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第五章光纖線路技術(shù)及器件,光纖線路技術(shù),為了實(shí)現(xiàn)光信號(hào)從發(fā)射機(jī)至接收機(jī)的傳送,在整個(gè)光纖的傳輸線路上既需要解決由光纖損耗、色散及非線性引起的信號(hào)衰減和畸變等問(wèn)題,還需要解決信號(hào)的調(diào)制、信號(hào)的選路、線路的連接、光功率的分配、光功率的控制、雜散光的隔離等一系列工程實(shí)踐問(wèn)題。,光器件,根據(jù)在實(shí)現(xiàn)功能過(guò)程中是否發(fā)生能量轉(zhuǎn)換,可將光器件分為有源器件和無(wú)源器件有源器件(activedevice):如激光器、光電檢測(cè)器、光放大器等。無(wú)源器件(passivedevice):如光隔離器、光耦合器、光環(huán)形器等實(shí)現(xiàn)連接光路、分配光功率以及合波和分波等作用。,主要內(nèi)容,一、光隔離器和光環(huán)形器二、光纖的連接三、光衰減器和光開關(guān)四、光纖耦合器五、光纖光柵六、波分復(fù)用器件七、平面及矩形光波導(dǎo)技術(shù)及器件八、光放大器九、色散補(bǔ)償技術(shù),光隔離器(isolator),光隔離器是一種只允許光沿一個(gè)方向通過(guò)而在相反方向阻擋光通過(guò)的光無(wú)源器件作用:防止光路中的后向傳輸光對(duì)光源以及光路系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。例如:半導(dǎo)體激光器、光纖放大器應(yīng)用:光纖通信、光信息處理系統(tǒng)、光纖傳感以及精密光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)等類型:偏振相關(guān)型和偏振無(wú)關(guān)型兩類,法拉第旋光效應(yīng),光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應(yīng)。法拉第效應(yīng)是法拉第在1845年首先觀察到的不具有旋光性的材料在磁場(chǎng)作用下使通過(guò)該物質(zhì)的光的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn),也稱磁致旋光效應(yīng)。沿磁場(chǎng)方向傳輸?shù)钠窆?,其偏振方向旋轉(zhuǎn)角度q=VBL(B磁場(chǎng)強(qiáng)度,L材料長(zhǎng)度,V維爾德常數(shù)為材料的特性常數(shù))。偏振方向的旋轉(zhuǎn)只與磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向有關(guān),而與光傳播的方向無(wú)關(guān)。磁光材料有釔鐵石榴石(YIG)、鉍鐵石榴石(SIC)等。,偏振相關(guān)型光隔離器,由起偏器、檢偏器和旋光器三部分組成。,偏振無(wú)關(guān)型光隔離器,主要技術(shù)指標(biāo),插入損耗回波損耗隔離度偏振相關(guān)損耗(PDL)偏振模色散(PMD),插入損耗(IL),指在光隔離器通光方向上傳輸?shù)墓庑盘?hào)由于引入光隔離器而產(chǎn)生的附加損耗。Pi:輸入的光信號(hào)功率,Po:經(jīng)過(guò)光隔離器后的功率,顯然,IL值越小越好。光隔離器的插入損耗來(lái)源于偏振器、法拉第旋轉(zhuǎn)器等各部分的插入損耗。,回波損耗(RL),回波損耗:指由于構(gòu)成光隔離器的各元件、光纖以及空氣折射率失配引起的反射造成的對(duì)入射光信號(hào)的衰減。Pi:正向輸入光隔離器的光信號(hào)功率Pr:返回輸入端口的光功率,隔離度,指在逆光隔離器通光方向上傳輸?shù)墓庑盘?hào)由于引入光隔離器而產(chǎn)生的損耗Pi:反向輸入光隔離器的光信號(hào)功率Po:返回輸入端口的光功率值越大越好,偏振相關(guān)損耗和偏振模色散,偏振相關(guān)損耗(PDL):指輸入光偏振態(tài)發(fā)生變化而其它參數(shù)不變時(shí),器件插入損耗的最大變化量,是衡量器件插入損耗受偏振態(tài)影響程度的指標(biāo)。偏振模色散(PMD):指通過(guò)器件的信號(hào)光不同偏振態(tài)之間的相位延遲差。