光连接器、光衰减器、光耦合器件、光隔离器.ppt

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1、2007-2-27,1,第二讲 光连接器、光耦合器件、光隔离器、光环形器、光衰减器,光纤通信常用单位光连接器光耦合器件光隔离器光环形器光衰减器,2007-2-27,2,光纤通信中常用单位的定义：1.dB=-10 log10(Pout/Pin)Pout:输出功率;Pin:输入功率 2.dBm=10 log10(P/1mw)是通信工程中广泛使用的单位；通常表示以1毫瓦为参考的光功率；Example:10dBm表示光功率等于100uw。3.dBu=10 log10(P/1uw),光纤通信常用单位,2007-2-27,3,光器件与电器件的类比,2007-2-27,4,一、光连接器件,光纤连接器件的作用

2、是一根光纤中的光最大限度地传到另一光纤中，或光信号在不同光纤之间耦合传递。广义上连接器分为两种类型：可拆卸型连接器。它被设计成可被连接，必要时又可拆开。永久型连接器。它被一次型连接使用，不能在拆开后重复使用。连接器的组成部分：连接器插头、光缆跳线、转换器、变换器、裸光纤连接器。,2007-2-27,5,制作光纤连接器的光纤要求,纤芯直径:单模 9um 0.5,多模50 1um.纤芯不圆度:小于0.5um包层直径:125um 2um包层不圆度 小于2%同轴度:小于1um抗拉强度:大于0.5kg,2007-2-27,6,光纤的基本类型,2007-2-27,7,2007-2-27,8,精密套管结构连

3、接器简图,活动连接器的基本结构(1),2007-2-27,9,活动连接器的基本结构(2),双锥形结构V形槽结构,2007-2-27,10,活动连接器的基本结构(3),球透镜耦合与自聚焦透镜耦合,2007-2-27,11,活动连接器的核心部件,2007-2-27,12,2007-2-27,13,2007-2-27,14,2007-2-27,15,连接器的品种、型号（1）,1.FC系列连接器 FC型连接器是一种镙纹连接，外部零件采用金属材料制作的连接器。,2007-2-27,16,FC型连接器的插头、转换器和内部结构,连接器的品种、型号（1）,2007-2-27,17,2.SC系列连接器 SC型连

4、接器采用插拔连接，外壳使用工程塑料制作、矩形结构，便于密集安装，可以制成多芯连接器。,SC型插头,SC型转换器,连接器的品种、型号（2）,2007-2-27,18,3.ST型连接器 ST型连接器采用带键的卡口式锁紧机构。,ST型连接器的插头与转换器,连接器的品种、型号（3）,2007-2-27,19,4.不同型号插头相互连接的转换器（法兰盘）FC/SC，FC/ST，SC/ST5.不同种类的变换器 SCFC，STFC，FCSC，FCST，SCST，STSC6.各种裸光纤转接器,连接器的品种、型号（4）,2007-2-27,20,连接头端面类型,2007-2-27,21,光在光纤中的衰减,2007

5、-2-27,22,光衰减中的规律,2007-2-27,23,连接器的主要指标,连接器的主要指标:插入损耗基准法：（国家标准）替代法：（国家标准）跳线插入损耗测试,2007-2-27,24,连接器的主要指标,2.回波损耗 在光纤连接处，后向反射光相对于输入光的比率的分贝数。3.重复性和互换性重复性是指同一对插头，在同一只转换器中多次插拔之后，其插入损耗的变化范围。插拔次数一般取5次。互换性是指不同插头之间。或者不同连接器任意置换之后，其插入损耗的变化范围，性能一致性。,2007-2-27,25,光纤连接器一般性能,2007-2-27,26,纤芯错位损耗,影响连接损耗的因素 光纤连接时，由于光纤纤

