常用光无源器件.pptx

Fiber Communications SDU-WH 20101第四章 常用光无源器件4.1 4.1 光光光光 纤纤纤纤 连连连连 接接接接 器器器器4.2 4.2 光纤耦合器光纤耦合器光纤耦合器光纤耦合器4.3 4.3 波分复用波分复用波分复用波分复用/解复用器解复用器解复用器解复用器4.4 4.4 光光光光 开开开开 关关关关4.5 4.5 光纤光栅光纤光栅光纤光栅光纤光栅4.6 4.6 光隔离器光隔离器 光环形器光环形器Fiber Communications SDU-WH 20102光纤连接？光纤连接？永久连接永久连接活动连接活动连接半永久半永久/活动连接活动连接Fiber Communications SDU-WH 20103光纤连接：永久连接光纤连接：永久连接光纤熔接法光纤切割机Fiber Communications SDU-WH 20104光纤熔接机Fiber Communications SDU-WH 20105SM(Single-mode),MM(Multi-mode),DS(Dispersion shifted),NZDSF(Non-zero dispersion shifted),and ED(Erbium-doped)fibers.适用光纤适用光纤 5 英寸英寸 TFT LCD 显示器显示器 监视器监视器 280X or 140X 放大倍数放大倍数 311mm(W)x 218mm(D)x 133mm(H),6.1kg尺寸及重尺寸及重量量 0.010.04dB实际熔接实际熔接损耗损耗 Fiber Communications SDU-WH 20106半永久半永久/活动连接：粘连活动连接：粘连光纤准备：打磨抛光粘接a)将待接光纤在机械支撑工具上排列好b)用黏合剂将光纤固定好（常用环氧树脂作为粘连剂和催化剂）通常粘连损耗 0.05 0.5 dBFiber Communications SDU-WH 201074.1 光 纤 连 接 器光光纤纤(缆缆)活活动动连连接接器器作作用用：实现光纤之间活动连接的光无源器件，它还具有将光纤与其他无源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。Fiber Communications SDU-WH 201081.光纤连接器的结构光纤连接器的结构光纤连接器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，主要有五种结构：1.套管结构套管结构 2.双锥结构双锥结构 3.V形槽结构形槽结构 4.球面定心结构球面定心结构 5.透镜耦合结构透镜耦合结构Fiber Communications SDU-WH 20109套管结构套管结构套管结构的连接器由插针和套筒组成。套管结构的连接器由插针和套筒组成。FerruleFiberAlignment SleeveFiber Communications SDU-WH 201010双锥结构双锥结构双锥结构连接器是利用锥面定位。结构类似与套筒：插针外端面、套筒内孔加工为圆锥面 两插针插入套筒内孔实现纤芯对接AT&T创立Fiber Communications SDU-WH 201011V形槽结构形槽结构 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Fiber Communications SDU-WH 201012球面定心结构球面定心结构两部分组成：一部分是装有精密钢球的基座，另一部分是装有圆锥面的插针。透镜耦合结构透镜耦合结构透镜耦合又称远场耦合，它分为球透镜耦合和自聚焦透镜耦合两种；原理：将光纤的出射光变成平行光在用透镜将平行光聚集导入另一光纤Fiber Communications SDU-WH 201013连接器的设计要求：连接器的设计要求：-(多次连接、拆卸后多次连接、拆卸后)保持低耦合损耗保持低耦合损耗-(对使用技巧要求低对使用技巧要求低)易于安装易于安装-(温度、粉尘、湿气温度、粉尘、湿气)环境敏感性低环境敏感性低-低成本和高可靠性低成本和高可靠性-(无需特殊工具无需特殊工具)易于连接易于连接光纤连接器：非永久连接光纤连接器：非永久连接Fiber Communications SDU-WH 2010142.光纤活动连接器的种类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、SC、D4、双锥、VFO(球面定心)、F-SMA、MT-RJ连接器等等。