1、125.1 5.1 光器件概述光器件概述 5.2 5.2 光連接器與衰減器光連接器與衰減器 5.3 5.3 耦合器與分束器耦合器與分束器 5.4 5.4 復用器復用器 5.5 5.5 光隔離器與環形器光隔離器與環形器 5.6 5.6 光開光與光交叉連接器光開光與光交叉連接器5.7 5.7 光波長轉換器光波長轉換器章內容章內容35.1 光器件概述光器件概述光器件的分類體塊型 不能直接與光纖線路連接，而是要通過耦合元件（最重要的耦合元件是自聚焦棒透鏡組），因而損耗較大。全光纖型 體積小、重量輕、結構緊湊、抗電磁干擾。特別是能夠做成“在線元件”，直接接入光纖線路，因而附加損耗很低。光波導型 體積小、

2、重量輕、熱和機械穩定性好、功耗低、抗電磁干擾性強、適合批量生產。4光器件概述光器件概述發展趨勢 n尺寸小型化、微型化。尺寸小型化、微型化。 無論是在系統傳輸設備中，還是在終端用戶上，光器件在提供高性能功能的同時，應占據盡可能小的空間。n低成本。低成本。 降低器件成本的有效途徑包括提高成品率，提高器件制作自動化程度，以及規范各種光器件的標準，如達成多邊協議以提高光器件間的兼容性等。 n多功能的集成。多功能的集成。 系統的發展對光器件功能要求也愈來愈多，要求單個器件能提供更多功能，或是將更多功能的光學元件集成在一個器件中。無論是器件尺寸的集成，還是功能上的集成，都可以降低器件成本，提高器件競爭力。

3、 55.2 光連接器與光衰減器光連接器與光衰減器6光纖連接器（光纖連接器（optical connectoroptical connector），），俗稱活接頭，俗稱活接頭， 用以穩定地但并不是永久地連接兩根或多根光纖的用以穩定地但并不是永久地連接兩根或多根光纖的無源組件。無源組件。主要用于實現系統中主要用于實現系統中設備間、設備與儀表間、設備設備間、設備與儀表間、設備與光纖間以及光纖與光纖間與光纖間以及光纖與光纖間的的非永久性非永久性固定連接，固定連接，是光纖通信系統中不可缺少的無源器件。是光纖通信系統中不可缺少的無源器件。光連接器定義光連接器定義78光連接器光連接器n技術指標：(dB)10

4、01PPlgIL(dB)100PPlgRrLn互換性和重復性n 回波損耗：反射損耗，光纖連接處，后向反射光功率Pr相對輸入光功率P0的比率的分貝數。n 插入損耗：光信號通過連接器之后，其輸出光功率P1相對輸入光功率P0的比率的分貝數。一般要求應不大于一般要求應不大于0.2 dB0.2 dB典型值應不小于典型值應不小于45 dB45 dB。9光纖連接損耗及其影響因素光纖連接損耗及其影響因素光纖結構參數失配引起的損耗 (f)兩光纖相對位置偏離設計要求引起的損耗(b)(c)(e)端面形狀與間隙引起的損耗(d)(e)(a)2n1n0n（a）（c）q（b）d（d）z（e）1a2aa1x2xx12a22a

5、纖芯直徑1D2D1g2g數值孔徑折射率分布（f）光纖參數端面反射橫向錯位角向傾斜端面間隙端面狀態1011光纖連接器的結構光纖連接器的結構FCFC型：外部加強方式型：外部加強方式是是采用金屬套采用金屬套，緊固方，緊固方式為螺絲扣式為螺絲扣SCSC型：外殼采用工程塑型：外殼采用工程塑料，料，矩形結構矩形結構，便于密集，便于密集安裝，不用螺紋連接，可安裝，不用螺紋連接，可以直接插拔。以直接插拔。STST型：采用型：采用帶鍵的卡口帶鍵的卡口式式鎖緊機構，確保連接時鎖緊機構，確保連接時準確對中。準確對中。12光纖連接器的結構光纖連接器的結構13光衰減器定義光衰減器定義光衰減器（光衰減器（optical