6、芯直径、数值孔径、折射率分布的差异以及横向错位、角度倾斜、端面间隙、端面形状、端面光洁度等因素的影响，都会产生连接损耗。1.纤芯错位损耗,2007-2-27,27,2007-2-27,28,光纤倾斜损耗,其中,（2）光纤倾斜损耗,对单模光纤当错位损耗取0.1DB，并假定a=5um,则横向错位d=0.72um.对于单模光纤横向错位小于0.8um,2007-2-27,29,2007-2-27,30,（3）光纤端面间隙损耗,其中Z是端面间隙，K=n1/n2。当端面间隙控制在1um以内损耗小于0.006db，可以忽略。,（4）光纤端面多次反射（Snell反射）引起的损耗,光纤端面间隙损耗,光纤端面间隙

7、损耗,对于要求倾斜损耗小于0.1DB，则单模光纤的倾斜角度应小于0。3度。生产中小于0。1度,其中k=n1/n0,n0为空气折射率，取n0=1,n1=1.46计算得到Ilf=0.32db,2007-2-27,31,（5）纤芯（或模场）尺寸失配引起的连接损耗（6）数值孔径失配引起的连接损耗,NA1NA2,NA1NA2,失配引起的连接损耗,失配引起的连接损耗,其中,2007-2-27,32,其他原因引起的损耗,光纤端面不平滑，会导致散射损耗光纤端面与轴线不垂直，会产生连接损耗。上述的各种因素不仅影响插入损耗，也同时影响着连接器件的重复性和互换性。因此各种因素的改善，也会提高重复性和互换性指标。,2

8、007-2-27,33,改进回波损耗的方法,平面接触球面接触斜球面接触Return Loss(回波损耗)PC40dB SPC45dB UPC50dB APC60dB,2007-2-27,34,光纤连接器的测试方法,基准法替代法跳线插入损耗测试重复性互换性回波损耗测试,2007-2-27,35,连接器的发展方向（1）,1、进一步提高性能指标插入损耗和回波损耗是今后有待改善的主要指标。插入损耗目前是0.1dB 到0.5dB之间，平均为0.3dB,逐步到平均值0.1dB,变化范围小至0.2dB.采用加工精度，增加一致性和互换性采用镀膜工艺提高回波损耗,2007-2-27,36,连接器的发展方向（2）

9、,2、发展带状光缆连接器多芯带状连接器，4芯、8芯、10芯等日本可达到1000芯带状光缆连接器3、发展多功能的连接器现已有外形与FC、SC、ST型转换器一样的固定衰减器外形和各种变换器一样的固定衰减器外型与FC型转换器一样内部有接收和发光芯片的光电器件,2007-2-27,37,连接器的发展方向（3）,预期会产生下面器件：装有光发光模块和光接收模块的各种型号的转换器再插针端面，镀各种模组成不同功能的插头再插针端面生成微透镜，使出射光变成平行光转换器内部装有光隔离器、调制器的光集成器件将激光器陈列芯片和接收器件阵列芯片与带状光缆连接集成在一起。,2007-2-27,38,光纤固定连接,制作固定接

10、头的方法有：熔接法、V形槽法、毛细管法、套管法。熔接法最普遍，是光通信中光纤固定连接的主要方法。插入损耗小、后向反射光为零。加热和熔化的方法有三种：电弧熔接；采用电极高压放电的方法加热光纤，使之熔融连接。电弧放电和光纤对准已实现自动化作业。氢焰熔接；用于一些特殊场合，如海底光缆熔接，接头强度高，但火焰的控制较为困难。激光熔接；CO2激光加热熔接光纤。加热环境非常洁净，接头强度高，但设备昂贵。,2007-2-27,39,三种熔接方式图,2007-2-27,40,其它固定连接方法,V形槽法，毛细管法和套管法；适合野外作业，抢修等。插入损耗小、有一定后向反射光，操作简单、小巧。,2007-2-27,

11、41,光纤熔接机,光纤熔接机结构：光纤准直和夹紧机构光纤对准结构：可达0.01微米电弧放电结构放电和电机驱动的控制机构光纤熔接机熔接光纤过程,2007-2-27,42,作业,如何测量连接器的插入损耗和回波损耗？写成小论文的形式，按学术论文的书写格式。（必做）降低光纤熔接损耗的措施有哪些？（2，3选一）简述光纤熔接机纤芯直视原理？（2，3选一）,2007-2-27,43,二、光耦合器件,主要功能再分配光信号重要应用在光纤网络尤其是应用在局域网在波分复用器件上应用,2007-2-27,44,光耦合器件分类,光耦合器（Coupler）是一类能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区发生耦合，并进行再分配的