Fiber Communications SDU-WH 201015连接器的类型按接头外形分类：FCNTT公司开发：其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣我国电信网主要采用种类Fiber Communications SDU-WH 201016连接器的类型连接器的类型按接头外形分类：按接头外形分类：SCNTT公司开发：外壳呈矩形，紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转，具有安装密度高的特点Fiber Communications SDU-WH 201017连接器的类型连接器的类型按接头外形分类：按接头外形分类：LCBellLab开发：模块化插孔闩锁机理制成插针尺寸小(1.25mm)，可提高光机架中的接口密度Fiber Communications SDU-WH 201018连接器剖面Fiber Communications SDU-WH 201019连接器的类型连接器的类型按插针端面分类按插针端面分类Fiber Communications SDU-WH 201020多芯光纤连接器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。Fiber Communications SDU-WH 201021Fiber Communications SDU-WH 2010224.1.2 光纤连接器特性光纤连接器特性评价连接器的主要指标:插插入入损损耗耗、回回波波损耗损耗、重复性重复性和和互换性互换性。1.插入损耗插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数，表达式为：Ac-10lgP1/P0(dB)式中：Ac为连接器插入损耗；P0为输入端的光功率；P1为输出端的光功率。Fiber Communications SDU-WH 2010232.回波损耗回波损耗回波损耗又称为后向反射损耗。它是指光纤连接处，后向反射光对输入光的比率的分贝数，表达式为：Ar-10lgPR/P0 (dB)式中：Ar表示回波损耗；P0表示输入光功率；PR表示后向反射光功率。Fiber Communications SDU-WH 2010243.重复性和互换性重复性和互换性重复性是指光纤活动连接器多次插拔后插入损耗的变化，用dB表示。互换性是指连接器各部件互换时插入损耗的变化，也用dB表示。Fiber Communications SDU-WH 2010254.2 光纤耦合器光纤耦合器光耦合器是将光信号进行分路或合路、插入、分配的一种器件。多种不同分类方法：功率、端口、模式等4.2.1 光纤耦合器的结构与原理光纤耦合器的结构与原理制作光耦合器可以有多种方法，大致可分为分立光学元件组合型、全光纤型、平面波导型等。典型制作方法：光纤熔融拉锥法光纤熔融拉锥法 附加损耗低、方向性好、环境稳定性好、控制方法简单、制作成本低廉，可批量生产等优点Fiber Communications SDU-WH 201026 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。熔融拉锥法熔融拉锥法熔融拉锥型单模光纤耦合器熔融拉锥型多模光纤耦合器Fiber Communications SDU-WH 2010274.2.2 光纤耦合器的特性光纤耦合器的特性1.插入损耗插入损耗insertion loss定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值。其中：ILi是第i个输出端口的插入损耗；Pouti是第i个输出端口测到的光功率值；Pin是输入端的光功率值。Fiber Communications SDU-WH 2010282.附加损耗附加损耗附加损耗(Excess Loss，EL)定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值式中：Pouti为第i个输出口的输出功率；Pin为输入光功率。Fiber Communications SDU-WH 2010293.分光比分光比分光比(Coupling Ratio，CR)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例如对于标准X形耦合器，11或5050代表了同样的分光比，即输出为均分的器件。