光纤通信刘增基第3章.ppt

第 3 章 通信用光器件 3.1光源 3.2光-检测器 3.3光 无 源 器 件 铌酸锂晶体电光开关 不是改变耦合长度，而是改变耦合区的折射率来改变耦合系数，从而控制3、4的出光情况,实现光开关的目的. （2）热光效应光开关。 现在主要有两种类型的热光开关，数字光开关(DOS)和干涉式光开关。数字光开关可以用硅和高分子聚合物制作，后者功耗小，但插损大，对一个分支加热时，材料的折射率就会发生改变，将阻止光沿着这个分支传输。干涉式光开关中首先输入光被分成两路，在两根光波导里分别传输，最后合在一起，其中一根波导被加热来改变波导的折射率，从而改变光传输距离，使得一束光到达时与另一束光不同相，利用干涉原理使合成光束减弱甚至关断。 （2）附加损耗Le 由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，是全部输入端的光功率总和Pit和全部输出端的光功率总和Pot的比值，用分贝表示  Le=10lg （3）插入损耗Lt 是一个指定输入端的光功率Pic和一个指定输出端的光功率Poc的比值，用分贝表示  Lt=10lg （4）方向性DIR(隔离度) 是一个输入端的光功率Pic和由耦合器反射到其它端的光功率Pr的比值，用分贝表示 DIR=10lg （5）一致性U 是不同输入端得到的耦合比的均匀性，或者不同输出端耦合比的等同性。  3.3.3光隔离器与光环行器 1.光隔离器 隔离器就是一种非互易器件，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。 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，插入损耗的典型值约为1dB，隔离度的典型值的大致范围为40~50 dB。  工作原理 光偏振(极化)的概念。单模光纤中传输的光的偏振态(SOP： State of Polarization) 是在垂直于光传输方向的平面上电场矢量的振动方向。在任何时刻，电场矢量都可以分解为两个正交分量，这两个正交分量分别称为水平模和垂直模。 结构： 图 3.34 隔离器的工作原理 与入射光的偏振态无关的隔离器 在实际应用中，入射光的偏振态(偏振方向)是任意的，并且随时间变化，因此必须要求隔离器的工作与入射光的偏振态无关，于是隔离器的结构就变复杂了。具有任意偏振态的入射光首先通过一个空间分离偏振器(SWP: Spatial Walkoff Polarizer)。这个SWP的作用是将入射光分解为两个正交偏振分量，让垂直分量直线通过， 水平分量偏折通过。两个分量都要通过法拉弟旋转器， 其偏振态都要旋转45°。法拉弟旋转器后面跟随的是一块半波片。这个半波片的作用是将从左向右传播的光的偏振态顺时针旋转45°，将从右向左传播的光的偏振态逆时针旋转45°。因而法拉弟旋转器与半波片的组合可以使垂直偏振光变为水平偏振光，反之亦然。最后两个分量的光在输出端由另一个SWP合在一起输出， 如图3.35(a)所示。 图 3.35 一种与输入光的偏振态无关的隔离器 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。  2、环行器 环行器除了有多个端口外，其工作原理与隔离器类似。 如图3.36所示，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 3.3.4光调制器 在外调制方式中采用，为提高光纤通信系统的质量，避免直接调制激光器时产生线性调频的限制。所以在高速率系统、 波分复用系统和相干光系统中都要用调制器。 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。 调制器是利用线性