12、器件。从端口形式上划分，它包括X型(22)耦合器、Y形（12）耦合器、星形（NN，N2）耦合器以及树形耦合器等。,2007-2-27,45,光纤耦合器基本原理（1）,按工作原理分：光纤型、微光学机械型、波导型。从性能和价格考虑，光纤型为最好。下面介绍光纤型耦合器的基本结构和工作原理。把两根或多根光纤排列，用熔融拉锥技术制作。在熔接区，光纤变细，相互靠近，发生了耦合。由于常规单模光纤中大约有20的光是靠包层传输的，光纤变细就有更多的能量分布于芯线外，加之光纤相互靠近，于是在耦合区就发生了不同程度的耦合。,耦合区,2007-2-27,46,根据耦合模理论，耦合器的振幅传输特性可以用下式表示,Ei1

13、,Ei2,Eo1,Eo2,传输矩阵,光纤耦合器的传输特性（1）,2007-2-27,47,式中，l是耦合区长度，光波传输常数，是耦合系数，与耦合区宽度、纤芯折射率有关。由上式可得耦合器的功率传输矩阵,光纤耦合器的传输特性（2）,2007-2-27,48,光纤耦合器的传输特性（3）,2007-2-27,49,光纤耦合器的传输特性（4）,2007-2-27,50,1.插入损耗（Insertion Loss）插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对于全部输入光功率的减少值。,2.附加损耗（Excess Loss）附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值。,光耦合器的技术参数(

14、1),2007-2-27,51,附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映器件制作过程带来的固有损耗；而插入损耗表示各个输出端口的输出功率状况，不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光比的影响。3.分光比（Coupling Ratio）分光比是耦合器各输出端口的输出功率与输入功率的比值。,光耦合器的技术参数(2),Pi1,PiN,Po1,PoN,Pot,Pit,2007-2-27,52,4.方向性（Directivity）在耦合器正常工作时，输入一侧非注入光的一端的输出光功率与全部注入光功率的比较值。5均匀性（uniformity)在器件的工作带宽内，各输出端口输出光功率的变大变化量。用来衡量均分器

15、件的“不均匀程度“的参数。,光耦合器的技术参数(3),Pi1,PiN,Po1,PoN,2007-2-27,53,6.偏振相关损耗（Polarization dependent loss）衡量器件性能对于传输光信号的偏振态的敏感程度的参量，俗称偏振灵敏度。指当传输光信号的偏振态发生360度变化时，器件个输出端口光功率的最大变化量。7.隔离度（Isolation)是指光纤耦合器件的某一光路对其他光路中的光信号隔离能力。最大应用是用于反映WDM器件对不同波长信号的分离能力。,光耦合器的技术参数(4),2007-2-27,54,光纤耦合器的一般特性,2007-2-27,55,1.侵蚀法 2.研磨法3.

16、熔融拉锥法 熔融拉锥法是将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一定方式靠拢，在高温下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构，实现传输光功率耦合的一种方法。,光耦合器的制作方法,2007-2-27,56,熔融拉锥系统示意图,熔融拉锥系统,2007-2-27,57,树形耦合器拼接示意图,星形耦合器和树形耦合器,2007-2-27,58,耦合器的应用举例,光纤干涉仪：Michelson，Mach-Zehnder,F-P，sagnac 等 光纤分路器光纤LOOP反射镜,2007-2-27,59,宽带耦合器（1）,用上述方法制作的耦合器，一般工作在某单一的波长范围，整个带宽在20

17、nm以内，但由于当前光纤通信中采用的1310nm或1550nm半导体激光器，一般都有30nm的波长偏差。所用元器件的工作带宽提出了越来越高的要求。出现了单窗口宽带耦合器、双窗口宽带耦合器。,2007-2-27,60,宽带耦合器,2007-2-27,61,宽带耦合器,2007-2-27,62,两光纤的传播常数不相等时，则光纤间的最大耦合功率F小于1。因此，只要适当调整A、A的相对大小，就可做成任意分光比的宽带耦合器。,2007-2-27,63,宽带耦合器（2）,对两根相同光纤中的一根进行预腐蚀或预拉伸，造成传播常数的偏差，然后，再同未进行处理的另一根光纤镕融拉锥成宽带耦合器。可实现任意分束比，制

