[哈尔滨理工大学光纤通信]第三章：通信用光器件.ppt

内容摘要 (Blurb) 光通信器件是光纤通信系统中的核心部件，它们的性能直接影响通信系统的质量。 在光纤通信系统中使用的光器件主要有：光源和光检测器等。 光源的作用是将电信号电流变换为光信号功率， 即实现电-光的转换， 以便在光纤中传输。 目前光纤通信系统中常用的光源主要有： 半导体激光器LD、 半导体发光二极管LED、半导体分布反馈激光器DFB等。 光检测器的作用是将接收的光信号功率变换为电信号电流，即实现光-电的转换。 光纤通信系统中最常用的光检测器有：半导体光电二极管、雪崩光电二极管。 构成一个完整的光纤传输系统，除了光源、光检测器及光纤外，还需要众多的无源光器件。 无源光器件在光纤通信系统中起着重要的作用。 本章仅介绍几种常用的无源光器件的原理及性能。 分 类 光有源器件: 和光纤一起决定着基本光纤传输系统的水平 光纤无源器件: 对光纤通信系统的构成、功能的扩展和性能的提高都是不可缺少的 光有源器件: 1、光源器件： （1）、一般光源器件： a)、白识灯与卤钨灯、b）、固体激光器、c）、气体激光器 （2）、半导体发光二极管（LED） （3）、半导体激光二极管（LD） 2、光检测器件： （1）、光电检测器 （2）、光电二极管 （3）、光电晶体管 （4）、集成接收器件和阵列 光纤无源器件: 1、光源器件： 1、连接损耗和固定接头 2、活动连接器： （1）、单芯光纤连接器;（2）、多芯光纤连接器. 3、光纤耦合器： （1）、X型耦合器;（2）、Y型耦合器;（3）、宽带耦合器; （4）、星型耦合器;（5）、树型耦合器. 4、光纤波分复用器： （1）、多层介质模型波分复用器 （2）、光栅型波分复用器 （3）、熔融型波分复用器 5、光纤开关： （1）、机械式光开关;（2）、非机械式光开关 6、光衰耗器及其它器件： （1）、光衰耗器; （2）、磁光非互易器件： a）、光隔离器；b）、光环形器 （3）、光纤传感用特种器件： a）、光纤起偏器： ①金属包层起偏器；②线圈状双折射光纤起偏器 b)、光纤频移器 c)、光纤相位调制器 d）、迅衰场器件 （4）、平面型光无源器件： a）、复合型平面光无源器件： ①定向耦合器开光 ②马赫－泽德调制器 b）、混合集成光路（雏形结构） 4、半导体激光器的主要特性 3.3.8 光 开 关 作用： 转换光路，实现光交换，它是光网络的重要器件 。 3.3.8.1 光开关的种类 1. 机械式光开关 机械式光开关是最传统的光开关，一种实用化的机械式多模光纤光开关的插入损耗小于1dB，开关时间小于1ms。 (1) 微光机电系统光开关 微光机电系统光开关是微光机电系统技术与传统光技术相结合的新型机械式光开关。 (2) 毛细管效应光开关 毛细管效应光开关是采用了电毛细管效应或热毛细管效应的光开关结构。 (3) 金属薄膜光开关 金属薄膜光开关使用了金属膜与无源波导相结合的构形，其结构如图4.23所示。 2. 液晶光开关 液晶光开关是在硅衬底材料上制作出偏振光束分支波导，再把每个分支波导交叉点刻蚀成有一定角度的槽，槽内装上折射匹配的液晶，液晶槽下面是电热器。 3. 热光效应光开关 热光效应光开关是利用加热光波导，改变光波导的折射率，引起主波导与需要的分支波导间的光耦合，从而实现光开/关的器件。 3.3.8.2 光开关的特性参数 1. 插入损耗 插入损耗是指输入与输出端口之间光功率的减少，以分贝来表示： 式中：P0为进入输入端的光功率；P1为输出端接收的光功率。插入损耗与开关的状态有关。 2. 回波损耗 回波损耗(也称反射损耗或反射率)是指从输入端返回的光功率与输入光功率的比值，以分贝表示： 式中：P0为进入输入端的光功率；P1为输入端口接收到的返回光功率。回波损耗与开关的状态有关。 3. 隔离度 隔离度是指两个相隔离输出端口光功率的比值，以分贝来表示。 式中：n、m为开关的两个隔离端口(n≠m) ；Pin是光从i端口输入时n端口的输出光功率，Pim是光从i端口输入时在m端口测得的光功率。 4. 远端串扰 远端串扰是指光开关的接通端口的输出光功率与串入另一端口的输出光功率的比值。 5. 近端串扰 近端串扰是指当其他端口接终端匹配，连接的端口与另一个名义上是隔离的端口的光功率之比。 6. 消光比 消光比是两个端口处于导通和非导通状态的插入损耗之差。 式中：ILnm为n，m端口导通时的插入损耗；ILnm0为n，m端口非导通时的插入损耗。 7. 开关时间 开关时间是指开关端口从某一初始状态转为通或断所需的时间，开关时间从开关上施加或撤去转换能量的时刻算起。 3.3.4 光滤波器