學(xué)習(xí)筆記-光器件知識(shí)

1、1. 光通信用光器件分類：l 光無(wú)源器件Optical Passive Devices（光被動(dòng)器件）l 光有源器件Optical Active Devices ( 光主動(dòng)器件)1.1簡(jiǎn)介：光無(wú)源器件光纖通信系統(tǒng)中應(yīng)用的光無(wú)源器件有光連接器、光耦合器、光隔離器、光衰減器、光開(kāi)關(guān)，光濾波器和光波分復(fù)用器等。光無(wú)源器件在光纖通信系統(tǒng)中的功能是對(duì)輸入的光信號(hào)作被動(dòng)操作，如光束的分波和合波、分束和合束、光的開(kāi)關(guān)、衰減和偏振控制等。類似于電子電路中的電阻、電容和電感元件。1.2簡(jiǎn)介：光有源器件光纖通信系統(tǒng)中應(yīng)用的光有源器件有信號(hào)光源、泵浦光源、探測(cè)器、光調(diào)制器和光放大器等。光有源器件在光纖通信系統(tǒng)中的功能

2、是對(duì)光信號(hào)作主動(dòng)操作，包括光信號(hào)的發(fā)射、探測(cè)和放大、光調(diào)制和波長(zhǎng)變換等。并非接通電源的光器件都是有源器件。2. 光無(wú)源器件詳細(xì)知識(shí)雖然對(duì)各種光無(wú)源器件的特性有不同的要求，但普遍的要求是插入損耗小、反射損耗大、工作溫度范圍寬、性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、體積小、隔離度高、價(jià)格便宜，許多光無(wú)源器件還要求便于集成。2.1光纖連接及光纖連接器2.1.1光纖連接：永久性連接，活動(dòng)性連接永久性連接主要采用熔接法實(shí)現(xiàn)，借助光纖熔接機(jī)完成；活動(dòng)性連接主要利用光纖連接器實(shí)現(xiàn)。2.1.2光纖連接器l 基本構(gòu)成：兩個(gè)配合插頭和一個(gè)耦合管。l 五種結(jié)構(gòu)：套管結(jié)構(gòu)，雙錐結(jié)構(gòu)，V型槽結(jié)構(gòu)，球面定心結(jié)構(gòu)，透鏡耦合結(jié)構(gòu)l 連接器種類：

3、l 性能指標(biāo)：(A)插入損耗：(B)回波損耗：(C)重復(fù)性和互換性我們的器材參數(shù)：所有的光無(wú)源器材都是FC/APC接口，光源是FC/PC接口（通過(guò)PC-APC跳線轉(zhuǎn)接）。插入損耗：0.63db左右（以Faraday Rotator為例）回波損耗：60db左右（以Faraday Rotator為例）2.2光耦合器附：光纖分束器是將一根光纖內(nèi)的波長(zhǎng)、能量、偏振等特性進(jìn)行重新分配到不同光纖的一種器件。分能量的一般叫光纖分路器或者光纖耦合器；分波長(zhǎng)的是波分復(fù)用器；分偏振的是偏振分束器；l 作用：使傳輸中的光信號(hào)在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生耦合并進(jìn)行再分配。l 類型：定向耦合器（X型）；Y型分路器；星型耦合器

4、；樹(shù)形耦合器定向耦合器：光信號(hào)從端1傳輸?shù)蕉?，一部分從端4輸出，端2無(wú)輸出；光信號(hào)從端3傳輸?shù)蕉?，一部分從端2輸出，端4無(wú)輸出。定向耦合器可用作分路器，不能用作合路器。Y型耦合器：把一根光纖輸入的光信號(hào)按一定比例分配給兩根光纖，或把兩根光纖輸入的光信號(hào)組合在一起輸入一根光纖。l 工作原理：入射光功率在雙錐體結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生功率再分配，一部分光功率從“直通臂” 繼續(xù)傳輸，另一部分則由“耦合臂”傳到另一光路。l 特性參數(shù)：插入損耗：附加損耗：光纖耦合器的附加損耗是體現(xiàn)器件制造工藝質(zhì)量的指標(biāo)，反映的是器件制作過(guò)程帶來(lái)的固有損耗；而插入損耗則表示的是各個(gè)輸出端口的輸出功率狀況,不僅有固有損耗的因素

5、，而且也有分光比的影響。分光比：耦合比：隔離度：X型光耦合器由輸入端1輸入的光功率P1應(yīng)從輸出端3和輸出端4輸出，輸入端2理論上應(yīng)無(wú)光功率輸出。但實(shí)際上輸入端2還是有少量光功率輸出（P2），其大小就表示了1、2兩個(gè)端口的隔離程度。我們器材的參數(shù)：Insertion loss（port1 to port2）/（port1 to port3）=3.44/3.79Min. Extinction Ratio（port1 to port2）/（port1 to port3）=26/23輸出端口有疑問(wèn)，需核實(shí)2.3光隔離器l 作用：在光通路中防止光反射回光源，只允許光信號(hào)單向傳輸。l 組成與原理：l 特性

