第十二讲 光无源器件
主要内容
? 一、连接器和接头
? 二,光衰减器
? 三、光耦合器
? 四、光隔离器和光环行器
? 五、光调制器
? 六、光开关
一、连接器和接头
? 连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸
的连接器件, 主要用于光纤线路与光发
射机输出或光接收机输入之间, 或光纤
线路与其他光无源器件之间的连接 。
? 接头是实现光纤与光纤间永久性连接,
只要用于工程现场施工 。 方法：热熔接
或 V形槽连接
光纤连接器的种类
?单芯连接器
?多芯连接器
光纤 粘接剂
套管
插针体
套管结构光纤连接器简图
光纤连接器的一般性能
1） 性能
项 目
型号或材料
性 能
插入损耗 / dB
0.2---0.3 重复性 / dB
＜ ± 0.1 互换性 / dB
＜ ± 0.1 反射损耗 / dB
FC 型
35---40
PC 型
45---50
寿命 （ 插拔次数 ）
不锈钢
103
陶瓷
104
工作温度
不锈钢
－ 20---- +70
陶瓷
－ 40---- +80
二、光衰减器
? 光衰减器主要用于光纤通信系统的特性
测试和其他测试中，是对光功率有一定
衰减量的器件。根据衰减量是否变化，
可以分为 固定衰减器 和 可变衰减器 。
光衰减器的基本原理
? 在玻璃基片上蒸镀透射系数（或反射系
数变化很小的金属膜，使通过镀膜玻璃
片的光功率被膜层材料吸收一部分，光
强度受到衰减。金属膜可以是镍铬等化
合物材料，光的衰减量有膜的厚度进行
控制。
固定衰减器
固定衰减器对光功率衰减量固定不变，
主要用于调整光纤传输线路的光损耗。
输入光纤 输出光纤
光纤连接器 光纤连接器 透镜 透镜
衰减部分
可变衰减器
? 可变衰减器的衰减量可在一定范围内变
化，用于测量光接收机灵敏度和动态范
围。
(a)光路和结构 (b)步进衰减片 (c) 连续衰减片
厚
薄
三、光耦合器
? 光耦合器的功能是把一个输入光信号分
配给多个输出, 或把多个输入的光信号
组合成一个输出 。
P1
P2
P3 T型光纤耦合器
光耦合器类型
T型光耦合器 —— 是一种 2× 2的 3端耦合器, 可把一根光纤输入
的光信号按一定比例分配给两根光纤, 或把两根光纤的输入光信
号组合在一起, 输入一根光纤 。 主要用做不同分路比的功率分配
器或组合器 。
星型光耦合器 —— 是一种 n× m的耦合器, 可把 n根光纤输入的
光功率组合在一起, 均匀地分配给 m根光纤 。
定向光耦合器 —— 是一种 2× 2的 3端或 4端耦合器, 用于分别驱
除光纤中向不同方向传输的光信号 。 只用于作分路器, 不能作合
路器 。
波分复用 /解复用器 —— 波分复用器 是 与波长有关的耦合器,
用于把多个不同波长的发射机输出的光信号组合在一起, 输入到
一根光纤；解复用器用于把一根光纤输出的多个不同波长的光信
号分配给不同的光接收机 。
常用光耦合器类型示意图
1
（ b） 星型
（ c） 定向型 （ d） 波分复用型
（ a） T型
4
2
3
λ 1
λ 2
λ N
λ 1 + λ 2 +… λ N
光耦合器基本结构
光纤型
微器件型
波导型
光耦合器主要特性
? 1） 耦合比 CR—— 是一个指定输出端的光功率 Poc和全
部输出端的光功率总和 Pot的比值 。
? 2） 附加损耗 Le—— 是全部输入端光功率总和 Pit和全
部输出端光功率总和 Pot的比值 。
?
?
?? N
n
on
oc
ot
oc
P
P
P
PCR
1
?
?
?
?
?
?
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?
?
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?
?
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?
N
n
on
N
n
in
ot
it
e
P
P
P
PL
1
1lg10lg10
? 3） 插入损耗 Lt—— 是一个指定输入端光功率 Pic和另
一个指定输出端的光功率 Poc的比值 。
? 4） 方向性 DIR（ 隔离度 ） —— 是一个指定输入端光功
率 Pic和由耦合器反射到其他端的光功率 Pr的比值 。
? 5） 一致性 U—— 是不同输入端得到的耦合比的均匀性
或不同输出端耦合比的等同性 。
oc
ict PPL lg10?
r
icPPD I R lg10?
