光纤通信(朱宗玖)第三章

第三章 常用光无源器件3.1 光 纤 连 接 器 3.2 光纤耦合器 3.3 波分复用器 3.4 光纤光栅

3.5 其他无源器件

3.1 光 纤 连 接 器光纤连接器是光纤与光纤之间进行可 拆卸 ( 活动 ) 连接的器件，它是把光纤的两 个端面精密对接起来，以使发射光纤输出 的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中 去，并使由于其介入光链路而对系统造成

的影响减到最小，

光纤连接器一般有两类：即活动型光纤连接

器和固定型光纤连接器。

1.活动型光纤连接器指与无源和有源器件的连接动作为可重复性连接的一类光纤连接器，一般用 于光纤器件的临时性连接，主要由三部分组成：两 个插头、一个插座，其连接方式主要有光纤端面对 接与透镜扩束连接两种，如图3.2所示。

2.固定型光纤连接器指与无源和有源器件的连接动作为永久性连接的一类光纤连接器。

固定连接方式主要有光纤熔接和封装固结两种，前者利用光纤熔接机对光纤接头进行熔

焊以实现固定连接；后者则采用独特封装材料将置于对接结构中的光纤接头胶合以实现

固定连接。

3.2 光纤耦合器在光纤通信系统中， 光的合束和分束是经常要 考虑的，光纤耦合器 (OC)的出现使光信号 的合束和分束变得十分方 便。OC的工作原理可用 下面这个近似的耦合模方 程及图3.3来说明。

设耦合器中光纤 1 的输入端①(z=0 处 )

的功率为 p1(0) 、光纤 2 的输入端②(z=0 处 )的功率为 p2(0) ,此时由耦合模理论可以得

到耦合器另外两端③、④的输出功率为p1 z p1 0 cos kz p2 0 sin kz2 2

(3-1) (3-2)

p2 z p1 0 sin 2 kz p2 0 cos2 kz

从此式可以看出，当耦合器 1端的输入

功率为 p1(0) 、 2 端的输入功率为 0 时，上式简化为p1 z p1 0 cos2 kzp2 z p1 0 sin 2 kz

通过选择kz可以将①端的输入光p1(0)按 不同比例分配到③、④两端，得到不同的耦 合比，这就是耦合器的基本工作原理。

3.3 光波分复用器光纤波分复用器( WDM )的工作原 理与上述 OC 的工作原理是一样的，只是 应该注意到上述结构作为 WDM 使用时， 1、2两端各输入不同波长(频率)的光信号， 原方程(3-1)p1 z p1 0 cos k1 z p2 0 sin k2 z2 2

选择合适的k1z、k2z,使得cos2 k1z=1、 sin2 k2z-1,使③端口的输出功率为p1 z p1 0 p2 0

k1、k2对应的光波长是 1 2 / k1 、

2 2 / k2

3.4 光纤光栅光纤布拉格光栅 (FBG)利用掺杂光纤的光致折射率变化特性，用特定波长的激 光干涉条纹从侧面辐照光纤，光纤内的折 射率就会随着光强的空间分布发生相应的 周期性变化并保存下来，成为光纤光

栅， 它能对波长满足布拉格反射条件的入射光 产生反射。

3.5.1 光隔离器(ISO)

3.5 其他无源器件

光纤通信中，为使光信号单向传输， 需要用到光隔离器；某些不连续处的反射 会影响光发射机中激光器工作的稳定性， 也需要光隔离器。 Walk-off 型单 级 ISO 的 工 作 原 理 如 图 3.5所示。

3.5.2光环行器是在光通信中应用广泛的微 光学器件，它具有多个端口，最常用的是3 端口和 4 端口器件，如下图所示为一个 3 端 口和4端口光环行器的基本结构。

3.5.3在 WDM光纤通信网络中，每个信道 和单个波长相联系，单个信道的选择和管 理需要选择单个波长，这就需要使用光滤 波器。

3.5.4 光衰减器光衰减器是用于对光功率进行衰减的器 件，它主要用于以下几个方面：防止接收机 达到饱和 ( 使输入光功率在接收机的动态范 围 ) 、在WDM 系统中的多路复用前和掺铒光 纤放大器(EDFA)前的各波长功率的平衡、光 纤系统的指标测量、短距离通信系统的信号 衰减以及系统试验等场合。光衰减器要求重 量轻、体积小、精度高、稳定性好、使用方 便等。它可以分为固定式、分级可变式、连 续可调式几种。