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光纤通信系统与光器件(光器件)


游标式级联腔:由两个腔长接近的F-P腔串联而成。 K FSR1=(K+1) FSR2 精细度为:FSRT= K FSR1=(K+1) FSR2 FSR1 FSR2 FSRT
f
f
腔1
腔2
f
级联腔
Problem:插损大、两级间耦合、两级统一调谐困难 Solution:光纤放大器补偿法、光隔离器法

回波损耗:反射损耗,光纤连接处,后向反射 光相对输入光的比率的分贝数。
LR P 10 lg R ( dB) P in

重复性和互换性
损耗 来源
•活动连接器

方法:利用精密陶瓷套筒准直纤芯
插入损耗目前水平0.2dB
减低反射技术:APC 类型:FC、 SC、 ST 其它:多芯光缆连接器、保偏光纤连接器、密封型光 纤连接器
复用器与滤波器Multiplexer and Filter
光隔离器与环行器 光调制器Modulators


光开光Switches
光波长转换器 光交叉互连器
光衰减器—Attenuator

根据工作原理分类:
位移型光衰减器
横向位移型光衰减器
纵向位移型光衰减器
光衰 减器
直接镀膜型光衰减器 (吸收模或反射模型)
耦合功率
P 1 P 0 cos Cz
2
P2 P0 sin Cz
2
C--耦合系数
•技术指标:
P0
P1
P3
P2
1、插入损耗:特定的端口到另一端 Pi 口路径的损耗。如从输入端口i到输 Li j 10 lg P 出端口j的路径中的插入损耗为: j 2、附加损耗:输入功率对总的 Le 10 lg 输出功率的比值。
光器件
目录

光器件概述
光连接器Connector
光衰减器Attenuator 光耦合器Coupler
复用器与滤波器Multiplexer and Filter
光隔离器与环行器 光调制器Modulators


光开光Switches
光波长转换器 光交叉互连器
光器件概述
•作用: 实现光信号的连接、能量分路/合路、波长复用/解 复用、光路转换、能量衰减、方向阻隔、光-电-光转换、 光信号放大、光信号调制等功能。是构成光纤通信系统的 必备元件。光器件是具有上述一种功能的元器件的总称。
FBG:
length
Period
•光纤光栅的形成: 光纤敏化(载氢或光敏光纤)--紫外光(~244nm) 以光栅条纹方式照射光纤--形成折射率光栅
反射中 心波长
2neff
纤芯的有效折射率
光栅 周期
•根据不同的折射率分布,FBG分类:
1. 均匀的Bragg光栅:
谐振峰两边有一些旁瓣。 由于光纤光栅两端折射率突变引起F-P效应导致的。 旁瓣分散了光能量,不利于其应用,需进行旁瓣抑制。

定义:对同一波长的光功率进行分路或合路
类型:

Y型、X型22耦合器、1N型、MN型 全光纤型、微光元件型、集成光波导型

功能:光信号的分配、合成、提取、监控等。
1
2 3 1 4 2 3
22光纤耦合器
输入功率 P0 P4 P3 P2 直通功率 P1
串扰
L
锥形区域
Z
耦合区域
L
锥形区域
复用器与滤波器Multiplexer and Filter
光隔离器与环行器 光调制器Modulators


光开光Switches
光波长转换器 光交叉互连器
光连接器—Connector

技术指标:

插入损耗:光信号通过连接器之后,其输出光 功率相对输入光功率的比率的分贝数。
P L 10 lg out ( dB) P in
P1 P2 P3
………….
•在DWDM中,信道间 距小于1nm,所以要求 F-P腔有较窄的带宽F。
………….
PN
精细度F要高 级联F-P腔
f1 f2 f3
………….
fN
F-P滤波器的传输特性 (a)传输函数 (b)N个信道经波分复用后加到 滤波器输入端的频谱图 (c)滤波器输出端
级联F-P腔光滤波器
衰减量调 节旋钮
目录

光器件概述
光连接器Connector
光衰减器Attenuator 光耦合器Coupler
复用器与滤波器Multiplexer and Filter
光隔离器与环行器 光调制器Modulators


光开光Switches
光波长转换器 光交叉互连器
光耦合器—Coupler
采用普通透 镜的WDM
采用渐变折 射率透镜, 简化了装置 的校准。
光栅工作原理
1+ 2 光栅周期 1 成像平面
2