6、attenuatoroptical attenuator）是對光功率進是對光功率進行預定量衰減的器件，它可分為可變光衰減器和固行預定量衰減的器件，它可分為可變光衰減器和固定光衰減器。前者主要用于調節光功率電平，后者定光衰減器。前者主要用于調節光功率電平，后者主要用于電平過高的光纖通信線路。主要用于電平過高的光纖通信線路。 對光衰減器主要要求是：對光衰減器主要要求是：插入損耗低、回波損耗高、插入損耗低、回波損耗高、分辨率線性度和重復性好、衰減量可調范圍大、衰減分辨率線性度和重復性好、衰減量可調范圍大、衰減精度高、器件體積小，環境性能好精度高、器件體積小，環境性能好。 14光衰減器光衰減器n根據工

7、作原理分類：15衰減片通常是表面蒸鍍了金屬吸收膜的玻璃基片，衰減片與光軸可以傾斜放置衰減片在不同位置的金屬膜厚度不同，可用來獲得不同的衰減在光纖端面按要求鍍上一層有一定厚度的金屬膜或在光的通路上設置一個幾微米的氣隙，從而獲得固定衰耗。常用光衰減器的工作原理常用光衰減器的工作原理165.3 耦合器與分束器耦合器與分束器 光耦合器（光耦合器（couplercoupler）/ /分束器（分束器（splittersplitter）的功的功能是實現光信號的合路能是實現光信號的合路/ /分路，就是把多個輸入的分路，就是把多個輸入的光信號組合成一個輸出或者把一個輸入的光信號光信號組合成一個輸出或者把一個輸入

8、的光信號分配給多個輸出。分配給多個輸出。一般是對同一波長的光功率進行合路或分路。光一般是對同一波長的光功率進行合路或分路。光耦合器耦合器/ /分束器的使用將會對光路帶來一定的附加分束器的使用將會對光路帶來一定的附加插入損耗以及一定的串擾和反射。插入損耗以及一定的串擾和反射。17插入損耗：插入損耗：是指一個指定輸入端口的輸是指一個指定輸入端口的輸入光功率入光功率Pi和一個指定的輸出端口的輸出和一個指定的輸出端口的輸出功率功率Po的比值的比值附加損耗：附加損耗：全部輸入端口的輸入光功率全部輸入端口的輸入光功率總和與全部輸出端口的輸出光功率總和的總和與全部輸出端口的輸出光功率總和的比值比值分光比或耦

9、合比：分光比或耦合比：某一個輸出端口的輸某一個輸出端口的輸出光功率與全部輸出端口的輸出光功率總出光功率與全部輸出端口的輸出光功率總和的比值和的比值串擾：串擾：一個輸入端口的輸入光功率一個輸入端口的輸入光功率Pi與與由耦合器泄漏到其他輸入端口的光功率由耦合器泄漏到其他輸入端口的光功率Pr的比值的比值dB 10iinePPlgL光耦合器光耦合器技術指標技術指標dB 10ioiPPlgL%PPCRii100P1P3P4dB 10ircPPlgLP218光耦合器分類光耦合器分類v從端口形式X型、Y型、星型以及樹型v從工作帶寬的角度單工作窗口的窄帶單工作窗口的寬帶雙工作窗口的寬帶v從傳導光模式多模與單模

10、v從器件工藝實現方式分立光學元件組合型光纖型光耦合器集成波導型1920幾種常見光耦合器結構示意圖幾種常見光耦合器結構示意圖215.4 復用器復用器 一種用來合成不同波長的光信號或者分離不同波長的光信號的無源一種用來合成不同波長的光信號或者分離不同波長的光信號的無源器件。（復用器器件。（復用器/ /解復用器）解復用器）用于波長選擇、光放大器的噪聲濾除、光復用用于波長選擇、光放大器的噪聲濾除、光復用/ /解復用解復用對器件的要求主要是對器件的要求主要是插入損耗低、隔離度大、帶內平坦、帶外插入插入損耗低、隔離度大、帶內平坦、帶外插入損耗變化陡峭、中心波長穩定性高等損耗變化陡峭、中心波長穩定性高等。

11、22采用漸變折采用漸變折射率透鏡，射率透鏡，簡化了裝置簡化了裝置的校準。的校準。采用普通透采用普通透鏡的鏡的WDMWDM232425n通帶特性好（平頂、隔離度高通帶特性好（平頂、隔離度高25dB）nPDL小小 (0.2dB)n插損低插損低 57dB（16波）波）n溫度敏感性小（溫度敏感性小（0.0005nm/OC 不需溫控）不需溫控）n波長數波長數 16CH；波長間隔；波長間隔 0.8nmn價格較高價格較高n是是16波長波長WDM系統中主要選用的器件系統中主要選用的器件多層介質膜復用器特多層介質膜復用器特點點26可通過改變熔融拉錐條件，增強耦合系數對波可通過改變熔融拉錐條件，增強耦合系數對波長