Fiber Communications SDU-WH 2010304.方向性方向性方向性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式中：Pin1代表总注入光功率；Pin2代表输入端非注入光端口的输出光功率。Fiber Communications SDU-WH 2010315.均匀性均匀性均匀性就是衡量均分器件的“不均匀程度”的参数。它定义为在器件的工作带宽范围内，各输出端口输出功率的最大变化量。其数学表达式为式中：MIN(Pout)为最小输出光功率；MAX(Pout)为最大输出光功率。Fiber Communications SDU-WH 2010326.偏振相关损耗偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss，PDL)衡量器件性能对于传输光信号的偏振态的敏感程度的参量。它是指当传输光信号的偏振态发生360变化时，器件各输出端口输出光功率的最大变化量：在实际应用中，光信号偏振态的变化是经常发生的，因此，为了不影响器件的使用效果往往要求器件有足够小的偏振相关损耗。Fiber Communications SDU-WH 2010337.隔离度隔离度隔离度是指某一光路对其他光路中的信号的隔离能力。隔离度高，也就意味着线路之间的“串话”小。其数学表达式为 Pt是某一光路输出端测到的其他光路信号的功率值；Pin是被检测光信号的输入功率值。Fiber Communications SDU-WH 2010344.3 波分复用波分复用/解复用器解复用器4.3.1 波分复用/解复用器的原理与分类n1.光栅型衍射光栅型波分复用器件是近年发展起来的。衍射光栅是利用硅衬底单晶各向异性腐蚀制作的光栅，与棱镜分光相比具有更大优势，常用来制作波分复用器的主要分光元件。共同要求：复复用用信信道道数数量量足足够够多多、插插入入损损耗耗小小、串串音音衰衰减大、通带范围宽减大、通带范围宽不不同同：解解复复用用：输输出出光光纤纤连连光光检检测测器器，纤纤芯芯和和数数值值孔孔径径可大些可大些 复复用用器器：输输出出光光纤纤为为传传输输光光纤纤，不不能能任任意意加加大大纤纤芯和数值孔径，芯和数值孔径，Fiber Communications SDU-WH 201035光栅型解复用器机理光栅型解复用器机理1.入射光准直照射在光栅上，被光栅的周期性槽沟衍射2.各槽沟的同波长光干涉叠加形成最大/最小强度变化的干涉条纹3.主最大强度方向 取k=1,得到因此各波长在一个确定的角度上有其主最大Fiber Communications SDU-WH 201036衍射光栅复用器在Si衬底上沉积环氧树脂后制造成光栅。多波长信号经光纤输入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上，反射光栅将各波长分开，然后经透镜将各个波长的光聚焦在各自的光纤。采用渐变折采用渐变折射率透镜，射率透镜，简化了装置简化了装置的校准。的校准。采用普通透采用普通透镜的镜的WDMFiber Communications SDU-WH 201037光栅复用器的特点光栅复用器的特点波长通道数大（波长通道数大（132Ch）通道间隔小（商用通道间隔小（商用0.4nm)插损不随通道数增加插损不随通道数增加(67dB)温度敏感温度敏感(0.01nm/OC)，需温度补偿，需温度补偿(温控、材料温控、材料补偿）补偿）高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损）插损）Fiber Communications SDU-WH 2010382.波导阵列光栅型波导阵列光栅型由输入、输出波导、空间耦合器和波导阵列光栅构成。Fiber Communications SDU-WH 201039阵列波导光栅阵列波导光栅AWGArray-Waveguide-Grating规则排列的波导，相规则排列的波导，相邻波导的长度相差固邻波导的长度相差固定值定值 L，因而产生的，因而产生的相位差随波长而变。相位差随波长而变。Fiber Communications SDU-WH 201040AWG的工作原理的工作原理 设设AWGAWG的的输输入入端端口口数数和和输输出出端端口口数数均均为为n n，输输入入耦耦合合器器为为nmnm形形式式，输输出出耦耦合合器器为为mnmn形形式式，输输入入和和输输出出耦耦合合器器之之间间由由m m个个波波导导连连接接，每每相相邻邻波波导导的的长长度度差差均均为为LL。