光線傳感技術(shù)

1、光無源器件一、連接器和接頭二、光衰減器 三、光耦合器 四、光隔離器五、光環(huán)行器六、光調(diào)制器七、光開關(guān)八、波長轉(zhuǎn)換器九、光濾波器十、光纖光柵13.1 無源光器件 無源光器件是除光源器件、光檢波器件之外不需要電源的光通路部件。 無源光器件可分為連接用的部件和功能性部件兩大類。 連接用的部件有各種光連接器，用做光纖和光纖、部件（設(shè)備）和光纖、或部件（設(shè)備）和部件（設(shè)備）的連接。 功能性部件有分路器、耦合器、光合波/分波器、光衰減器、光開關(guān)和光隔離器等，用于光的分路、耦合、復用、衰減等方面。23.1 光纖連接器 光纖連接器，俗稱活接頭，ITU-T建議將其定義為“用以穩(wěn)定地，但并不是永久地連接兩根或多根

2、光纖的無源組件”。 光纖連接器主要用于實現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與儀表、設(shè)備與光纖及光纖與光纖的非永久性固定連接等。 （1）光纖連接器的基本構(gòu)成 由三個部分組成的：兩個配合插頭和一個耦合管。兩個插頭裝進兩根光纖尾端；耦合管起對準套管的作用。如圖5-19所示。圖5-19 光纖活動連接器基本結(jié)構(gòu)33.1 光纖連接器 （2）光纖連接器的分類 光纖連接器按光纖數(shù)量、光耦合系統(tǒng)、機械耦合系統(tǒng)、套管結(jié)構(gòu)和緊固方式進行分類，如表5-1所示。 表5-1光纖連接器的分類單通道對接套筒/V型槽直套管螺絲多通道透鏡錐型錐型套管銷釘單/多通道其他其他其他彈簧銷43.1 光纖連接器 （3）光纖連接器的性能 插入損耗（介

3、入損耗），該值越小越好。平均損耗值應(yīng)不大于0.5dB。 回波損耗（或稱反射損耗、回損、回程損耗），是衡量從連接器反射回來并沿輸入通道返回的輸入功率分量的一個度量值，該值越大越好。其典型值應(yīng)不小于25dB。 互換性，每次互換后，其連接損耗變化量越小越好。 重復性，即每次插拔時連接損耗變化量要小。 插拔壽命（最大可插拔次數(shù)），光纖連接器的插拔壽命一般由元件的機械磨損情況決定。53.1 光纖連接器 （4）部分常見光纖連接器 FC型。其接頭的對接方式為平面對接。 PC型。是FC型的改進型。其對接面由平面變?yōu)楣靶屯姑?。是我國最通用的?guī)格。 SC型。其結(jié)構(gòu)尺寸與FC型相同，端面處理采用拱型凸面或PC研磨方

4、式。 DIN47256型。由德國開發(fā)。 雙錐型連接器。由美國貝爾實驗室開發(fā)研制。 （5）固定連接 光纖與光纖的連接有兩種，活動連接和永久性連接。以上介紹了活動連接。永久性連接有粘接法和熔接法，目前多用熔接法。6 光纖連接器的一般性能1） 性能 項 目 型號或材料 性 能插入損耗/ dB 0.2-0.3重復性/ dB 0.1互換性/ dB0.1反射損耗/ dBFC 型 35-40PC 型 45-50壽命（插拔次數(shù)） 不銹鋼 103 陶瓷 104工作溫度 不銹鋼20- +70 陶瓷40- +8073.2 光衰減器光衰減器主要用于光纖通信系統(tǒng)的特性測試和其他測試中，是對光功率有一定衰減量的器件。根據(jù)

5、衰減量是否變化，可以分為固定衰減器和可變衰減器。8 光衰減器的基本原理在玻璃基片上蒸鍍透射系數(shù)（或反射系數(shù)變化很小的金屬膜，使通過鍍膜玻璃片的光功率被膜層材料吸收一部分，光強度受到衰減。金屬膜可以是鎳鉻等化合物材料，光的衰減量有膜的厚度進行控制。9 固定衰減器 固定衰減器對光功率衰減量固定不變，主要用于調(diào)整光纖傳輸線路的光損耗。輸入光纖輸出光纖光纖連接器光纖連接器透鏡透鏡衰減部分10 可變衰減器可變衰減器的衰減量可在一定范圍內(nèi)變化，用于測量光接收機靈敏度和動態(tài)范圍。(a)光路和結(jié)構(gòu)(b)步進衰減片(c) 連續(xù)衰減片厚薄11三、光耦合器光耦合器的功能是把一個輸入光信號分配給多個輸出，或把多個輸入

