第五章光无源器件精要.ppt

第五章 光路无源器件 王 立 湖南文理学院电气工程系 本章重点 光耦合器的工作原理及作用 光隔离器的工作原理及作用 5.1 光纤连接器 连接器：是实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件， 主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输入之间，或光纤线路与其他光无源器件之间的连接。表3.5给出光纤连接器的一般性能。 要求：插入损耗小，反射损耗高，重复插拔性好，互换性 接头：是实现光纤与光纤之间的永久性(固定)连接，主要用于光纤线路的构成，通常在工程现场实施。 光纤连接损耗及影响因素 纤芯直径不同 数值孔径不同 横向错位 端面倾斜 端面纵向间隙 轴线没对准 端面弯曲 光纤连接器的分类 5.2 光耦合器 耦合器：耦合器是对光信号实现分路、合路和分配的无源器件，是波分复用、光纤局域网、光纤有线电视网以及某些测量仪表中不可缺少的光学器件。这种器件对光纤线路的影响主要是附加插入损耗，还有一定的反射和串扰噪声,耦合器大多与波长无关，与波长相关的耦合器专称为波分复用器/解复用器。  1. 耦合器类型 T形耦合器：这是一种2×2的3端耦合器， 其功能是把一根光纤输入的光信号按一定比例分配给两根光纤， 或把两根光纤输入的光信号组合在一起，输入一根光纤。  衰减器的功能是对光功率进行预定量的衰减。 衰减器的工作机理有以下几种：1. 耦合型它是通过输入、输出两根光纤纤芯的偏移来改变光耦合的大小，从而达到改变衰减量的目的.2. 反射型通过改变反射镜的角度，控制透射光的大小。衰减器可分成固定式、步进可变式和连续可变式三种类型。3.吸收型通过金属膜材料对光进行吸收来控制光的大小。 5.4 光隔离器与光环行器 隔离器：是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。插入损耗和隔离度是隔离器的两个主要参数，对正向入射光的插入损耗其值越小越好，对反向反射光的隔离度其值越大越好， 目前插入损耗的典型值约为1 dB，隔离度的典型值的大致范围为40~50 dB。 5.5 光调制器和光开关 光开关 光开关：其功能是转换光路， 实现光交换， 它是光网络的重要器件。  光开关的分类： 一类是机械光开关， 利用电磁铁或步进电机驱动光纤、棱镜或反射镜等光学元件实现光路转换； 另一类是固体光开关，利用磁光效应、电光效应或声光效应实现光路转换。机械光开关的优点是插入损耗小，串扰小， 适合各种光纤，技术成熟； 缺点是开关速度慢。固体光开关正相反， 优点是开关速度快；缺点是插入损耗大， 串扰大， 只适合单模光纤。 另一方面， 如果存在反射光在反方向上传输，半波片和法拉弟旋转器的旋转方向正好相反，当两个分量的光通过这两个器件时， 其旋转效果相互抵消，偏振态维持不变，在输入端不能被SWP再组合在一起，如图3.35(b)所示，于是就起到隔离作用。  环行器：除了有多个端口外，其工作原理与隔离器类似。 典型的环行器一般有三个或四个端口。在三端口环行器中，端口1输入的光信号在端口2输出，端口2输入的光信号在端口3输出，端口3输入的光信号由端口1输出。光环行器主要用于光分插复用器中。  图 3.36光环行器 (a) 三端口； (b) 四端口 光调制器 调制器可以用电光效应、 磁光效应或声光效应来实现。最有用的调制器是利用具有强电光效应的铌酸锂(LiNbO3)晶体制成的。 这种晶体的折射率n和外加电场E的关系为  n=n0+αE+βE2 式中，n0为E=0时晶体的折射率。α和β是张量，称为电光系数，其值和偏振面与晶体轴线的取向有关。 根据不同取向，当β=0时，n随E按比例变化，称为线性电光效应或普克尔(Pockel)效应。当α=0时，n随E2按比例变化， 称为二次电光效应或克尔(Kerr)效应。设输入调制信号按余弦变化，则输出信号的光功率  P=1+cos 马赫 - 曾德尔干涉仪型调制器 式中Us和Ub分别为信号电压和偏置电压，Uπ为光功率变化半个周期(相位为0~π)所需的外加电压， 并称为半波电压。当Us+Ub=0时，P=2为最大；当Us+Ub=Uπ时，P=0。 * *  表 3.5 光纤连接器一般性能 图 3.27 套管结构连接器简图 平面对接（FC）型光纤活动连接器 矩形（SC）型光纤活动连接器 多芯光纤活动连接器 图 3.