12、的敏感性，從而制成熔融拉錐型長的敏感性，從而制成熔融拉錐型WDMWDM器件器件特點：特點：插損低、結構簡單、溫度穩定性高、無插損低、結構簡單、溫度穩定性高、無需波長選擇器件需波長選擇器件；復用波長數少、隔離度差復用波長數少、隔離度差應用：常用于應用：常用于1300nm/1550nm1300nm/1550nm、980nm/1550nm980nm/1550nm、1480nm/1550nm1480nm/1550nm波長的分離波長的分離熔錐光纖濾波熔錐光纖濾波器器27陣列波導光柵陣列波導光柵AWGArray-Waveguide-Grating規則排列的波導，相規則排列的波導，相鄰波導的長度相差固鄰波導

13、的長度相差固定值定值D DL L，因而產生的，因而產生的相位差隨波長而變。相位差隨波長而變。28AWG的工作原理的工作原理 設設AWGAWG的輸入端口數和輸出端口數均為的輸入端口數和輸出端口數均為n n，輸入耦合器為，輸入耦合器為n nm m形式，輸出耦合器為形式，輸出耦合器為m mn n形式，輸入和輸出耦合器之間由形式，輸入和輸出耦合器之間由m m個波導連接，每相鄰波導的長度差均為個波導連接，每相鄰波導的長度差均為LL。輸入耦合器將某。輸入耦合器將某個輸入端口的輸入信號分成個輸入端口的輸入信號分成m m部分，它們之間的相位差部分，它們之間的相位差由由從輸入波導到陣列波導在輸入耦合器中傳輸的距

14、離來決定。在從輸入波導到陣列波導在輸入耦合器中傳輸的距離來決定。在輸入波導輸入波導i i的光信號的波長中，滿足的光信號的波長中，滿足2k2k的整數倍的波的整數倍的波長將在輸出波導輸出。長將在輸出波導輸出。 通過適當設計，可以做成通過適當設計，可以做成1 1n n波分解復用器和波分解復用器和n n1 1波分復波分復用器。用器。29 AWG AWG特點：特點：信道間隔（信道間隔（1.6 0.8 0.4nm1.6 0.8 0.4nm）端口（端口（1 1 8 8 1 1 16 16 1 1 32 32 1 1 64)64)需要溫控（需要溫控（0.01nm/C0.01nm/C0 0) )插損不隨通道數增

15、加插損不隨通道數增加(67dB)(67dB)高斯型通帶（采用特殊技術可實現平頂，但增大插損）高斯型通帶（采用特殊技術可實現平頂，但增大插損）隔離度隔離度22dB22dBPDL1dBPDL1dB 應用：應用：復用復用/ /解復用（解復用（1616通道以上通道以上WDMWDM系統中最具競爭力的器件）系統中最具競爭力的器件）AWG的特點及應用的特點及應用305.5 光隔離器與環形器光隔離器與環形器 31用途用途只允許光波往一個方向傳播，阻止光波往其他方向特別是反方向傳輸的。主要用在激光器或光放大器的后面，以消除反射光的影響，使系統工作穩定。 主要參數要求主要參數要求插入損耗小（典型值約為0.5 dB

16、）隔離度大（典型值約在4050dB之間）PDL小（0.2 dB）組成原理組成原理一般由起偏器、檢偏器和旋光器組成。光隔離器概述光隔離器概述32起偏器使入射光德垂直偏振分量通過，調整法拉第旋轉器（起偏器使入射光德垂直偏振分量通過，調整法拉第旋轉器（YIG）的磁場強度，使偏振面旋轉的磁場強度，使偏振面旋轉45，然后通過檢偏器。反射光返回時，然后通過檢偏器。反射光返回時，通過法拉第旋轉器又一次旋轉通過法拉第旋轉器又一次旋轉45，正好與入射光偏振面正交，因，正好與入射光偏振面正交，因此受到隔離。此受到隔離。光隔離器工作原理光隔離器工作原理33光環形器光環形器基本原理：與光隔離器相似基本原理：與光隔離器