输输入入耦耦合合器器将将某某个个输输入入端端口口的的输输入入信信号号分分成成m m部部分分，它它们们之之间间的的相相位位差差由由从从输输入入波波导导到到阵阵列列波波导导在在输输入入耦耦合合器器中中传传输输的的距距离离来来决决定定。在在输输入入波波导导i i的的光光信信号号的的波波长长中中，满满足足2k2k的的整整数数倍倍的的波波长将在输出波导输出。长将在输出波导输出。通通过过适适当当设设计计，可可以以做做成成1n1n波波分分解解复复用用器器和和n1n1波波分分复复用器。用器。Fiber Communications SDU-WH 201041 AWG特点：特点：信道间隔（信道间隔（1.6 0.8 0.4nm）端口（端口（1 8 1 16 1 32 1 64)需要温控（需要温控（0.01nm/C0)插损不随通道数增加插损不随通道数增加(67dB)高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损）高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损）隔离度隔离度22dBPDL1dB 应用：应用：复用复用/解复用（解复用（16通道以上通道以上WDM系统中最具竞争力的器件）系统中最具竞争力的器件）AWG的特点及应用的特点及应用Fiber Communications SDU-WH 201042 应用应用2：波长路由器：波长路由器配合波长变换器可成为动态的波长路由选择器端口号 波长号Fiber Communications SDU-WH 2010434.3.2波分复用波分复用/解复用器的特性解复用器的特性n1.解复用器解复用器以光信号波长为函数的解复用器的主要光学特性有以下几点。(1)中心波长(或通带)1、2n+1(2)中心波长工作范围1、2(3)中心波长对应的最小插入损耗L1式中：P1代表波长为1的光束在输出端的光功率；P01分别代表波长为1的光束在输入端合路信号中的光功率。Fiber Communications SDU-WH 2010444.4.相邻信道之间串音耦合最大值相邻信道之间串音耦合最大值L12式中：P1代表波长为1的光束在输出端串扰到2的输出端口处的光功率，P2分别代表波长为2的光束在输出端口处的输出光功率。5偏振相关损耗偏振相关损耗偏振相关损耗是指光信号以不同的偏振状态输入时(如线偏振、圆偏振、椭圆偏振等)，对应输出端口插入损耗最大变化量。Fiber Communications SDU-WH 201045复用器复用器以光信号波长为函数的复用器的光学特性，可用于给定的输入端口。同解复用器同解复用器Fiber Communications SDU-WH 2010464.4 光光 开开 关关？光开关的价值？光开关的价值？光开关？光开关 vs 电开关电开关？光开关前景？光开关前景Fiber Communications SDU-WH 2010474.5 光纤光栅光纤光栅机机理理：利利用用光光纤纤的的光光敏敏效效应应，使使得得纤纤芯芯内内形成空间相位光栅形成空间相位光栅 1978年，K.O.Hill等人首先发现掺锗(Ge)光纤的折射率能够在某些波长的光照射下发生周期性的永久性改变，人们很快意识到可以利用这种特性在光纤中制作光纤光栅，这成为光纤光栅研究的起点。1989年，G.Meltz等人首次采用全息干涉法，制出第一支布拉格谐振波长位于通信波段的光纤光栅，从此推动了光纤光栅的巨大发展。目前光纤光栅在光纤通信和光纤传感领域内均引起了革命性的变化。凭其诸多优点，使许多复杂的全光通信和传感网络成为可能，也就越发显示出它在信息领域的重要地位。Fiber Communications SDU-WH 2010483.光纤光栅光纤光栅*(从从4.3.1移下节）移下节）光纤光栅（通常指布布拉拉格格光光栅栅）是利用光纤制造中的缺陷，用紫外光照射，使得光纤纤芯折射率分布呈周期性变化，利用光纤光栅滤波作用，在满足布拉格光栅条件的波长上全反射，而其余波长通过；是一种全光纤陷波滤波器芯层芯层芯层芯层包层包层包层包层 包层折射率包层折射率包层折射率包层折射率 n n2 2芯层折射率芯层折射率芯层折射率芯层折射率 n n1 1感光折射率感光折射率感光折射率感光折射率 n n 1 1 2 2 nnFiber Communications SDU-WH 201049(1)干涉法干涉法是利用双光束干涉原理，将一束紫外光分成两束平行光，并在光纤外形成干涉场，调节两干涉臂长，使得形成的干涉条纹周期满足制作光纤光栅的要求。