ,分為 LED,LD(FP,DFB). 一般 LD光源強度為 -4dBm -10dBm 之間 . LED強度為 -20dBm -30dBm 之間 . 2013-5-1 118 光衰减器的衰减精度 光衰减器的衰减精度是光衰减器的重要指标之一， 通常机械式光衰减器的衰减精度为其衰减量的土 0.1倍。 衰减片式光衰减器的衰减量取决于金属蒸发薄膜 层的透过率和均匀性。由布拉格定律可知，透过 率取决于吸收材料的内透射率和它

43、的厚度 . 2013-5-1 119 回波损耗 在光器件参数中影响系统性能的一个重要指标是回波损耗 (RL)。回返光对通信系统的影响是众所 周知的。它会引起激光器相对强度噪声、非线性 凋瞅及激射漂移等，使通信系统性能恶化。 光衰减器的回波损耗是指入射到光衰减器中的光 能量和衰减器中沿入射光路反射出的光能量之比。 高性能光衰减器的回波损耗在 40dB以上 。 2013-5-1 120 回波损耗 回波损耗由各元件和空气折射串失配造成的反射 引起。通常平面元件引起的回波损耗在 14dB左右， 通过足够的抗反射膜和恰当的斜面抛光及装配工 艺，整个器件的回波损耗可达到 50dB以上。在轴 对称的情况下，

44、如果元件的界面采用倾角的斜面， 则反射光将以一定的角度偏析出入射光路。因此， 要提高回波损耗，在设计时必须在各元件的表面 镀制抗反射膜，采用斜面透镜，并将各光学元件 斜置或进行折射率匹配。 2013-5-1 121 回波损耗 -衰减元件引起的回波损耗 采用将光学衰减元件倾斜于光轴放置的方法，那 么单个光学元件与空气界面处的回波损耗为： 2013-5-1 122 回波损耗 -衰减元件引起的回波损耗 如果采用折射率匹配的方法，同样也可以达到减 少反射光的目的。当光束垂直入射到光学界面上 时，由 Fresnel公式，元件界面处回波损耗可表示 为 2013-5-1 123 回波损耗 -光纤准直器引起的

45、回波损耗 对采用准直器的光衰减器来说，其回波损耗的主要来源在于入射光的 准直光路部分。它主要来自于三个面的反射：单模光纤端面的反射、 GRIN透镜前端面及后端面的反射。 提高光衰减器的回波损耗，可采取以下措施。首先，应在端面镀 增透膜，这将非常有利于提高光衰减器的 RL;其次，应采用斜面光 纤准直器。理论上，在未镀膜、倾角 0度时，回波损耗为 14dB左右； 而当光纤准直器 GRIN透镜端面镀制 0.1的增透膜，衰减元件倾角 8度时，光衰减器的回波损耗可达 60dB以上。另外，光纤衰减器在斜 面耦合 GRIN透镜时，其回波损耗还与波长有一定关系，工作波长为 1310nm时的回损比 1550nm

46、的要大。不过，可以通过增大斜面倾角 2013-5-1 124 回波损耗 -频谱特性 在一些特殊的用途中，需要衰减器在一定的带宽 范围内有较高的衰减精度，其衰减谱线具有较好 的平坦性。因此光衰减器还有频谱特性方面的要 求。不过，只有在计量、定标等场合的使用中， 才对此有严格的要求。所以此项指标不作为衰减 器的常规测试指标，仅在需要时才测量。一般情 况下，固定光衰减器的频谱损耗在一 30十 30nm 的范围内不大于 0.5dB。 2013-5-1 125 回波损耗 -频谱特性 2013-5-1 126 OSA光譜分析儀 O :Optical S :Spectrum A :Analyzer 測試光源

47、頻譜狀況 ,中心波長 ,頻譜寬度 . 目前 DWDM或 CWDM傳輸有 4ch,8ch,16ch,40ch 或更多 ,須使用 OSA來測試 . T h e O S A is filter in g o n e c h a n n el T h e A N T -2 0 te st p e r - c h a n n el B E R 2013-5-1 127 MWM多波長儀 M:Multi W:Wavelength M:Meter 測試光源波長 2013-5-1 128 光衰减器的分类及性能指标 2013-5-1 129 部分厂家可变光衰减器性能一览表 2013-5-1 130 部分厂家可变光

48、衰减器性能一览表续 2013-5-1 131 常用光衰减器的品种、型号、规格和外形 2013-5-1 132 常用光衰减器的品种、型号、规格和外形 2013-5-1 133 常用光衰减器的品种、型号、规格和外形 2013-5-1 134 光衰减器的应用及发展 2013-5-1 135 光衰减器的应用及发展 2013-5-1 136 光衰减器的应用及发 从市场需求的角度来看，一方面光衰减器将向着 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，所以光衰减器今 后的研究将侧重于其高性能方面。在此，需要指 出的一点是，因为任何一种器件的反射都将会引 起光源的频率漂移和线路噪声，这对高速光通信 系统、 CATV网、相干光通信的影响特别大，甚至 会造成整个系统误用，破坏其正常的工作；同时。 回损 高回损光衰减器是衰减器发展的一个重要方向。 2013-5-1 137 光器件与电器件的类比 电线 光纤 调制器 光调制器 电阻 光衰减器 三通 （多通） 光耦合器 二极管 光隔离器 混频器 光波分复用器 放大器 光放大器 频率转换器 光波长转换器 滤波器 光滤波器 电源 光源 电接插件 光连接器 探头 光探测器 开关 光开关 集成电路 集成光路