四,光隔离器
? 光隔离器 —— 是一种非互易性器件, 只
允许光波往一个方向传输, 阻止光波往
其他方向尤其是反方向传输 。 一般用在
激光器或光放大器后 。 插入损耗值为 1dB,
隔离度的典型值为 40--50 dB。
光隔离器工作原理示意图
起
偏
振
器
法拉第
旋转器
检
偏
振
器
阻塞
反射光
经 SWP的
入射光
SWP—— Spatial Walk-off Polarizer 空间分离偏振器, 其作用是将入
射光分解为垂直与水平两个正交偏振分量, 让垂直分量通过, 而水平分量偏
折通过 。
光隔离器工作原理
假设入射光是垂直偏振光，起偏振器的透
振方向是在垂直方向，故入射光顺利通过它射
向法拉第旋转器，法拉第旋转器由旋光材料制
成，能使光的偏振态旋转一定角度，如 45°，
并且其旋转方向与光传播方向无关。法拉第旋
转器后的检偏振器透振方向若在 45°方向上，
则经过法拉第旋转器旋转 45°后的光能通过检
偏振器，即光沿正方向（从左到右）通过这些
器件是没有损耗的。但沿反方向（从右到左）
传送的反射光，其偏振态也在 45°，当反射光
经过法拉第旋转器再旋转 45°后，偏振态达到
90°，变为水平偏振光，则无法通过起偏振器。
五、光环行器
? 光环行器 —— 是多端口的隔离器 。 主要
用于光分插复用器 。 典型的环行器一般
有三或四个端口, 在三端口环行器中,
端口 1输入的光信号在端口 2输出, 端口 2
输入的光信号在端口 3输出, 端口 3输入
光信号在端口 1输出 。
常用光环行器示意图
1
2
3
1
2
3
4
(a) 三端口 (b) 四端口
六、光调制器
? 光调制器 —— 外调制方式中采用，把激
光的产生和调制分开,可避免对光源直
接调制产生线性调频的限制。调制器一
般用电光效应或声光效应使折射率改变，
或用磁光效应使光的透过率变化实现光
调制。
七、光开关
光开关 —— 用于转换光路, 实现光交换 。
机械光开关：利用电磁铁或步进电机驱动光
纤, 棱镜或反射镜等光学元件实现光路切换 。
其优点是插入损耗小, 串扰小, 适用于各种
光纤, 技术成熟 。 缺点是开关速度慢 。
固体光开关：用电光效应、磁光效应或声
光效应实现光路切换。优点是开关速度快。缺
点是插入损耗大,串扰大，只适用于单模光
纤。
主要内容
? 一、连接器和接头
? 二,光衰减器
? 三、光耦合器
? 四、光隔离器和光环行器
? 五、光调制器
? 六、光开关
一、连接器和接头
? 连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸
的连接器件, 主要用于光纤线路与光发
射机输出或光接收机输入之间, 或光纤
线路与其他光无源器件之间的连接 。
? 接头是实现光纤与光纤间永久性连接,
只要用于工程现场施工 。 方法：热熔接
或 V形槽连接
光纤连接器的种类
?单芯连接器
?多芯连接器
光纤 粘接剂
套管
插针体
套管结构光纤连接器简图
光纤连接器的一般性能
1） 性能
项 目
型号或材料
性 能
插入损耗 / dB
0.2---0.3 重复性 / dB
＜ ± 0.1 互换性 / dB
＜ ± 0.1 反射损耗 / dB
FC 型
35---40
PC 型
45---50
寿命 （ 插拔次数 ）
不锈钢
103
陶瓷
104
工作温度
不锈钢
－ 20---- +70
陶瓷
－ 40---- +80
二、光衰减器
? 光衰减器主要用于光纤通信系统的特性
测试和其他测试中，是对光功率有一定
衰减量的器件。根据衰减量是否变化，
可以分为 固定衰减器 和 可变衰减器 。
光衰减器的基本原理
? 在玻璃基片上蒸镀透射系数（或反射系
数变化很小的金属膜，使通过镀膜玻璃
片的光功率被膜层材料吸收一部分，光
强度受到衰减。金属膜可以是镍铬等化
合物材料，光的衰减量有膜的厚度进行
控制。
固定衰减器
固定衰减器对光功率衰减量固定不变，
主要用于调整光纤传输线路的光损耗。
输入光纤 输出光纤
光纤连接器 光纤连接器 透镜 透镜
衰减部分
可变衰减器
? 可变衰减器的衰减量可在一定范围内变
化，用于测量光接收机灵敏度和动态范
围。
(a)光路和结构 (b)步进衰减片 (c) 连续衰减片
厚
薄
三、光耦合器
? 光耦合器的功能是把一个输入光信号分
配给多个输出, 或把多个输入的光信号
组合成一个输出 。
P1
P2
P3 T型光纤耦合器
光耦合器类型
T型光耦合器 —— 是一种 2× 2的 3端耦合器, 可把一根光纤输入