(2)相位掩膜板法相位掩膜板法，是利用预先制作的膜板，当紫外光通过相位板时产生干涉，从而在光纤圆柱面形成干涉场，将光栅写入光纤。制作方法制作方法Fiber Communications SDU-WH 2010芯层芯层包层包层+1+1级级-1-1级级紫外掩模写入法相位掩模板相位掩模板Fiber Communications SDU-WH 201051光纤光栅的光学特性光纤光栅的光学特性 光纤光栅是一种参数周期性变化的波导，其纵向折射率的变化将引起不光纤光栅是一种参数周期性变化的波导，其纵向折射率的变化将引起不同光波模式之间的耦合，并且可以通过将一个光纤模式的功率部分或完同光波模式之间的耦合，并且可以通过将一个光纤模式的功率部分或完全地转移到另一个光纤模式中去来改变入射光的频谱。在一根单模光纤全地转移到另一个光纤模式中去来改变入射光的频谱。在一根单模光纤中，纤芯中的入射基模既可被耦合到反向传输模也可被耦合到前向包层中，纤芯中的入射基模既可被耦合到反向传输模也可被耦合到前向包层模中，这依赖于由光栅及不同传输常数决定的相位条件，即模中，这依赖于由光栅及不同传输常数决定的相位条件，即 若要将正向传播导波模式耦合到反向传播导波模式，从前面给的相位匹若要将正向传播导波模式耦合到反向传播导波模式，从前面给的相位匹配条件可得：配条件可得：Fiber Communications SDU-WH 201052K值较大，则值较大，则 很小很小(),这种光栅为这种光栅为Bragg光栅光栅(FBG)。它的基本特性就是一个反射式光学滤波器，反射峰。它的基本特性就是一个反射式光学滤波器，反射峰值波长称为值波长称为Bragg波长，满足：波长，满足：众所周知，反射镜在任一光学系统中都占有重要地位，那麽光众所周知，反射镜在任一光学系统中都占有重要地位，那麽光纤光栅就相当于一个直接刻画在光纤内部的可精确控制反射率纤光栅就相当于一个直接刻画在光纤内部的可精确控制反射率和反射波长的反射镜，它的出现已极大地促进了光纤通信和光和反射波长的反射镜，它的出现已极大地促进了光纤通信和光纤传感的发展。纤传感的发展。Fiber Communications SDU-WH 2010 图图7.16 基于光纤光栅结构的光分插复用器基于光纤光栅结构的光分插复用器 (a)简单光分；简单光分；(b)光分插光分插Fiber Communications SDU-WH 201054光纤光栅在光纤通信领域的应用光纤光栅在光纤通信领域的应用基于光纤光栅的独特性能，它的应用已经渗透到光纤通信的各个环基于光纤光栅的独特性能，它的应用已经渗透到光纤通信的各个环节，成为下一代高速光纤通信系统中不可缺少的关键器件之一，使节，成为下一代高速光纤通信系统中不可缺少的关键器件之一，使全光通信网的实现成为可能，光纤光栅在光纤通信领域中的应用主全光通信网的实现成为可能，光纤光栅在光纤通信领域中的应用主要有要有:(1)光纤激光器光纤激光器光纤光栅的窄带反射特性和全兼容于光纤的优点使其特光纤光栅的窄带反射特性和全兼容于光纤的优点使其特别适合于制作光纤激光器。利用别适合于制作光纤激光器。利用光纤光栅作为光纤激光光纤光栅作为光纤激光器的腔镜器的腔镜，可以实现模式选择和窄带反馈的单频激光器。，可以实现模式选择和窄带反馈的单频激光器。这类激光器的兼容性、输出稳定性和光谱纯度比半导体这类激光器的兼容性、输出稳定性和光谱纯度比半导体激光器好，而且具有较高的光输出功率、较低的相对强激光器好，而且具有较高的光输出功率、较低的相对强度噪声、极窄的线宽和较宽的调谐范围度噪声、极窄的线宽和较宽的调谐范围.在光纤激光器中，在光纤激光器中，利用取样光纤光栅作为反馈谐振腔可以实现多波长输出，利用取样光纤光栅作为反馈谐振腔可以实现多波长输出，这种多波长激光器是密集波分复用系统中理想的标准通这种多波长激光器是密集波分复用系统中理想的标准通道光源。道光源。Fiber Communications SDU-WH 201055光纤光栅在光纤通信领域的应用光纤光栅在光纤通信领域的应用(2)光纤滤波器光纤滤波器光纤滤波器是光纤通信系统中的关键器件。均匀光纤布光纤滤波器是光纤通信系统中的关键器件。