反射光栅
当以角度d衍射的射线满足下面的光栅方程时,在成像平面 内就会产生波长上的相加干涉,即:(sini-sind)=m
式中m是光栅阶数,一般只考虑m=1的一阶衍射条件。
由于对于不同的波长,可以在成像面内的不同点满足光栅 方程,所以光栅可分离出单独的波长。
体光栅滤波器的特点

波长通道数大(~132CH) 通道间隔小(商用~0.4nm) 插损不随通道数增加(6~7dB) 温度敏感(~0.01nm/OC),需温度补偿(温控、材料补偿) 高斯型通带(采用特殊技术可实现平顶,但增大插损)
•多层介质膜复用解复用器特点:
•通带特性好(平顶、隔离度高~25dB)
•温度敏感性小(0.0005nm/OC 不需温控)
•插损5~7dB(16波) 波长数16CH
•波长间隔0.8nm
•PDL小(~0.2dB)
价格较高
•是16波长WDM系统中主要选用的器件
四、马赫-曾德干涉滤波器MZI

Mach-Zehnder Interferometer

光滤波器 与解复用器(光波长选择器件)
0

滤波器
解复用器
•用途:
波长选择、光放大器的噪声滤除、光复用/解复用
Wavelength
filter
Wavelength
multiplexer
Wavelength router
技术参数
•中心波长(固定、可调) •带宽( 1dB带宽、3dB带宽、20dB带宽) •偏振相关性(PDL) •调谐范围 •隔离度(串音) •插损 •温度敏感系数
Output 1 /2+L+ /2= L+
Output 2 /2+L- /2= L
L=2neff L /=k
k为奇数 k为偶数
Output 1 Output 2
五、体光栅滤波器

在Si衬底上沉积环氧树脂后制造成光栅。多波长信号经光纤 输入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上,反射光栅将各 波长分开,然后经透镜将各个波长的光聚焦在各自的光纤。
单模光纤
光栅 InP材料 光波导
采用凹面光 栅,可省去 聚焦透镜。
六、阵列波导光栅AWG
array-waveguide-grating
AWG: 规则排 列的波导,相 邻波导的长度 相差固定值L, 因而产生的相 移随波长而变。
AWG特点:
•信道间隔(1.6 0.8 0.4nm) •端口(18 116 132 164) •需要温控(0.01nm/C0) •插损不随通道数增加(6~7dB) •高斯型通带(采用特殊技术可实现平顶,但增大插损) •隔离度~22dB •PDL<1dB 应用: •复用/解复用(16通道以上WDM系统中最具竞争力 的器件)
目录

光器件概述
光连接器Connector
光衰减器Attenuator 光耦合器Coupler
复用器与滤波器Multiplexer and Filter
光隔离器与环行器 光调制器Modulators


光开光Switches
光波长转换器 光交叉互连器
复用器与滤波器—Multiplexer and Filter
ST型:采用带键的 卡口式锁紧机构,确 保连接时准确对中。
SC型:外壳采用工程 塑料,矩形结构,便于 密集安装,不用螺纹连 接,可以直接插拔。 FC型:螺纹连接。 外部材料为金属
•固定连接器
包括:熔接法、V形槽法和套管法
目录

光器件概述
光连接器Connector
光衰减器Attenuator 光耦合器Coupler
区的锥度,控制拉锥速度。
•特点:插损低、结构简单、温度稳定性高、隔离
度低、复用波长数少(两波)
•应用:波长间隔较宽,常用于 1300nm/1550nm、980nm/1550nm、 1480nm/1550nm波长的分离
二、法布里-珀罗滤波器 Fabry-Perot Filter

基本原理:F-P干涉仪,平行平板的多光束干涉。
七、光纤光栅FBG

对于同向传输的两个波,如果传播常数满足Bragg 条件,两波之间将发生能量的耦合。 Bragg条件:
1 2
2

光栅周期

特别地,如果满足
2 1 1 2 1 能量将耦合至波长与入射波相同的反向传输的散射 中--反射式滤波器FBG
度越大。
传输函数
(f)
(a)
DWDM系统对F-P滤波 器参数的要求:
FSR
输入功率 Pin(f) (b) 输出功率 Pout(f) (c)
•F-P腔的自由谱区FSR 必须大于多信道复用信 号的频谱宽度,以免使 信号重叠,造成混乱。
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