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学位论文 光信息传输技术

对于做好的光纤连接器，一般要求其抗拉强度应不低于90N。 （4）温度

一般要求，光纤连接器必须在-40oC~+70oC的温度下能够正常使用。 （5）插拔次数

目前使用的光纤连接器一般都可以插拔l000次以上。 3.2.2光分路器的分光原理

光分路器按原理可以分为熔融拉锥型和平面波导型两种，熔融拉锥型产品是将两根或多根光纤进行侧面熔接而成；平面波导型是微光学元件型产品，采用光刻技术，在介质或半导体基板上形成光波导，实现分支分配功能。这两种型式的分光原理类似，它们通过改变光纤间的消逝场相互耦合(耦合度，耦合长度)以及改变光纤纤半径来实现不同大小分支量，反之也可以将多路光信号合为一路信号叫做合成器。熔锥型光纤耦合器因制作方法简单、价格便宜、容易与外部光纤连接成为一整体，而且可以耐孚机械振动和温度变化等优点，目前成为市场的主流制造技术。

熔融拉锥法就是将两根(或两根以上)除去涂覆层的光纤以一定的方法靠扰，在高温加热下熔融，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，通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度，可得到不同的分光比例。最后把拉锥区用固化胶固化在石英基片上插入不锈铜管内，这就是光分路器。这种生产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不一致，在环境温度变化时热胀冷缩的程度就不一致，此种情况容易导致光分路器损坏，尤其把光分路放在野外的情况更甚，这也是光分路容易损坏得最主要原因。对于更多路数的分路器生产可以用多个二分路器组成。光分路器如图3.1所示。

(a)棱镜型 (b)光纤型

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图3.1光分路器

光分路器的常用技术指标：

（1） 插入损耗:光分路器的插入损耗是指每一路输出相对于输入光损失的dB数，其数学表达式为：Ai=-10lg Pouti/Pin ，其中Ai是指第i个输出口的插入损耗；Pouti是第i个输出端口的光功率；Pin是输入端的光功率值。

（2）附加损耗:附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于输入光功率损失的DB数。值得一提的是，对于光纤耦合器，附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程的固有损耗，这个损耗越小越好，是制作质量优劣的考核指标。而插入损耗则仅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。因此不同的光纤耦合器之间，插入损耗的差异并不能反映器件制作质量的优劣。对于1*N单模标准型光分路器附加损耗如下表所示：分路数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 16，附加损耗DB 0.2 0.3 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2。

（3）分光比：分光比定义为光分路器各输出端口的输出功率比值，在系统应用中，分光比的确是根据实际系统光节点所需的光功率的多少，确定合适的分光比（平均分配的除外），光分路器的分光比与传输光的波长有关，例如一个光分路在传输1.31 微米的光时两个输出端的分光比为50：50；在传输1.5μm的光时，则变为70：30(之所以出现这种情况，是因为光分路器都有一定的带宽，即分光比基本不变时所传输光信号的频带宽度)。所以在订做光分路器时一定要注明波长。

（4） 隔离度：隔离度是指光分路器的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。在以上各指标中，隔离度对于光分路器的意义更为重大，在实际系统应用中往往需要隔离度达到40dB以上的器件，否则将影响整个系统的性能。

另外光分路器的稳定性也是一个重要的指标，所谓稳定性是指在外界温度变化，其它器件的工作状态变化时，光分路器的分光比和其它性能指标都应基本保持不变，实际上光分路器的稳定性完全取决于生产厂家的工艺水平，不同厂家的产品，质量悬殊相当大。在实际应用中，本人也确实碰到很多质量低劣的光分路器，不仅性能指标劣化快，而且损坏率相当高，作于光纤干线的重要器件，在选购时一定加以注意，不能光看价格，工艺水平低的光分路价格肯定低。

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此外，均匀性、回波损耗、方向性、PDL都在光分路器的性能指标中占据非常重要的位置。

3.2.3光波分复用的技术

波分复用技术(wavelength-division multiplexing, WDM)是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。这种技术可以同时在一根光纤上传输多路信号，每一路信号都由某种特定波长的光来传送，这就是一个波长信道。

在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，称为光波分复用技术，简称WDM。光波分复用包括频分复用和波分复用。光频分复用(frequency-division multiplexing，FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别，因为光波是电磁波的一部分，光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解，光频分复用指光频率的细分，光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分，光倍道相隔较远，甚至处于光纤不同窗口。

光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器(也称合波/分波器)分别置于光纤两端，实现不同光波的耦合与分离。这两个器件的原理是相同的。光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型，介质膜型，光栅型和平面型四种。其主要特性指标为插入损耗和隔离度。通常，由于光链路中使用波分复用设备后，光链路损耗的增加量称为波分复用的插入损耗。当波长通过同一光纤传送时，在与分波器中输入端的功率与输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。光波分复用器如图3.2所示。

(a)三棱镜 (b)漫反射 (c)透镜

图3.2光波分复用器

3.2.4 光隔离器的工作原理

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光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。法拉第效应是法拉第在1845年首先观察到不具有旋光性的材料在磁场作用下使通过该物质的光的偏振方向发生旋转，也称磁致旋光效应。沿磁场方向传输的偏振光，其偏振方向旋转角度θ和磁场强度B与材料长度L的乘积成比例。光隔离器的工作原理如图3.3所示。

对于正向入射的信号光，通过起偏器后成为线偏振光，法拉弟旋磁介质与外磁场一起使信号光的偏振方向右旋45度，并恰好使低损耗通过与起偏器成45度放置的检偏器。对于反向光，出检偏器的线偏振光经过放置介质时，偏转方向也右旋转45度，从而使反向光的偏振方向与起偏器方向正交，完全阻断了反射光的传输。

(a)正向光

(b)反向光

图3.3光隔离器的工作原理

法拉弟磁介质在1μm～2μm波长范围内通常采用光损耗低的钇铁石榴石(YIG)单晶。新型尾纤输入输出的光隔离器有相当好的性能，最低插入损耗约0.5dB、隔离度达35～60dB，最高可达70dB。 3.2.5 光开关

光分组交换中，光开关是一个极其重要的关键器件。目前提出了各种各样的光开关实现方案。依据光开关的交换介质来分，光开关可分为自由空间交换光开关、波导光开关、全光开关和其它类型的开关。基于微光机电的MEMS(Micro-Electro-Mechanical-Systems)光开关是由半导体材料(如Si等)构成的微机械结构，属于自由空间光开关。它将电、光和

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