均匀光纤布喇格光栅实质上是一个波长选择器，反射率几乎可达喇格光栅实质上是一个波长选择器，反射率几乎可达100%，用光纤布喇格光栅做滤波器，可以对光纤透射频，用光纤布喇格光栅做滤波器，可以对光纤透射频谱中的任一波长进行窄带滤出，利用布喇格光纤光栅的谱中的任一波长进行窄带滤出，利用布喇格光纤光栅的光谱特性可以构成窄带带阻、宽带带阻、宽带带通等不光谱特性可以构成窄带带阻、宽带带阻、宽带带通等不同滤波器同滤波器;由于光纤光栅的谐振波长对外界环境比较敏感，因此可由于光纤光栅的谐振波长对外界环境比较敏感，因此可作出多种可调谐滤波器，常用的调谐技术包括轴向拉伸、作出多种可调谐滤波器，常用的调谐技术包括轴向拉伸、轴向压缩、弯曲、扭曲、横向负载、温度调谐和磁调谐轴向压缩、弯曲、扭曲、横向负载、温度调谐和磁调谐等等.而相移光纤光栅在光栅反射谱的相应位置打开一个透射而相移光纤光栅在光栅反射谱的相应位置打开一个透射窗口，可用作窄带带通滤波器。窗口，可用作窄带带通滤波器。此外，取样光栅是梳状滤波器，此外，取样光栅是梳状滤波器，啁啾啁啾光纤光栅可做成宽光纤光栅可做成宽带滤波器。带滤波器。Fiber Communications SDU-WH 201056啁啾光纤光栅啁啾光纤光栅 Chirped Fiber Bragg GratingsChirped Bragg gratingllonglshort啁啾光纤光栅是指光纤的折射率调制幅度不变，而周期沿光栅轴线变化的啁啾光纤光栅是指光纤的折射率调制幅度不变，而周期沿光栅轴线变化的光栅。光栅。制作方法：制作方法：在光纤上刻出一系列不等间距的光栅，光栅上每一点都可以看在光纤上刻出一系列不等间距的光栅，光栅上每一点都可以看成是一个布拉格光栅的通带和阻带滤波器。成是一个布拉格光栅的通带和阻带滤波器。Fiber Communications SDU-WH 2010(3)用啁啾光纤光栅进行色散补偿用啁啾光纤光栅进行色散补偿在光纤或光波导上刻上光栅可以控制光在其中的反射，从而实现光信号的延时。经光纤传输以后的入射光中的长波长分量（低频）位于脉冲后沿，使其在光栅的起始端就反射，而短波长分量位于脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被反射，于是就补偿了色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原。Chirped Bragg gratingllonglshortFiber Communications SDU-WH 201058(4)光分插复用器光分插复用器(OADM)采用光分插复用器采用光分插复用器(OADM,Optical Add/Drop Multiplexer)对光信对光信号进行上下话路复用是实现高速光纤通信网的关键技术之一。号进行上下话路复用是实现高速光纤通信网的关键技术之一。OADM的结构多种多样，由于具有良好的波长选择性，许多的结构多种多样，由于具有良好的波长选择性，许多OADM 中都用到了光纤光栅。它由两个三端口的环行器和一个窄带布喇格中都用到了光纤光栅。它由两个三端口的环行器和一个窄带布喇格光纤光栅构成。包含多个波长的光信号从输入端口光纤光栅构成。包含多个波长的光信号从输入端口(input)输入，经输入，经光环形器入射至光纤光栅，其中波长与布喇格光纤光栅的中心波长光环形器入射至光纤光栅，其中波长与布喇格光纤光栅的中心波长一致的光信号将被光纤光栅反射，并经光环形器的下载端口一致的光信号将被光纤光栅反射，并经光环形器的下载端口(Drop)下载，其余波长的信号通过光纤布喇格光栅从环行器的输出端口输下载，其余波长的信号通过光纤布喇格光栅从环行器的输出端口输出出;需要上载的信号通过第二个环行器的上载需要上载的信号通过第二个环行器的上载(ADD)端口注入，经光端口注入，经光栅反射也从环行器的输出端口输出。这种栅反射也从环行器的输出端口输出。这种OADM的优点是结构简单、的优点是结构简单、插入损耗小且具有较高的选择性。插入损耗小且具有较高的选择性。Fiber Communications SDU-WH 201059*光纤光栅在光纤传感领域的应用光纤光栅在光纤传感领域的应用*当光纤光栅所处环境的应力、应变、温度等物理量发生变化时，会引起当光纤光栅所处环境的应力、应变、温度等物理量发生变化时，会引起光栅周期或光纤有效折射率的变化，导致光纤布喇格光栅的谐振波长发光栅周期或光纤有效折射率的变化，导致光纤布喇格光栅的谐振波长发生变化，通过测量光栅谐振波长的变化，就能获得待测物理量的变化情生变化，通过测量光栅谐振波长的变化，就能获得待测物理量的变化情况。