,光環(huán)形器(circulator),多端口非互易N(N2)個(gè)端口光由端口1-端口2;由端口2-端口3;若端口N輸入的光可由端口1輸出,稱為環(huán)行器,若不可以,稱為準(zhǔn)環(huán)行器,應(yīng)用,雙向通信中的重要器件,完成正反向傳輸光的分離單纖雙向通信、上/下話路、合波/分波及色散補(bǔ)償?shù)?結(jié)構(gòu),光纖準(zhǔn)直器,分束合束鏡,偏振旋轉(zhuǎn)鏡,光束變換器,光纖準(zhǔn)直器,偏振旋轉(zhuǎn)鏡,分束合束鏡,分束/合束鏡,將任意狀態(tài)的輸入光變成分解成兩束偏振方向垂直的偏振分量雙折射平行平板、楔形雙折射晶體,偏振旋轉(zhuǎn)鏡,90度非互易旋轉(zhuǎn)器,端口1端口2,端口2端口3,端口3端口4,技術(shù)指標(biāo),包括插入損耗、回波損耗、隔離度、串音、偏振相關(guān)損耗、偏振模色散等串音指兩個(gè)不相鄰端口之間理論上不能接收到光信號(hào)但實(shí)際中由于種種原因而接收到的功率以dB表示的相對(duì)值,,光纖的連接,光纖的連接將兩根光纖端面結(jié)合在一起,實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的持續(xù)傳輸。根據(jù)連接方式的不同,可分為活動(dòng)連接和固定連接。利用活動(dòng)連接器是實(shí)現(xiàn)活動(dòng)連接的主要方法熔接法是固定連接的主要方法,活動(dòng)連接器,連接兩根光纖或光纜使其成為光通路的可以重復(fù)裝拆的活接頭用于光源到光纖、光纖到光纖、光纖與深測(cè)器、器件之間等的連接必須具備損耗低、體積小、重量輕、可靠性高、便于操作、重復(fù)性和互換性好以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。要求能承受機(jī)械振動(dòng)和沖擊、適應(yīng)一定的溫度和濕度環(huán)境條件、裝拆時(shí)防止雜質(zhì)污染的保護(hù)措施。,分類,可分為單芯型和多芯型可分為多模和單模單芯型按結(jié)構(gòu)可分為調(diào)心型和非調(diào)心型:非調(diào)心型內(nèi)部沒(méi)有調(diào)心機(jī)構(gòu),靠光纖活動(dòng)連接器結(jié)構(gòu)組件之間的精密配合來(lái)達(dá)到最佳耦合常用的非調(diào)心型結(jié)構(gòu)有以下幾種:套管結(jié)構(gòu)、雙錐結(jié)構(gòu)、V型槽結(jié)構(gòu)、微透鏡結(jié)構(gòu)以及自聚焦透鏡結(jié)構(gòu)等按連接方式可分為對(duì)接耦合式和透鏡耦合式,套管結(jié)構(gòu),由插針和套管組成,都是精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)和光學(xué)結(jié)構(gòu)光纖固定在插針里,兩個(gè)插針在套管中對(duì)接并保證兩根光纖的對(duì)準(zhǔn),插針,可用不銹鋼、陶瓷、玻璃、塑料等材料制作陶瓷材料具有極好的溫度穩(wěn)定性,線膨脹系數(shù)很小,且與石英光纖的線膨脹系數(shù)接近,使用最多,套管,常用開口套管,選用彈性好的材料如磷青銅、鈹青銅、氧化鋯陶瓷制作,雙錐結(jié)構(gòu),利用錐面定位,V型槽結(jié)構(gòu),主要性能指標(biāo),插入損耗:一般在0.5dB以下。回波損耗:一般應(yīng)大于45dB。重復(fù)性:每次插拔后其損耗的變化范圍,一般應(yīng)小于0.1dB?;Q性:是指同一種連接器不同插針替換時(shí)損耗的變化范圍,一般應(yīng)小于0.1dB。插拔次數(shù):連接器具有上述損耗參數(shù)范圍內(nèi)插拔的次數(shù),一般應(yīng)在千次以上。工作溫度:在工作溫度范圍內(nèi)(-2570范圍內(nèi)),連接器的損耗變化量應(yīng)在0.2dB范圍內(nèi)變化。,影響插入損耗的因素,光纖連接時(shí),產(chǎn)生的損耗主要來(lái)自制造技術(shù)和光纖本身的不完善。光纖的橫向錯(cuò)位、角度傾斜、端面間隙、端面形狀、端面光潔度以及纖芯直徑、數(shù)值孔徑、折射率分布的差異和光纖的橢圓度、偏心度等都會(huì)影響連接質(zhì)量。