17、相似光傳送順序：光傳送順序：1 12 2 3 3 4 4 主要指標：主要指標：插入損耗、隔離度、插入損耗、隔離度、PDLPDL、回波損耗、方、回波損耗、方向性等向性等（與光隔離器基本相同）（與光隔離器基本相同）34光環形器工作原理光環形器工作原理起偏器、檢偏器、旋光器SWP: spatial walk off polarizer35光環形器應用光環形器應用利用布拉格光柵和環形器各種組合利用布拉格光柵和環形器各種組合可以實現哪些功能？可以實現哪些功能？OADM: Optical Add/Drop Multiplexer36n光開光定義光開光定義：通過光通道的通斷和轉換，實現光層面上的路通過光通道

18、的通斷和轉換，實現光層面上的路由選擇、波長選擇、光分插復用、光交叉連接和自愈保護等由選擇、波長選擇、光分插復用、光交叉連接和自愈保護等功能。功能。n開關時間：開關時間：開關端口從某一初始狀態轉為通或斷所需的時間。開關端口從某一初始狀態轉為通或斷所需的時間。不同的應用場合不同的應用場合, ,對光開關的開關時間要求不同對光開關的開關時間要求不同。n光開關其他重要參數：光開關其他重要參數：消光比、插損、串話、偏振相關性消光比、插損、串話、偏振相關性(PDL)(PDL)。5.6 光開光與光交叉連接器光開光與光交叉連接器應用開關時間需求光路的交換及管理(OADM、OXC)110ms保護開關光包交換1ns

19、外調制10ps110ms37機械式光開關機械式光開關工作原理：工作原理：通過移動光纖將光直接耦合到輸出端或采用棱鏡、通過移動光纖將光直接耦合到輸出端或采用棱鏡、反射鏡切換光路反射鏡切換光路特點：特點：偏振無關，插入損耗低、串擾小、光學性能好，體積較大、偏振無關，插入損耗低、串擾小、光學性能好，體積較大、開關速度慢開關速度慢38工作原理：工作原理：通過磁、靜電效應移動或旋轉微反射鏡，利用這通過磁、靜電效應移動或旋轉微反射鏡，利用這些微鏡片的二維或三維空間運動，將光直接反射到不同的輸出端些微鏡片的二維或三維空間運動，將光直接反射到不同的輸出端特點：特點：低損耗、低串擾、低偏振敏感性、高消光比、體積

20、小、低損耗、低串擾、低偏振敏感性、高消光比、體積小、集成度高、開關速度快集成度高、開關速度快MEMS（micro electro mechanical system）光開關）光開關39 (a)定向耦合器型光開關 (b) M-Z干涉儀型光開關波導光開關波導光開關n工作原理：工作原理：利用電光效應或電吸收效應以及硅材料的等離子體色利用電光效應或電吸收效應以及硅材料的等離子體色散效應，在電場的作用下改變材料的折射率和光的相位，再利用光散效應，在電場的作用下改變材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或者偏振等方法使光強突變或光路轉變的干涉或者偏振等方法使光強突變或光路轉變40n工作原理：工作原理：通過

21、電流加熱的方法，使介質的溫度變化，導致光通過電流加熱的方法，使介質的溫度變化，導致光在介質中傳播的折射率和相位發生改變，進而實現光信號的通斷在介質中傳播的折射率和相位發生改變，進而實現光信號的通斷n典型材料：典型材料：SiOSiO2 2、SiSi、LiNbOLiNbO3 3和有機聚合物等和有機聚合物等n特點：特點：可以集成、開關速度優于機械式（可以集成、開關速度優于機械式（msms）熱光開關熱光開關41工作原理：工作原理：利用聲光效應，即聲波在某些介質中傳播時，該利用聲光效應，即聲波在某些介質中傳播時，該介質會產生與聲波信號相應的、隨時間和空間周期變化的彈性形介質會產生與聲波信號相應的、隨時間