18、作工序繁琐。直接采用结构参数存在差异的商用光纤，通常是外径相同，纤芯直径有差异，但只适用于分束比较为固定的情况。,2007-2-27,64,宽带耦合器的分束比特性,2007-2-27,65,宽带耦合器（3）,目前通信领域的宽带耦合器的一般要求是1310nm,1550nm双窗口，每个窗口带宽50nm，分束比的变化不大于5%。这样器件实际上可以应用在1260到1600nm的整个范围，分束比的变化不大于10%。,2007-2-27,66,光耦合器发展前景（1）,随着光纤通信，光纤传感技术，光纤CATV，局域网，光纤用户网及用户接入网，精密测量等的迅速发展，对光耦合器的需求会进一步增大。例如在德国De

19、utshe Telecom公司的OPAL94工程(FTTC型式)中，50万用户共用1万只耦合器，乎均每50户需要一个耦合器。预期全球光纤用户网的用户将超过2.31亿。,2007-2-27,67,光耦合器发展前景（2）,偏振保持光纤耦合器。在迅速膨胀的光藕合器市场中，多路数的树形及星形耦合器将变得越来越重要.器件性能宽带化，因为技术成本的逐渐降低和工程上的需要，将成为对下一代光锅台器的基本要求.熔融拉锥型和波导型耦合器都可以做成宽带，但从批量生产的角度、从宽带树形和星形耦合器的角度来看，波导型器件将具有优势。,2007-2-27,68,光耦合器发展前景（3）,综上所述，未来的光耦合器将是宽带的、

20、集成化的(包括无源集成和与有源器件的集成)、低损耗、易接入的器件。还应根据需要，实现多路数(例如6464或更多)、小型化等.但从现状分析，达到这一步所需的时间，不仅取决于耦合器制作技术本身，很大程度上，还要有其他技术的发展带来的现实需求等外部条件。总之，光 耦 合 器经历了多年的发展，己具有相当的规模，并且在新经济的刺激下，还有很大的发展潜力，可以相信光耦合器会在将来的光网络中起到越来越重要的作用。,2007-2-27,69,作业,光耦合器的制作方法有哪几种？推导光纤LOOP反射镜的输出方程.,2007-2-27,70,三、光隔离器,光隔离器的作用是使光信号从输入光纤进入时，可以畅通无阻地通过

21、，从隔离器的输出端输出，损耗很小；而光信号从相反方向进入隔离器，损耗非常大，光信号被衰减，在光纤输入端没有光信号输出。光隔离器可分为偏振相关和偏振无关两种。光隔离器中使用的光学元件1.光纤准直器 自聚焦透镜,2007-2-27,71,2.法拉第旋转器（Farady Rotator）法拉第磁致旋光效应：在外加磁场B作用下，某些原本各向同性的介质变成旋光性物质，偏振光通过该物质时其偏振面发生旋转。(1)对于给定的磁光材料，光振动面旋转的角度与光在该物质中通过的距离L和磁感应强度成正比，VLBV是材料的特性常数，称韦尔代常数，单位是：分/特斯拉米。(2)磁致旋光不可逆性。当光传播方向平行于磁场时，若

22、法拉第效应表现为左旋，则当光线逆反时，法拉第效应表现为右旋。,法拉第旋转器,2007-2-27,72,3 偏振器（Polarizer）双折射晶体（偏振分束器）单轴晶体如方解石、金红石钒酸钇、铌酸锂等,楔形双折射晶体偏振分束器,偏振器（Polarizer）,2007-2-27,73,偏振器-薄膜起偏分束器（SWP）,2007-2-27,74,偏振器-线栅起偏器,2007-2-27,75,偏振器-玻璃起偏器,2007-2-27,76,特种光纤,磁敏光纤：在光纤制作过程中掺杂稀土元素（如Tb,65元素,念Te 铽)得到，在外加磁场作用下由良好的透光性和法拉第旋光性。扩束光纤：在SiO2光纤中GeO2

