光通信技术韩太林第5章节

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1、光纤通信技术第五章【知识要点】构成一个完整的光纤通信系统，除了光纤、光源和光检测器以外，在光纤线路中还有一些作用不同的光无源器件。光无源器件主要包括光连接器和接头、光耦合器、光隔离器、光环行器、光调制器、光开关和光滤波器等。这些器件对光纤通信系统的构成、功能的扩展或性能的提高，都是不可或缺的。光波长转换器实现光信号在不同波长之间的转换，在不同网络范围重复使用光波长，充分利用有限的光波长资源，在全光网络中具有很好的应用前景。本章主要介绍几种光纤线路中常用的光无源器件及其类型、原理和主要特性。5.1光纤连接器和接头光纤连接器是实

2、现光纤与光纤之间的活动接头，是一种可拆卸的器件，它用于设备（如光端机，光测试仪表等）与光纤之间的连接、光纤与光纤之间的连接或光纤与其他光无源器件之间的连接。光纤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。光纤连接器件是组成光纤通信系统和测量系统不可缺少的一种重要无源器件。5.1.1光纤连接器光纤连接器的作用是将需要连接起来的单根或多根光纤芯线的端面对准、贴紧并能多次使用。由于芯径很细（微米级），因此，对其加工工艺和精度都有比较高的要求。1.对于连接器的一般要求对于连接器的一般要求

3、有以下几项。1）插入损耗低：插入损耗是光纤连接器的主要性能参数。一般的光纤连接器平均损耗大约为0.25dB，最大损耗大约为0.5dB。2）稳定性好：连接后，插入损耗随时间、环境的改变应变化不大。3）可重复性好：光纤连接器应在多次插拔之后仍保持它们的特性。光纤连接器在多次插拔之后其插入损耗将增加，通常5000次插拔之后增加量应小于0.2dB。4）互换性好：同一种连接器不同插针替换时损耗的变化范围，一般应小于±0.1dB。5）反射损耗要小：对来自于光纤耦合面的反射光的损耗，一般应不大于45dB。2.影响光纤连接损耗的几种因素光纤

4、连接时，产生的损耗主要来自制造工艺技术和光纤本身的不完善。光纤的横向错位、角度倾斜、端面间隙、端面形状、端面光洁度及纤芯直径、数值孔径、折射率分布的差异和光纤的椭圆度、偏心度等都会影响连接质量。光纤连接损耗是由于光纤之间的连接错位引起的损耗，以及与光纤参数相关的损耗。连接错位一般有如图5.1所示的几种情况：轴心错位、端面间隙、角度倾斜、端面光洁度。图5.1图5.1光纤之间的连接错位a）轴心错位b）端面间隙c）角度倾斜d）端面光洁度a：轴心错位即两根光纤连接处有轴向错位，如图5.1a所示。其耦合损耗在零点几分贝到几分贝之间，若

5、错位距离小于光纤直径的5%，则损耗一般可以忽略不计。b：端面间隙有时又称端分离，如图5.1b所示。如果两根光纤直接对接，则必须接触在一起，光纤分得越开，光的损耗越大。如果两根光纤通过连接器相连，则不必接触，因为在连接器接触产生的相互摩擦会损坏光纤。c：角度倾斜有时称为角错位，如图5.1c所示。若角错位小于2°，则耦合损耗不会超过0.5dB。d：端面光洁度是指截面不平整，光纤连接的两个截面必须经过高精度抛光和正面粘合，如图5.1d所示。如果截面与垂直面的夹角小于3°，则耦合损耗不会超过0.5dB。对于任何相连的光纤的几何特性和

6、波导特性的差异对光纤间的耦合损耗都有大的影响。这些特性包括纤芯的直径、纤芯区域的椭圆度、光纤的数值孔径、折射率剖面等。由于这些参数与生产厂家相关，因而使用者不能控制特性的变化。理论分析表明，与折射率剖面、纤芯区域的椭圆度相比，纤芯的直径和数值孔径的差异对连接损耗的影响更大。图5.2a~图5.2c给出了由纤芯直径D、数值孔径NA和模场直径MFD失配所引起的损耗示意图。图5.2图5.2内部连接损耗a）D2＞D1b）NA1＞NA2c）MFD1＞MFD2对于任何相连的光纤的几何特性和波导特性的差异对光纤间的耦合损耗都有大的影响。这些

7、特性包括纤芯的直径、纤芯区域的椭圆度、光纤的数值孔径、折射率剖面等。由于这些参数与生产厂家相关，因而使用者不能控制特性的变化。理论分析表明，与折射率剖面、纤芯区域的椭圆度相比，纤芯的直径和数值孔径的差异对连接损耗的影响更大。图5.2a~图5.2c给出了由纤芯直径D、数值孔径NA和模场直径MFD失配所引起的损耗示意图。3.光纤连接器的结构光纤连接器常采用螺纹卡口结构、卡销固定结构、推拉式结构。这3种结构都包括单通道连接器和既可应用于光缆对光缆、也可用于光缆对线路卡连接的多通道器。这些连接器利用的基本耦合机理既可以是对接类型，也

8、可以是扩展光束类型。对接类型的连接器采用金属、陶瓷或模制塑料的套圈，这些套圈可以很好地适配每根光纤和精密套管。将光纤涂上环氧树脂后插入套圈内的精密孔中。套圈连接器对机械结构的要求包括小孔直径尺寸及小孔相对于套圈外表面的位置。图5.3a、b给出了用于单模光纤和多模光纤系统中的两种常用对接类型