6、的光信號組合成一個輸出。P1P2P3T型光纖耦合器12 光耦合器類型 T型光耦合器是一種22的3端耦合器，可把一根光纖輸入的光信號按一定比例分配給兩根光纖，或把兩根光纖的輸入光信號組合在一起，輸入一根光纖。主要用做不同分路比的功率分配器或組合器。 星型光耦合器是一種nm的耦合器，可把n根光纖輸入的光功率組合在一起，均勻地分配給m根光纖。 定向光耦合器是一種22的3端或4端耦合器，用于分別驅(qū)除光纖中向不同方向傳輸?shù)墓庑盘?。只用于作分路器，不能作合路器?波分復用/解復用器波分復用器是與波長有關(guān)的耦合器，用于把多個不同波長的發(fā)射機輸出的光信號組合在一起，輸入到一根光纖；解復用器用于把一根光纖輸出的

7、多個不同波長的光信號分配給不同的光接收機。13 常用光耦合器類型示意圖1（b）星型（c）定向型（d）波分復用型（a）T型42312 N1 + 2 +N14 2主要性能指標 表示光纖耦合器性能指標的參數(shù)有：隔離度、插入損耗和分光比等。下面以22定向耦合器為例來說明。 （1）隔離度A 如圖5-20（c）所示，由端1輸入的光功率P1應(yīng)從端2和端3輸出，端4理論上應(yīng)無光功率輸出。但實際上端4還是有少量光功率輸出（P4），其大小就表示了1、4兩個端口的隔離程度。隔離度A表示為一般情況下，要求 。光分路耦合器15光耦合器主要特性1） 耦合比CR是一個指定輸出端的光功率Poc和全部輸出端的光功率總和Pot的

8、比值。2） 附加損耗Le是全部輸入端光功率總和Pit和全部輸出端光功率總和Pot的比值。16（3）分光比T 分光比等于兩個輸出端口的光功率之比，如從端1輸入光功率，則端2和端3分光比 一般情況下，定向耦合器的分光比為11110。173.4 光隔離器光隔離器是一種非互易性器件，只允許光波往一個方向傳輸，阻止光波往其他方向尤其是反方向傳輸。一般用在激光器或光放大器后。插入損耗值為1dB,隔離度的典型值為40-50 dB。18 光隔離器工作原理 假設(shè)入射光是垂直偏振光，起偏振器的透振方向是在垂直方向，故入射光順利通過它射向法拉第旋轉(zhuǎn)器，法拉第旋轉(zhuǎn)器由旋光材料制成，能使光的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)一定角度，如45，

9、并且其旋轉(zhuǎn)方向與光傳播方向無關(guān)。法拉第旋轉(zhuǎn)器后的檢偏振器透振方向若在45方向上，則經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)45后的光能通過檢偏振器，即光沿正方向（從左到右）通過這些器件是沒有損耗的。但沿反方向（從右到左）傳送的反射光，其偏振態(tài)也在45，當反射光經(jīng)過法拉第旋轉(zhuǎn)器再旋轉(zhuǎn)45后，偏振態(tài)達到90，變?yōu)樗狡窆?，則無法通過起偏振器。19 光隔離器工作原理示意圖起偏振器法拉第旋轉(zhuǎn)器檢偏振器 阻塞 反射光 經(jīng)SWP的 入射光 SWPSpatial Walk-off Polarizer 空間分離偏振器 ，其作用是將入射光分解為垂直與水平兩個正交偏振分量，讓垂直分量通過，而水平分量偏折通過。20 3光隔離器的性能

10、指標 插入損耗和隔離度是光隔離器的兩個主要性能參數(shù)，另還有回波損耗，偏振相關(guān)損耗和偏振模色散。 （1）插入損耗 插入損耗是指在光隔離器通光方向上傳輸?shù)墓庑盘栍捎谝牍飧綦x器而產(chǎn)生的附加損耗。如果輸入的光信號功率為Pi，經(jīng)過光隔離器后的功率為Po，則插入損耗IL為 顯然，其值越小越好。213.4 光隔離器 （2）回波損耗 回波損耗是指由于構(gòu)成光隔離器的各元件、光纖以及空氣折射率失配引起的反射造成的對入射光信號的衰減?；夭〒p耗RL為 其中，Pi為正向輸入光隔離器的光信號功率，Pr為返回輸入端口的光功率。 RL值越大越好。 （3）隔離度 隔離度是指在逆光隔離器通光方向上傳輸?shù)墓庑盘栍捎谝牍飧綦x器而