的光信号按一定比例分配给两根光纤, 或把两根光纤的输入光信
号组合在一起, 输入一根光纤 。 主要用做不同分路比的功率分配
器或组合器 。
星型光耦合器 —— 是一种 n× m的耦合器, 可把 n根光纤输入的
光功率组合在一起, 均匀地分配给 m根光纤 。
定向光耦合器 —— 是一种 2× 2的 3端或 4端耦合器, 用于分别驱
除光纤中向不同方向传输的光信号 。 只用于作分路器, 不能作合
路器 。
波分复用 /解复用器 —— 波分复用器 是 与波长有关的耦合器,
用于把多个不同波长的发射机输出的光信号组合在一起, 输入到
一根光纤；解复用器用于把一根光纤输出的多个不同波长的光信
号分配给不同的光接收机 。
常用光耦合器类型示意图
1
（ b） 星型
（ c） 定向型 （ d） 波分复用型
（ a） T型
4
2
3
λ 1
λ 2
λ N
λ 1 + λ 2 +… λ N
光耦合器基本结构
光纤型
微器件型
波导型
光耦合器主要特性
? 1） 耦合比 CR—— 是一个指定输出端的光功率 Poc和全
部输出端的光功率总和 Pot的比值 。
? 2） 附加损耗 Le—— 是全部输入端光功率总和 Pit和全
部输出端光功率总和 Pot的比值 。
?
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n
on
oc
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P
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PCR
1
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? 3） 插入损耗 Lt—— 是一个指定输入端光功率 Pic和另
一个指定输出端的光功率 Poc的比值 。
? 4） 方向性 DIR（ 隔离度 ） —— 是一个指定输入端光功
率 Pic和由耦合器反射到其他端的光功率 Pr的比值 。
? 5） 一致性 U—— 是不同输入端得到的耦合比的均匀性
或不同输出端耦合比的等同性 。
oc
ict PPL lg10?
r
icPPD I R lg10?
四,光隔离器
? 光隔离器 —— 是一种非互易性器件, 只
允许光波往一个方向传输, 阻止光波往
其他方向尤其是反方向传输 。 一般用在
激光器或光放大器后 。 插入损耗值为 1dB,
隔离度的典型值为 40--50 dB。
光隔离器工作原理示意图
起
偏
振
器
法拉第
旋转器
检
偏
振
器
阻塞
反射光
经 SWP的
入射光
SWP—— Spatial Walk-off Polarizer 空间分离偏振器, 其作用是将入
射光分解为垂直与水平两个正交偏振分量, 让垂直分量通过, 而水平分量偏
折通过 。
光隔离器工作原理
假设入射光是垂直偏振光，起偏振器的透
振方向是在垂直方向，故入射光顺利通过它射
向法拉第旋转器，法拉第旋转器由旋光材料制
成，能使光的偏振态旋转一定角度，如 45°，
并且其旋转方向与光传播方向无关。法拉第旋
转器后的检偏振器透振方向若在 45°方向上，
则经过法拉第旋转器旋转 45°后的光能通过检
偏振器，即光沿正方向（从左到右）通过这些
器件是没有损耗的。但沿反方向（从右到左）
传送的反射光，其偏振态也在 45°，当反射光
经过法拉第旋转器再旋转 45°后，偏振态达到
90°，变为水平偏振光，则无法通过起偏振器。
五、光环行器
? 光环行器 —— 是多端口的隔离器 。 主要
用于光分插复用器 。 典型的环行器一般
有三或四个端口, 在三端口环行器中,
端口 1输入的光信号在端口 2输出, 端口 2
输入的光信号在端口 3输出, 端口 3输入
光信号在端口 1输出 。
常用光环行器示意图
1
2
3
1
2
3
4
(a) 三端口 (b) 四端口
六、光调制器
? 光调制器 —— 外调制方式中采用，把激
光的产生和调制分开,可避免对光源直
接调制产生线性调频的限制。调制器一
般用电光效应或声光效应使折射率改变，
或用磁光效应使光的透过率变化实现光
调制。
七、光开关
光开关 —— 用于转换光路, 实现光交换 。
机械光开关：利用电磁铁或步进电机驱动光
纤, 棱镜或反射镜等光学元件实现光路切换 。
其优点是插入损耗小, 串扰小, 适用于各种
光纤, 技术成熟 。 缺点是开关速度慢 。
固体光开关：用电光效应、磁光效应或声
光效应实现光路切换。优点是开关速度快。缺
点是插入损耗大,串扰大，只适用于单模光
纤。