22、和空間周期變化的彈性形變，從而導致介質折射率的周期性變化，形成等效的位相光柵，變，從而導致介質折射率的周期性變化，形成等效的位相光柵，其光柵常數等于聲波波長，因而能提供一種方便地控制光的強度、其光柵常數等于聲波波長，因而能提供一種方便地控制光的強度、頻率和傳播方向的手段頻率和傳播方向的手段聲光開關聲光開關42工作原理：工作原理：利用輸入的控制光信號與信號光進行光交叉相位調制，來利用輸入的控制光信號與信號光進行光交叉相位調制，來調節輸出信號光的相對相位關系以實現開關通斷。調節輸出信號光的相對相位關系以實現開關通斷。通過外部輸入控制光調制半導體光放大器通過外部輸入控制光調制半導體光放大器(SOA)

23、(SOA)的折射率的折射率來調節輸出信號光的相對相位關系以實現開關通斷。來調節輸出信號光的相對相位關系以實現開關通斷。光調制光開關光調制光開關43功能定義功能定義：用于光纖網絡節點的裝置，通過對光信號進行交叉用于光纖網絡節點的裝置，通過對光信號進行交叉連接，能靈活有效地管理光纖傳輸網絡，是實現可靠的網絡保護連接，能靈活有效地管理光纖傳輸網絡，是實現可靠的網絡保護/ /恢恢復以及自動配線和監控的重要技術復以及自動配線和監控的重要技術結構核心：結構核心：光交叉連接矩陣（一般是通過光開關矩陣來實現）光交叉連接矩陣（一般是通過光開關矩陣來實現）技術要求：技術要求：無阻塞、低串擾、低延遲、無偏振依賴性、

24、寬帶和高無阻塞、低串擾、低延遲、無偏振依賴性、寬帶和高的可靠性，并具有單向、雙向和廣播形式的功能的可靠性，并具有單向、雙向和廣播形式的功能光交叉連接器光交叉連接器管理、控制操作系統輸入端輸出端11MNMN光交換矩陣OXC功能結構示意圖功能結構示意圖44波分復用波分復用/ /解復用器解復用器光交叉連接矩陣光交叉連接矩陣波長轉換模塊波長轉換模塊OXC基本結構基本結構455.7 光波長轉換器光波長轉換器n光波長轉換器（光波長轉換器（Wavelength ConverterWavelength Converter）是是一種實現將光信號從某一波長的光載波轉換至另一種實現將光信號從某一波長的光載波轉換至另

25、一波長光載波的器件，是波分復用光通信系統向一波長光載波的器件，是波分復用光通信系統向光網絡演變的一個關鍵性器件。它可以在光通信光網絡演變的一個關鍵性器件。它可以在光通信網絡中廣泛地用于光交換、波長路由以及光信號網絡中廣泛地用于光交換、波長路由以及光信號的全光再生等。的全光再生等。n光電光式光波長轉換器光電光式光波長轉換器n全光波長轉換器全光波長轉換器46驅動輸入s光探測器緩存器可調激光器地址譯碼器c 功能定義功能定義：首先利用光探測器將光信號轉化為電信號，再將此信號存儲于電首先利用光探測器將光信號轉化為電信號，再將此信號存儲于電存儲器中，然后用此電信號驅動可調諧激光器，變成另一波長的光存儲器中

26、，然后用此電信號驅動可調諧激光器，變成另一波長的光信號。信號。 特點特點 信噪比高、偏振無關、轉換速率可達信噪比高、偏振無關、轉換速率可達10Gbit/s10Gbit/s、可實現消光比、可實現消光比增強及信號再生、技術成熟增強及信號再生、技術成熟 透明性受影響、透明性受影響、光電轉換線路復雜，終究要受電子瓶頸的限制光電轉換線路復雜，終究要受電子瓶頸的限制光光-電電-光式光波長轉換器光式光波長轉換器47全光波長轉換器（全光波長轉換器（WC） Wavelength ConerterWavelength Conerter 全光全光波長轉換器波長轉換器是是將信號從一個波長變為另將信號從一個波長變為另一個波長而不需要變換到電域，因此具有高一個波長而不需要變換到電域，因此具有高速、寬帶、透明速、寬帶、透明( (與信號格式無關與信號格式無關) )的特點。的特點。n利用利用SOASOA中的交叉增益調制中的交叉增益調制(SOA-XGM)(SOA-XGM)n利用利用SOASOA中的交叉相位調制中的交叉相位調制(SOA-XPM)(SOA-XPM)n利用利用SOASOA中的四波混頻效應中的四波混頻效應(SOA-FWM)(SOA-FWM)48基于基于