,改進(jìn)回波損耗的辦法,光纖連接器存在回波損耗是由于光線在遇到折射率不同的界面時(shí)會(huì)出現(xiàn)菲涅爾反射如果兩光纖對(duì)接處存在端面間隙或者光纖端面存在高折射率的變質(zhì)層或者光纖端面存在劃痕、凹坑、污物都會(huì)引起光線在對(duì)接處產(chǎn)生菲涅爾反射從而造成了光纖連接器的回波損耗將原來(lái)的平面接觸更改為球面接觸、斜球面接觸等,球面接觸斜球面接觸,連接器的表示,/:表示外部連接方式,有FC、SC、ST、FDDI、D4、MU、MC、E2000等:表示插針端面形狀,有FC、PC、UPC、APC等,常用術(shù)語(yǔ),連接器插頭(plugconnetor)光纜跳線(jumpercable)轉(zhuǎn)換器:(adaptor)插座、法蘭盤變換器(converter)裸光纖轉(zhuǎn)接器,FCConnector,STConnector,SCConnector,SMAConnector,MT-RJ,FDDIConnector,MPOConnector,MUConnector,LCConnector,E2000Connector,D4Connector,BiconicConnector,adaptor,adaptor,converter,裸光纖轉(zhuǎn)接器,實(shí)際器件指標(biāo),光纖的固定連接,使一對(duì)光纖之間形成永久性的連接,用于不需要拆卸或重復(fù)使用的場(chǎng)合。有熔接法、V型槽法、毛細(xì)管法等。熔接法在實(shí)際中應(yīng)用最為普遍,是光纖通信干線中光纖連接的主要方法,它是利用電弧放電、氫焰或激光等方法加熱從而將光纖熔融結(jié)合在一起。電弧放電是熔接法中應(yīng)用最廣的方法。利用電弧放電進(jìn)行光纖熔接的設(shè)備稱為光纖熔接機(jī)。,光纖熔接機(jī),由光纖的準(zhǔn)直與夾持機(jī)構(gòu)、光纖對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)、電弧放電機(jī)構(gòu)以及控制機(jī)構(gòu)等四部分構(gòu)成,熔接步驟,制備光纖:利用光纖剝皮鉗去除光纖外的套塑層,利用光纖切割刀切割光纖端面,達(dá)到端面平整,并使端面與光纖軸線垂直,偏差小于1。對(duì)準(zhǔn)光纖:將制備好端面的光纖放入準(zhǔn)直與夾持機(jī)構(gòu)中固定,通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)裝置使纖芯在空間三個(gè)方向上移動(dòng),保證需要熔接的兩根光纖完全對(duì)準(zhǔn),消除纖芯的橫向錯(cuò)位、角度偏差,并將端面之間的間距調(diào)整到預(yù)定大小。,熔接步驟,熔接光纖:根據(jù)光纖的類型,選擇合適的放電電流、放電時(shí)間,進(jìn)行電弧放電,對(duì)端面加熱,實(shí)現(xiàn)光纖的熔接。接點(diǎn)的保護(hù):熔接結(jié)束后加熱縮管對(duì)光纖熔接處進(jìn)行保護(hù)。,同時(shí)觀察X軸和Y軸方向光纖5英寸LCD大屏幕顯示,四種語(yǔ)言可選內(nèi)置照明燈,方便夜晚放置方纖內(nèi)置溫度、濕度、氣壓傳感器,適應(yīng)環(huán)境的變化自動(dòng)檢測(cè)光纖端面,自動(dòng)校準(zhǔn)熔接位置自動(dòng)選擇最佳熔接程序,自動(dòng)推算接續(xù)損耗體積小重量輕,攜帶方便交直流兩用,適合各種場(chǎng)合屏幕菜單提示,操作簡(jiǎn)單方便深凹式防風(fēng)蓋,在15m/s的強(qiáng)風(fēng)下能進(jìn)行工作,光衰減器(opticalattenuator),用來(lái)穩(wěn)定地、準(zhǔn)確地減小信號(hào)光功率的無(wú)源器件。它是光功率調(diào)節(jié)所不可缺少的器件。按衰減光功率的工作機(jī)理分有:耦合型光衰減器反射型光衰減器吸收型光衰減器,耦合型光衰減器,通過(guò)輸入、輸出光束對(duì)準(zhǔn)偏差的控制來(lái)改變光耦合量的大小,從而達(dá)到改變衰減量的目的。,反射型光衰減器,是在玻璃基片上鍍反射膜作為衰減片。光透過(guò)衰減片時(shí)主要是反射和透射。由膜層厚度的不同來(lái)改變反射量的大小,從而達(dá)到改變衰減量的目的。,吸收型光
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