11、產(chǎn)生的損耗。有 其中， 為反向輸入光隔離器的光信號功率， 為反向通過光隔離器的光功率。隔離度越大越好。223.4 光隔離器與光環(huán)形器 （4）偏振相關(guān)損耗（PDL） 是指輸入光偏振態(tài)發(fā)生變化而其他參數(shù)不變時，器件插入損耗的最大變化量。它是衡量器件插入損耗受偏振態(tài)影響程度的指標。 （5）偏振模色散（PMD） 是指通過器件的信號光不同偏振態(tài)之間的相位延遲。 注：一般情況下，光通信系統(tǒng)對光隔離器的主要技術(shù)指標要求為：插入損耗1.0dB；隔離度35dB；回波損耗50dB；PDL0.2dB；PMD0.2ps。233.5 光環(huán)行器光環(huán)行器是多端口的隔離器。主要用于光分插復用器。典型的環(huán)行器一般有三或四個端口

12、，在三端口環(huán)行器中，端口1輸入的光信號在端口2輸出，端口2輸入的光信號在端口3輸出，端口3輸入光信號在端口1輸出。24 常用光環(huán)行器示意圖1231234(a) 三端口(b) 四端口25 光環(huán)形器用于單纖雙向通信示意圖263.6 光調(diào)制器光調(diào)制器外調(diào)制方式中采用，把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開， 可避免對光源直接調(diào)制產(chǎn)生線性調(diào)頻的限制。調(diào)制器一般用電光效應(yīng)或聲光效應(yīng)使折射率改變，或用磁光效應(yīng)使光的透過率變化實現(xiàn)光調(diào)制。 273.7 光開關(guān) 光開關(guān)：能夠控制傳輸通路中光信號通或斷或進行光路切換作用的器件。 光開關(guān)一般包括兩種：機械式光開關(guān)和電子式光開關(guān)。 機械式光開關(guān)的開關(guān)功能是通過機械方法實現(xiàn)的。利用電

13、磁鐵或步進電機驅(qū)動光纖、棱鏡或反射鏡等光學元件實現(xiàn)光路切換。 優(yōu)點是插入損耗小，隔離度高，串擾小，適合各種光纖，技術(shù)成熟；缺點是開關(guān)速度較慢，體積較大。 電子式光開關(guān)利用磁光效應(yīng)、電光效應(yīng)或聲光效應(yīng)實現(xiàn)光路切換的器件。 優(yōu)點是開關(guān)速度快，易于集成化；缺點是插入損耗大，串擾大，只適合單模光纖。283.8 波長轉(zhuǎn)換器 波長轉(zhuǎn)換器：使信號從一個波長轉(zhuǎn)換到另一個波長的器件。 波長轉(zhuǎn)換器根據(jù)波長轉(zhuǎn)換機理可分為光電型波長轉(zhuǎn)換器和全光型波長轉(zhuǎn)換器。 （1）光電型波長轉(zhuǎn)換器 如圖所示。由于速度受電子器件限制，不適應(yīng)高速大容量光纖通信系統(tǒng)。 光電型波長轉(zhuǎn)換器293.8 波長轉(zhuǎn)換器 （2）全光型波長轉(zhuǎn)換器 其波長轉(zhuǎn)換技術(shù)主要由半導體光放大器（SOA）構(gòu)成，如圖所示。 波長為1的光信號與需要轉(zhuǎn)換為波長為2的連續(xù)光信號同時送入半導體光放大器，SOA對入射光功率存在增益飽和特性，結(jié)果使得輸入光信號所攜帶的信息轉(zhuǎn)換到2 上，通過濾波器取出2 光信號，即可實現(xiàn)從1到2 的全光波長轉(zhuǎn)換。 全光型波長轉(zhuǎn)換器303.9 光濾波器 光濾波器：在光纖通信系統(tǒng)中，只允許一定波長的光信號通過的器件。 如果所通過的光波長可以改變，則稱為波長可調(diào)諧