23、掺杂剂所含的Ge原子会因热处理而发生扩散，形成扩束光纤，其折射率分布沿光纤轴心而变化，所以模场直径也随之而变,2007-2-27,77,1.偏振相关型光隔离器,光隔离器的结构和工作原理,2007-2-27,78,偏振无关型光隔离器,2007-2-27,79,偏振无关型光隔离器结构二,偏振无关型光隔离器结构,2007-2-27,80,偏振无关型光隔离器结构三,偏振无关型光隔离器结构,2007-2-27,81,光隔离器的技术参数1.插入损耗（1.0dB）2.反向隔离度（35dB）表征隔离器对反向传输光的衰减能力。,光隔离器的技术参数（1）,2007-2-27,82,3.回波损耗（50dB）在隔离器

24、输入端测得的返回光功率与输入光功率的比值。4.偏振相关损耗（PDL）（0.2dB）是指当输入光偏振态发生变化而其他参数不变时，器件插入损耗的最大变化量，是衡量器件插入损耗受偏振态影响程度的指标。5.30dB隔离度带宽（20nm）要求光隔离器能覆盖一定的工作波长范围，以满足系统正常工作的要求。,光隔离器的技术参数（2）,2007-2-27,83,光隔离器的技术参数（3）,6、偏振模色散PMD是指通过器件的信号光不同偏振态之间的相位延迟。在光无源器件中，不同偏振态具有不同的传播轨迹和不同的传播速度，产生相应的偏振模色散。在高速光通信系统中，所有色散的累积将引起相位增大和波形扭曲，限制了可传输的数据

25、量。,2007-2-27,84,光隔离器的品种,光通信用隔离器的品种很多，按期内部结构分为块状型、光纤型和波导型（采用沉积、光刻、扩散等波导工艺，制成磁光波导）。按照外部结构分：尾纤型、连接器端口型和微型化型（用于半导体激光器及其他器件中）,2007-2-27,85,隔离器的型号、规格,型号没有统一的标准，各厂家通常以PI表示偏振无关；PS或PD表示偏振灵敏；MO表示微型化空间；FI表示在线式或空间光隔离器；如：PIFI表示在线式偏振无关光隔离器；MOFI表示微型空间化光隔离器按插入损耗和隔离度等主要性能分为:优级、A级、B级,2007-2-27,86,光隔离器的主要技术指标,插入损耗35dB

26、;30dB带宽20nm;PDL50dB;另外一般采用金属化封装来提高性能。,2007-2-27,87,光隔离器的应用,激光器（LD）目前激光器单纵模输出已达数十mW,回波引起光谱展宽，必须加入在激光器中加入光隔离器。光纤放大器 在长距离光通信系统中，加入隔离器使光纤放大器工作稳定。光纤CATV网 在光纤CATV网中传播多路信号的时候，使用高稳定性的DFB激光器，光器件上还必须装上光隔离器，以保证反射信号得到足够的衰减。相干光通信 相干光通信中要求其光谱宽度在1MHZ以下，频率飘移在10MHZ以下，否则系统无法正常工作。加入隔离器，以防止反射光干扰光源的正常的工作。其他：用于光纤传感器,2007

27、-2-27,88,光隔离器的发展方向,主要发展发向：高性能偏振无关在线型光隔离器；高性能偏振灵敏微型化光隔离器；多功能光隔离器；光隔离器也向着高性能、微型化、集成化、多功能、低价格方向发展。附加功能、双波功能、多路分波功能等，如带光隔离器的光纤准直器、双波光隔离器、WDM组件、耦合器组件、隔离器WDM耦合器组件；,2007-2-27,89,四、光环行器,环行器除了有多个端口外，其工作原理与隔离器类似。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。,2007-2-

