通信工程師考試光無(wú)源器件

1.4.3 光無(wú)源器件

光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成？除了端要光源和光檢測(cè)器之外，還需要一些不加電源的光器件，統(tǒng)稱為無(wú)源光器件，如光纖連接器、光纖耦合器、光纖光柵、光隔離器等。

1.光纖連接器

光纖連接器是一個(gè)實(shí)現(xiàn)兩根光纖之間的一直或半一直連接的器件。光纖連接器常采用螺絲卡口、卡銷固定、推拉式3種結(jié)構(gòu)。這3種結(jié)構(gòu)都包括單通道連接器和既可應(yīng)用于光纜對(duì)光纜、也可用于光纜對(duì)線路卡連接的多通道器。

光纖連接器的主要參數(shù)有插入損耗、回波損耗和可重復(fù)性等。

2.光纖耦合器

在光纖通信和光纖測(cè)貴中，有時(shí)需要把光信號(hào)在光路上由一路向兩路或多路傳送需把W路光信號(hào)合路再向A/路或；V路分配，能完成上述功能的器件就是光耦合器。

器常用的有微鏡片耦合器、波導(dǎo)耦合器和光纖耦合器等。

熔錐型波分復(fù)用器是將兩根或多根光纖靠貼在一起適度熔融而成的一種表面交互器件，可以通過(guò)控制融合段的長(zhǎng)度和不同光纖之間的互相靠近程度，實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的復(fù)用或解復(fù)用。

兩纖的2x2熔錐型耦合器如圖1-17所示。采用多個(gè)熔融式耦合器級(jí)聯(lián)應(yīng)用的方法，可以改進(jìn)隔離度（提高到30-40dB）。

2x2的耦合器是最基本的耦合單元，光纖耦合器都可通過(guò)它級(jí)連而成。圖1-17X形培錐型稱。光纖光柵光纖光柵（FG）由一段折射率沿其長(zhǎng)度周期性變化的光纖構(gòu)成，如圖1-18所示。

臺(tái)距光權(quán)包層纖芯

圖1-18光纖光柵的結(jié)構(gòu)

光纖光柵以其特有的高波長(zhǎng)選擇性能、易與光纖耦合、插入損耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的關(guān)注，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展到諸如光纖激光器、WDM合/分波器、超髙速系統(tǒng)中的色散補(bǔ)償器、EDFA增益均衡器等光纖通信及溫度、應(yīng)變傳感領(lǐng)域中。

如果光注入光柵（FG）后，與折射率變化周期相對(duì)應(yīng)的特定波長(zhǎng)的光能夠被逆向反射回去，則稱具有這種功能的光柵為短周期（lgrn以下）Bragg反射式光柵（FBG）。如果注入光柵（FG）的光向纖芯外輻射出去，并耦合至包層，被光纖涂覆樹(shù)脂吸收而迅速消耗掉，且不存在反射，則稱具有這種功能的光柵為長(zhǎng)周期光柵（LPG）。

1.光隔離器

圖1-19所示為光隔離器的原理框圖。具有任意偏振態(tài)（SOP）的輸入信號(hào)，首先通過(guò)空間分離偏振器（SWP），分成相互垂直的兩個(gè)偏振分景，一個(gè)水平方向和一個(gè)垂直方向。水平分暈偏離輸入方向，垂直分量直通。然后水平分量和垂直分量均經(jīng)過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)器，偏振方向旋轉(zhuǎn)45°，再經(jīng)過(guò)一個(gè)半波長(zhǎng)波片，偏振方向再旋轉(zhuǎn)45°，這樣水平分量正好變成垂直分量，垂直分量變成了水平分量，最后兩個(gè)分量又在另一個(gè)SWP上合路輸出，如圖1-19（a）所示。反方向的輸入信號(hào)沿原路返回時(shí)，由于半波長(zhǎng)和法拉第旋轉(zhuǎn)器的作用相互抵消，因而兩個(gè)分景通過(guò)這兩個(gè)器件后偏振態(tài)保持不變，在輸入端的SWP上不能合路輸出，如圖1-19所示。