况。光纤光栅传感器灵敏度高、抗干扰性强、损耗低、易与光纤连接，其最光纤光栅传感器灵敏度高、抗干扰性强、损耗低、易与光纤连接，其最突出的优点是传感的信息用波长编码，从而克服了强度调制传感器必须突出的优点是传感的信息用波长编码，从而克服了强度调制传感器必须补偿光纤连接器和祸合器损耗以及光源输出功率起伏的不足。补偿光纤连接器和祸合器损耗以及光源输出功率起伏的不足。在光纤若干个部位写入多个光纤光栅，就可以同时测定若干部位相应物在光纤若干个部位写入多个光纤光栅，就可以同时测定若干部位相应物理量及其变化，实现分布式光纤传感。利用一个或多个光纤光栅级联或理量及其变化，实现分布式光纤传感。利用一个或多个光纤光栅级联或与其它传感器相结合，通过测量谐振波长、峰值、偏振态或其它参量的与其它传感器相结合，通过测量谐振波长、峰值、偏振态或其它参量的变化可以解决交叉敏感，实现对多参数的同时测量。变化可以解决交叉敏感，实现对多参数的同时测量。目前，研发的光纤光栅传感器的传感元件以光纤布喇格光栅为主流，其目前，研发的光纤光栅传感器的传感元件以光纤布喇格光栅为主流，其它光纤光栅如长周期光纤光栅和惆啾光纤光栅也有使用。已报道的光纤它光纤光栅如长周期光纤光栅和惆啾光纤光栅也有使用。已报道的光纤光栅传感器可以检测的物理量有光栅传感器可以检测的物理量有:温度、应变、压力、位移、压强、扭温度、应变、压力、位移、压强、扭角、扭矩角、扭矩(扭应力扭应力)、加速度、电流、电压、磁场、频率、浓度、热膨胀、加速度、电流、电压、磁场、频率、浓度、热膨胀系数、振动等。光纤光栅传感器的应用遍及航空、航天、化学医药、材系数、振动等。光纤光栅传感器的应用遍及航空、航天、化学医药、材料工业、水利电力、船舶、煤矿、民用工程等各个领域料工业、水利电力、船舶、煤矿、民用工程等各个领域，Fiber Communications SDU-WH 201060 桥跨布置：桥跨布置：63m+257m+648m+257m+63m63m+257m+648m+257m+63m 2003 200320042004年年 布设了布设了397397个光纤光栅应变和温度传感器（温度测量个光纤光栅应变和温度传感器（温度测量225225，吊杆，吊杆1414，主墩护筒主墩护筒8787，试验桩，试验桩1111，基桩钢筋笼，基桩钢筋笼6060）南京长江第三大桥南京长江第三大桥Fiber Communications SDU-WH 201061光隔离器光环形器4.6 光隔离器与环形器光隔离器与环形器 Fiber Communications SDU-WH 201062用途用途只允许光波往一个方向传播，阻止光波往其他方向特别是反方向传输的。主要用在激光器或光放大器的后面，以消除反射光的影响，使系统工作稳定。主要参数要求主要参数要求插入损耗小（典型值约为0.5 dB）隔离度大（典型值约在4050dB之间）PDL小（0.2 dB）组成原理组成原理一般由起偏器、检偏器和旋光器组成。光隔离器概述光隔离器概述Fiber Communications SDU-WH 201063起偏器使入射光德垂直偏振分量通过，调整法拉第旋转器（起偏器使入射光德垂直偏振分量通过，调整法拉第旋转器（YIG）的）的磁场强度，使偏振面旋转磁场强度，使偏振面旋转45，然后通过检偏器。反射光返回时，通，然后通过检偏器。反射光返回时，通过法拉第旋转器又一次旋转过法拉第旋转器又一次旋转45，正好与入射光偏振面正交，因此受，正好与入射光偏振面正交，因此受到隔离。到隔离。光隔离器工作原理光隔离器工作原理Fiber Communications SDU-WH 201064光环形器光环形器基本原理：与光隔离器相似基本原理：与光隔离器相似光传送顺序：光传送顺序：1 12 2 3 3 4 4 主要指标：主要指标：插入损耗、隔离度、插入损耗、隔离度、PDLPDL、回波损耗、方、回波损耗、方向性等向性等（与光隔离器基本相同）（与光隔离器基本相同）Fiber Communications SDU-WH 201065光环形器（隔离器）工作原理光环形器（隔离器）工作原理起偏器、检偏器、旋光器Fiber Communications SDU-WH 201066第四章 小结 本章主要内容：常用的无源器件，光纤连接器结构、种类、参数光纤连接器结构、种类、参数 光耦合器光耦合器 光波分复用器光波分复用器 光开关光开关*光纤光栅光纤光栅 光隔离光隔离环行器环行器