1、 无源器件光纤连接和光纤耦合器的结构和工作原理；有源器件中的激光光源的产生机理。第三组小组成员：李小活、李志岳、赖天雨、曾淳Word 文档编写：李小活2014 年 6 月 25 日目 录第 1 章：无源器件1.1 无源器件概述1.2 无源器件光纤连接器结构和工作原理1.3 无源器件光纤耦合器结构和工作原理第 2 章：有源器件2.1 有源器件的概述2.2 有源器件中的激光光源的产生机理1.1 无源器件概述光纤通信中所用的光器件可分成光有源器件和光无源器件两大类。二者的区别在于器件在实现本身功能的过程中，其内部是否发生光电能量转换。若出现光电能量转换，则称其为有源光器件；若未出现光电能量转换，即便
2、也需要一些电信号的介入，均称为光无源器件。光无源器件有多种分类方法，目前最常用的是按功能分类。按照器件在光纤传输路上所发挥的功能可分为光隔离器、光纤连接器、光合/分路器光耦合器、光开关、光衰减器以及光极化控制器、光环形器滤波器等。1.2 无源器件光纤连接器结构和工作原理光纤连接器的结构与种类定义：光纤(缆)活动连接器是实现光纤(缆)之间活动连接的光无源器件，它还具有将光纤(缆)与其他无源器件、光纤(缆)与系统和仪表进行活动连接的功能。 是光纤应用领域中不可缺少的、应用最广光无源器件之一。1.光纤连接器的结构说明：基本上是采用某种机械和光学结构，使两根光纤的纤芯对准，保证 90%以上的光能够通过
3、，目前有五种常用结构。(1)套管结构由插针和套筒组成，应用广泛，FC、SC、D4 等连接器均采用此结构。(2)双锥结构：利用锥面定位，此结构由 AT&T 创立和采用。(3)V 形槽结构：将两个插针放入 V 形槽基座中，再用盖板将插针压紧，利用对准原理使纤芯对准，精度较高，但结构复杂，零件数量多。(4)球面定心结构：由两部分组成，一部分是装有精密钢球的基座，另一部分是装有圆锥面(相当于车灯的反光镜)的插针。钢球开有一个通孔，通孔德内径比插针的外径大。当两根插针插入基座时，球面与锥面接合将纤芯对准，并保证纤芯之间的间距控制在要求的范围内，这种设计思想是巧妙的，但零件形状复杂，加工调整难度大。(5)
4、透镜耦合结构又称远场耦合，结构分为球透耦合结构和自聚焦透镜耦合结构两种，这种结构经过透镜来实现光纤的对准。用透镜将一根光纤的出射光变成平行光，再由另一透镜将平行光聚焦导入另一光纤中去。其优点是降低了对机械加工的精度要求，使耦合更容易实现。缺点是结构复杂、体积大调整元件多、接续损耗大。总结：5 种对准结构，各有优缺点，但从结构设计的合理性、批量加工的可行性及实用效果来看，精密套管占有明显优势，目前应用最广，我国多采用这种结构的连接器。2.光纤活动连接器的种类光纤活动连接器的品种、型号很多，其中有代表性的有：FC、ST、SCD4、双锥、VFo(球面定心)、F-SMA、MT-RJ 连接器等。在我国用
5、得最多的是 FC 系列的连接器，它是干线系统中采用的主要型号，在今后一段较长时间内仍是主要品种。SC 型连接器是光纤局域网、CATV 和用户网的主要品种。除此之外，ST型连接器也有一定数量的应用。(1)FC 系列连接器是一种用螺纹连接，外部零件采用金属材料制作的连接器，它是我国电信网采用的主要品种，我国已制定了 FC 型连接器的国家标准。(2)SC 型连接器它的插针、套筒与 FC 完全一样。外壳采用工程塑料制作、采用矩形结构便于密集安装。不用螺纹连接、可以直接插拔，使用方便，操作空间小可以密集安装，可以做成多芯连接器，因此应用前景更为广阔。(3)ST 型连接器ST 型连接器采用带键的卡口式锁紧