28、27,90,光环行器(a)三端口；(b)四端口,1,3,2,(a),(b),1,3,2,4,光环行器,2007-2-27,91,按照用户要求对光信号进行预期的衰减用途：光通信线路、系统评估、研究光通信线路、系统调整、校正在波分复用光纤网络中用来调整各信道信号的强弱测试仪器的光功率衰减光放大器的功率平坦模拟光纤长距离传输检测传输系统的动态范围。,五、光衰减器,2007-2-27,92,按工作原理分:位移光衰减器：横向位移型耦合器、纵向位移型耦合器直接镀膜光衰减器（吸收膜、反射膜）衰减片型衰减器液晶光衰减器,光衰减器类型,2007-2-27,93,横向位移型光衰减器（1）,横向位移型,d,特点仅用

29、于固定衰减器回波损耗大，偏振无关体器件,2007-2-27,94,横向位移型光衰减器（2）,模场分布为第二个光纤端面模场分布为,2007-2-27,95,横向位移型光衰减器（3）,横向耦合效率可通过交叠场积分来表示，间距忽略不计：则得到横向错位后的损耗为,2007-2-27,96,横向位移型光衰减器（3）,2007-2-27,97,横向位移型光衰减器（3）,根据以上原理。可以通过控制横向位移的方法，实现不同损耗的的横向位移参数，并通过一定的机械方式实现，得到需要的光衰减器。位移的移动范围决定了不作为可变光衰减器，仅作为固定光衰减器，并用熔接法或粘接法。回波损耗很高，大于60dB.,2007-2

30、-27,98,纵向位移型光衰减器（1）,纵向位移型,特点用于固定衰减器和一些小型可调光衰减器偏振无关体器件,2007-2-27,99,纵向位移型光衰减器（2）,2007-2-27,100,纵向位移型光衰减器（3）,S-Ls曲线,2007-2-27,101,纵向位移型光衰减器（4）,转换式光衰减器和变换式光衰减器,2007-2-27,102,直接镀膜型光衰减器(1),2007-2-27,103,光衰减片型(1),衰减片型光衰减器直接将具有吸收特性的衰减片，固定在光纤的端面上或光路中，达到衰减光信号的目的。此种方法不仅可以用来制作固定光衰减器，也可用来制作可变光衰减器。具体制作方法是通过机械装置，

31、将衰减片直接固定于准直光路中，当光信号经过四分之一节距自聚焦透镜准直后，通过衰减片时，光能量即被衰减，再被第二个自聚焦透镜聚焦耙合进光纤中。使用不同衰减量的衰减片，就可得到相应衰减值的光衰减器。,2007-2-27,104,光衰减片型（2）,特点不具备连续可变的衰减特性体器件,准直镜,准直镜,衰减片盘,衰减片,2007-2-27,105,光衰减片型(3),衰减片常采用的材料有：红外有色光学玻璃、晶体、光学薄膜。滤光片及其它无机和有机材料。但因为光衰减器有光学稳定性、化学稳定性及体积、成本等谙多因素的要求。所以一般常被选作衰减元件的材料为有色玻璃和滤光片。,2007-2-27,106,光衰减片型

32、(4),如果选用吸收型薄膜滤光片的方法来制作光衰减器，则常将中性密度滤光片用作衰减片。该滤光片光谱区域放宽，从理论上来说，它对每个波长的光信号衰减强度几乎都是一样的，因此可获得宽带宽的衰减器。,2007-2-27,107,光衰减片型(5),双轮式可变光衰减器(步进式）每个衰减圆盘L分别装有0dB、5dB、l 0dB、15dB 20 dB、25dB六个衰减片，通过旋转这两个圆盘，使两个圆盘上的不同衰减片相互组合，即可获得5、10、15、20、25、30、35、40、45、50dB等十档衰减量。衰减片可以采用镀膜或吸收型玻璃片来制作。,2007-2-27,108,光衰减片型(5),连续可变光衰减器

33、它的衰减元件部分做了相应的变化，它由一个步进衰圆甩和一片连续变化的衰减片组合而成，步进衰减片的衰减量为0、10、20、30、40、50dB六档，连续变化衰减片的衰减量为0一15dB。因此总的衰减量调节范围为：0一65dB。这样，通过粗俏和细档的共同作用即可达到连续衰减光能量的目的。,2007-2-27,109,光衰减片型(6),连续衰减片是采用真空镀膜方法，在圆形光学玻璃片上镀制金属吸收膜而制成的。采用特殊的专用扇形装置来覆盖玻璃基片，由于这种专用覆盖装置可连续均匀地改变其张角，所以，可以使蒸笼出来的膜层厚度逐渐均匀变化因而可以达到使衰减器连续变化的目的。,2007-2-27,110,平移式光