6、參數(shù)：插入損耗：隔離度：2.4光環(huán)形器光環(huán)行器除了有多個(gè)端口外，其工作原理與隔離器類似。在三端口環(huán)行器中，端口1輸入的光信號(hào)在端口2輸出，端口2輸入的光信號(hào)在端口3輸出，端口3輸入的光信號(hào)在端口1輸出。2.5光衰減器l 作用：對(duì)光能量進(jìn)行預(yù)期的衰減，使光能量減少。l 分類（按工作原理）：合器型光衰減器、位移型光衰減器和衰減片型光衰減器衰減片型光衰減器是直接將具有吸收特性的衰減片，固定在光纖的端面上或光傳輸通路中，達(dá)到衰減信號(hào)的目的，可制成固定光衰減器也可制成可變光衰減器。2.6光開(kāi)關(guān)l 作用：轉(zhuǎn)換光路，實(shí)現(xiàn)光交換l 端口分類：根據(jù)輸入和輸出端口數(shù)不同，光開(kāi)關(guān)可分為1×1，1×

7、;2，1×N，2×2， M×N等多種。l 機(jī)械式光開(kāi)關(guān)：利用機(jī)械裝置驅(qū)動(dòng)光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換。插入損耗小，隔離度高，串?dāng)_小，技術(shù)成熟；開(kāi)關(guān)速度慢，開(kāi)關(guān)尺寸較大，不易集成。l 非機(jī)械式光開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)速度快，體積小，便于光集成；插入損耗大，隔離度低，串?dāng)_大。電光開(kāi)關(guān)：利用材料的電光效應(yīng)原理制成的。熱光開(kāi)關(guān)：利用材料的電光效應(yīng)原理制成的。聲光開(kāi)關(guān)：利用材料的聲光效應(yīng)原理制成的。磁光開(kāi)關(guān)：利用材料的磁光效應(yīng)原理制成的。l 特性參數(shù)：插入損耗、回波損耗、隔離度、開(kāi)關(guān)時(shí)間等。 2.7光波分復(fù)用器l 作用：對(duì)光波波長(zhǎng)進(jìn)行分離和合成，能將多個(gè)光載波進(jìn)行合波或分波，使光纖通信的容量成倍

8、增加。波分復(fù)用器包括復(fù)用器（光合波器）和解復(fù)用器（光分波器）。l 傳輸原理：當(dāng)器件作解復(fù)用器時(shí)，注入到入射端（單端口）的各種光波信號(hào)，分別按波長(zhǎng)傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的出射端（N個(gè)端口之一），對(duì)于不同的工作波長(zhǎng)其輸出端口是不同的。在給定的工作波長(zhǎng)的光信號(hào)從輸入單端口傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的輸出端口時(shí)，器件具有最低的插入損耗；而其他輸出端口對(duì)該輸入光信號(hào)具有理想的隔離。在器件用作復(fù)用器時(shí)，其作用同上述情況相反。l 波分復(fù)用器的分類：角色散型、介質(zhì)膜干涉型、光纖耦合型和集成光波導(dǎo)型。l 性能參數(shù)：復(fù)用中心波長(zhǎng)、信道通信帶寬、插入損耗、回波損耗、隔離度、最大光功率、溫度穩(wěn)定性等。2.8偏振光分束器PBS（polarizat

9、ion beam splitter）偏振分光棱鏡偏振分光棱鏡能把入射的非偏振光分成兩束垂直的線偏光。其中P偏光完全通過(guò)，而S偏光以45度角被反射，出射方向與P光成90度角。不像吸收型偏振片（absorptive polarizers），PBS并不吸收和浪費(fèi)拒絕的偏振態(tài)，所以更適合高能光束。在我們的實(shí)驗(yàn)中，單?？跒閜ort1，V軸口為port2，H軸口為port3.2.9法拉第旋轉(zhuǎn)器A Faraday rotator is an optical device that rotates the polarization of light due to the Faraday effect, whi

10、ch in turn is based on a magneto-optic effect.法拉第旋轉(zhuǎn)器通過(guò)法拉第效應(yīng)來(lái)旋轉(zhuǎn)光的偏振態(tài)。The Faraday rotator works because one polarization of the input light is in ferromagnetic resonance with the material which causes its phase velocity to be higher than the other.The plane of linearly polarized light is rotated when

11、a magnetic field is applied parallel to the propagation direction.The empirical angle of rotation is given by:旋轉(zhuǎn)角公式：= V B dWhere is the angle of rotation (in radians).B is the magnetic flux density in the direction of propagation (in teslas).磁感應(yīng)強(qiáng)度d is the length of the path (in metres) where the light and magnetic field interact.光磁相互作用的長(zhǎng)度Then V is the Verdet constant for the material. 材料性質(zhì)2.10光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器l 作用：光信號(hào)從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)波長(zhǎng)。l 按波長(zhǎng)變換原理分類：光電再生型、增益飽和型、相位調(diào)制型和四波混頻型使用光纖無(wú)源器件時(shí)的注意事項(xiàng)：l