6、机构，确保连接时准确对中。(4)不同型号插头互相连接的转换器在对不同型号插头连接时需要转换器进行连接。主要有以下几种：ST/FC；FC/SC；FC/ST；SC/ST；ST/SC。(5)活动连接器跳线的规格选择跳线时，需要明确以下这些参数：插头型号；光纤型号；光纤芯径；光纤芯数；光缆外径；插头数；插头损耗；回波损耗；插针材料；插针端面形状；套筒材料。(6)新型多芯光纤连接器随着用户通信网规模的扩大、WDM 的普及、电信网/数据网的光纤化乃至多媒体大容量信息处理设备的发展均推动着光缆向多芯、高密度方向深入发展，带状多芯光缆需要用多芯光纤连接器进行连接，多芯带状光纤 MT 连接器就应运而生。MT 连
7、接器是为接续多芯带状光纤而开发出的、采用塑料套管的一种光纤连接器，它具有优良的高密度安装能力和较低的成本。MT 连接器的基本机理是用两根导向销精密的在套管内确定好光纤位置，再用夹箍施压挟持住对接部分从而保持接续状态稳定。MT 连接器关键技术包括塑料成型套管、金属导向销、套管端面研磨抛光技术和检查技术等，对精度的要求极高。MT 套管大致分为 4 种：小型 MT 套管，最多容纳 4 根光纤；4 芯、8 芯类普通 MT 套管，最大容纳 12 根光纤；16MT 套管可接续 16根光纤；二维 MT 套管，最多可容纳 60 根光纤。MT 连接器的安装密度极高，其中 16 芯二维 MT 套管是普通 16芯
8、MT 套管安装密度的 1.3 倍，60 芯、80 芯二维 MT 连接器则是普通 12 芯 MT 连接器安装密度的 5 倍。光纤耦合器定义：简称耦合器，是将光信号进行分路或合路、插入、分配的一种器件。简单地讲，光耦合器就是一类能使传输中的光信号在特殊结构耦合区发生耦合，并进行再分配的器件。分类：光纤耦合器目前已形成一个多功能、多用途的系列产品。从功率上看：分为功率分配器和光波长(合/分波)耦合器；从端口形式上划分：分为 X 形(2x2)耦合器、Y 形(1x2)耦合器、星形(NxN，N2)耦合器、树形(1xN，N2)耦合器；从工作带宽的角度划分：分为单工作窗口的窄带耦合器或标准耦合器(Standa
9、rd Coupler，SC)、单工作窗口的宽带耦合器、双工作窗口的宽带耦合器；从传导模式划分：分为多模耦合器和单模耦合器。1.3 光纤耦合器的结构与原理制作方法：分立光学元件组合型、全光纤型、平面波导型。其中属于全光纤型的光纤熔融拉锥法因为具有各种优势，成为当前光耦合器的主要制作方法。熔融拉锥法：将两根(或两根以上)除去涂覆层的光纤以一定的方式靠拢，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，实现传输光功率耦合的一种方法。熔融拉锥法的工作原理：入射光功率在双锥体结构的耦合区发生功率再分配,一部分光功率从“直通臂”继续传输，另一部分则由“耦合臂”传到另一光路。单模
10、耦合器和多模耦合器具有完全不同的耦合机理。(1)熔融拉锥型单模光纤耦合器光纤归一化频率先减小，然后增加包层为芯，空气为包层构成新波导光功率以特定比例“捕获” 。(2)熔融拉锥型多模光纤耦合器较高阶模式被捕获，获得耦合功率；低阶模不参与耦合，只能从直通臂输出；改进后的工艺保证了直通臂和耦合臂的输出模式一致。分光比(Coupling Ratio，CR)：是光耦合器所特有的技术术语，定义为耦合器各输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比，在具体应用中常用数字表达式表示为：方向性：也是光耦合器所特有的一个技术术语，它是衡量器件定向传输性的参数以标准 X 形耦合器为例，方向性定义为在耦合器正常工作时，输入端非注入光端口的输出光功率与总注入光功率的比值，以分贝为单位的数学表达式为： 10%outitiiPCR210lg()iniPDLdB