34、衰减器,这种滤光片的制作方法同扇形渐变滤光片相似，只需将其覆盖装置做相应改变，即可使其光学密度随滤光片平移的方向呈线性变化。这样，当垂直于光路平移滤光片时，就可以调节光衰减器的衰减量。,2007-2-27,111,智能型机械式光衰减器,智能型衰减器通过电路控制电动齿轮，带动平移滤光片，再将数据编码盘检测到的实际衰减量反馈信号，反馈到电路中进行修正，从而达到自动驱动、自动检测和显示光衰减量的目的。,2007-2-27,112,液晶型光衰减器(1),2007-2-27,113,液晶型光衰减器(2),从光纤入射的光信号经自聚焦透镜后成为平行入射光，该平行光被分束元件P1分为偏振面相互垂直的两束偏振光

35、。光和e光，经过不加任何电压的液晶元件时，两束偏振光同时旋转90。，旋转后的偏振光再被另一个与Pl光轴成90的分束元件P2合为一束平行光，由第二只自聚焦透镜精合进光纤。当液晶的两个电极加上一定的电压后，液晶晶向的扭向排列便产生一定角度的偏转，使得通过液晶的部分。o光和e光，发生偏振面的旋转。其中，偏振方向旋转90度的那部分。o光和e光，被分束元件P1汇合成一束平行光出射，面其余的偏振光则不能被汇合，并以一定的角度射出光路.,2007-2-27,114,光衰减器的性能及测试,光通信技术的发展，对光衰减器性能的要求是：插入损耗低、回波损耗高、分辨率线性度和重复性好、衰减量可调范围大、衰减精度高、器

36、件体积小、环境性能好。其中，分辨率线性度取决于衰减元件的持性和所采用的读数显示方式及机械调整结构重复性也取决于所采用的读数显示方式及机械调整机构。衰减量和插入损耗,2007-2-27,115,光衰减器的性能及测试,衰减量和插入损耗是光衰减器的重要技术指标.固定光衰减器的衰减量指标实际上就是其插入损耗，而可变光衰减器除了衰减量外，还有单独的插入损耗指标要求。高质量可变光衰减器的插入损耗在1.0dB以下。一般情况厂，普通可变光衰减器的该项指标小于0.3dB即可使用。,2007-2-27,116,光衰减器的性能及测试,光衰减器的插入损耗主要来源于光纤准直器的插入损耗和衰减单元的透过率精度及耦合工艺，

37、其中的工艺重点在光纤准直器的制作上，如果光纤和自聚焦透镜及两个光纤准直器间藕合得很好的话，则可以使整个光衰减器的插入损耗大大降低。光纤和自聚焦(GRIN)透镜的耦合对光纤准直器之间的耦合,2007-2-27,117,衰减量和插入损耗的测试,2007-2-27,118,测试仪表-光功率計(Optical Power Meter),主要材料有Si或Ge或InGaAs三種.用來測試光的功率,以dBm或mW表示.,2007-2-27,119,测试仪表-光源(Optical Light Source),提供測試用的參考光源,分為LED,LD(FP,DFB).一般LD光源強度為-4dBm-10dBm 之間

38、.LED強度為-20dBm-30dBm 之間.,2007-2-27,120,光衰减器的衰减精度,光衰减器的衰减精度是光衰减器的重要指标之一，通常机械式光衰减器的衰减精度为其衰减量的土0.1倍。衰减片式光衰减器的衰减量取决于金属蒸发薄膜层的透过率和均匀性。由布拉格定律可知，透过率取决于吸收材料的内透射率和它的厚度.,2007-2-27,121,回波损耗,在光器件参数中影响系统性能的一个重要指标是回波损耗(RL)。回返光对通信系统的影响是众所周知的。它会引起激光器相对强度噪声、非线性凋瞅及激射漂移等，使通信系统性能恶化。光衰减器的回波损耗是指入射到光衰减器中的光能量和衰减器中沿入射光路反射出的光能