光隔離器的兩個(gè)主要性能參數(shù)為：①插入損耗：是指當(dāng)光從輸入端輸入、從輸出端輸出時(shí)光能的損耗，這是由器件插入引起的損耗，應(yīng)越小越好；②隔離度：是指當(dāng)光從輸入端輸入，從不希望的輸出端口輸出時(shí)的插入損耗，應(yīng)越大越好。

　　1.光開(kāi)關(guān)性能參數(shù)

光幵關(guān)的主要性能參數(shù)有：開(kāi)關(guān)時(shí)間、通斷消光比、插入損耗、串?dāng)_及偏振依賴損耗等。

（1）開(kāi)關(guān)時(shí)間：光開(kāi)關(guān)是光交換的關(guān)鍵器件，光開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)速度或稱開(kāi)關(guān)時(shí)間是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)幵關(guān)時(shí)間的要求是不一樣的，如光通道的設(shè)置開(kāi)關(guān)時(shí)間為1-10ms,保護(hù)倒換的開(kāi)關(guān)時(shí)間為1-10ns,分組交換的開(kāi)關(guān)時(shí)間為1ns,外調(diào)制器的開(kāi)關(guān)時(shí)間為lOps墾級(jí)。除了開(kāi)關(guān)時(shí)間外，還有一些參數(shù)用米衡童光開(kāi)關(guān)的性能。

（2）通斷消光比：是指光開(kāi)關(guān)處于通（開(kāi)）狀態(tài)時(shí)輸出的光功率和處于斷（關(guān)）狀態(tài)時(shí)的輸出光功率之比。

（3）插入損耗：是指由于光開(kāi)關(guān)的使用導(dǎo)致光路上的能量損耗。

（4）串?dāng)_：是指某輸出端口的功率除了來(lái)自希望的輸入端口外還有來(lái)自不希望的輸入端口的功率，二者光功率之比稱為串?dāng)_。

（5）偏振依賴損耗：由于偏振引起的光功率的損耗。

表1-2列出了主要的幾種光開(kāi)關(guān)的性能。

2.主要的幾種光開(kāi)關(guān)

（1）微電機(jī)械光開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。微電機(jī)械光開(kāi)關(guān)系統(tǒng)（MEMS）采用毫微米技術(shù)工藝可以像半導(dǎo)體工藝一樣在一個(gè)基片上制造出很微小的機(jī)械，如傳動(dòng)齒輪裝置、步進(jìn)電機(jī)、高度拋光的金平板（反射鏡）、螺桿等。這樣的微機(jī)械可以與電的傳動(dòng)機(jī)械相連安排在光路上，來(lái)控制反射鏡使其運(yùn)動(dòng)，從而改變光的方向。MEMS技術(shù)己發(fā)展到能在同一個(gè)芯片上集成按陣列排放的許多反射鏡，有望獲得低損耗連接、小型化設(shè)計(jì)、大的互連矩陣。

（2）電光開(kāi)關(guān)。2x2的電光開(kāi)關(guān)也可以利用耦合器，但它不是通過(guò)改變光纖的長(zhǎng)度而是改變耦合區(qū)材料的折射率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常用的一種材料是鈮酸鋰（LiNb03）。電光開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)速度快，易于集成。

電光結(jié)構(gòu)如圖1-20所示。

（3）熱光開(kāi)關(guān)。2x2的熱光開(kāi)關(guān)是一個(gè)MZI干涉儀。通過(guò)改變其中一個(gè)臂的折射率（受溫度的影響）使兩臂上光信號(hào)之間的相差有所改變，從而使光信號(hào)在輸入觸出之間通斷。

（4）SOA光開(kāi)關(guān)。SOA光開(kāi)關(guān)，利用半導(dǎo)體光放大器，通過(guò)改變SOA的偏置電壓就可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。當(dāng)偏置減少時(shí)，沒(méi)有粒子數(shù)偏s電S反轉(zhuǎn)，因而吸收光信號(hào)；當(dāng)偏置增加時(shí)，放大輸入信號(hào)，因而當(dāng)SOA處于吸收和放大態(tài)時(shí)，通斷消光比很大；同時(shí)易于集成，開(kāi)關(guān)速度快，但偏振敏感。

返回目錄：通信工程師傳輸與接入考試光纖通信概述