39、量之比。高性能光衰减器的回波损耗在40dB以上。,2007-2-27,122,回波损耗,回波损耗由各元件和空气折射串失配造成的反射引起。通常平面元件引起的回波损耗在14dB左右，通过足够的抗反射膜和恰当的斜面抛光及装配工艺，整个器件的回波损耗可达到50dB以上。在轴对称的情况下，如果元件的界面采用倾角的斜面，则反射光将以一定的角度偏析出入射光路。因此，要提高回波损耗，在设计时必须在各元件的表面镀制抗反射膜，采用斜面透镜，并将各光学元件斜置或进行折射率匹配。,2007-2-27,123,回波损耗-衰减元件引起的回波损耗,采用将光学衰减元件倾斜于光轴放置的方法，那么单个光学元件与空气界面处的回波损

40、耗为：,2007-2-27,124,回波损耗-衰减元件引起的回波损耗,如果采用折射率匹配的方法，同样也可以达到减少反射光的目的。当光束垂直入射到光学界面上时，由Fresnel公式，元件界面处回波损耗可表示为,2007-2-27,125,回波损耗-光纤准直器引起的回波损耗,对采用准直器的光衰减器来说，其回波损耗的主要来源在于入射光的准直光路部分。它主要来自于三个面的反射：单模光纤端面的反射、GRIN透镜前端面及后端面的反射。提高光衰减器的回波损耗，可采取以下措施。首先，应在端面镀增透膜，这将非常有利于提高光衰减器的RL;其次，应采用斜面光纤准直器。理论上，在未镀膜、倾角0度时，回波损耗为14dB

41、左右；而当光纤准直器GRIN透镜端面镀制0.1的增透膜，衰减元件倾角8度时，光衰减器的回波损耗可达60dB以上。另外，光纤衰减器在斜面耦合GRIN透镜时，其回波损耗还与波长有一定关系，工作波长为1310nm时的回损比1550nm的要大。不过，可以通过增大斜面倾角,2007-2-27,126,回波损耗-频谱特性,在一些特殊的用途中，需要衰减器在一定的带宽范围内有较高的衰减精度，其衰减谱线具有较好的平坦性。因此光衰减器还有频谱特性方面的要求。不过，只有在计量、定标等场合的使用中，才对此有严格的要求。所以此项指标不作为衰减器的常规测试指标，仅在需要时才测量。一般情况下，固定光衰减器的频谱损耗在一30

42、十30nm的范围内不大于0.5dB。,2007-2-27,127,回波损耗-频谱特性,2007-2-27,128,OSA光譜分析儀,O:OpticalS:SpectrumA:Analyzer測試光源頻譜狀況,中心波長,頻譜寬度.目前DWDM或CWDM傳輸有4ch,8ch,16ch,40ch 或更多,須使用OSA來測試.,2007-2-27,129,MWM多波長儀,M:MultiW:WavelengthM:Meter測試光源波長,2007-2-27,130,光衰减器的分类及性能指标,2007-2-27,131,部分厂家可变光衰减器性能一览表,2007-2-27,132,部分厂家可变光衰减器性能一

43、览表续,2007-2-27,133,常用光衰减器的品种、型号、规格和外形,2007-2-27,134,常用光衰减器的品种、型号、规格和外形,2007-2-27,135,常用光衰减器的品种、型号、规格和外形,2007-2-27,136,光衰减器的应用及发展,2007-2-27,137,光衰减器的应用及发展,2007-2-27,138,光衰减器的应用及发,从市场需求的角度来看，一方面光衰减器将向着小型化、系列化、低价格方向发展，另一方面由于普通型光衰减器已相当成熟，所以光衰减器今后的研究将侧重于其高性能方面。在此，需要指出的一点是，因为任何一种器件的反射都将会引起光源的频率漂移和线路噪声，这对高速光通信系统、CATV网、相干光通信的影响特别大，甚至会造成整个系统误用，破坏其正常的工作；同时。回损高回损光衰减器是衰减器发展的一个重要方向。,