光纖無(wú)源器件包括哪一些？
2023/9/14 來(lái)源：東莞市懿展精密五金制品有限公司
在光纖通信系統(tǒng)中，常用到許多光纖通信器件。根據(jù)是否需要進(jìn)行光電能量轉(zhuǎn)換分類，光纖通信器件分為有源光器件和無(wú)源光器件。無(wú)源光器件工作時(shí)不需要外加電源，分為連接用器件和功能性器件。光纖連接器屬于連接用無(wú)源器件，在前面的任務(wù)中已經(jīng)介紹過(guò)了。光衰減器、光耦合器、波分復(fù)用器、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、光開關(guān)、光濾波器等屬于功能性無(wú)源器件。
1.光衰減器
光衰減器是用來(lái)穩(wěn)定地、準(zhǔn)確地減少光信號(hào)功率的無(wú)源光器件，主要用于調(diào)節(jié)光纜線路的損耗、測(cè)量光端機(jī)的靈敏度、校準(zhǔn)光功率計(jì)等場(chǎng)合。當(dāng)光纖傳輸線路上的光信號(hào)過(guò)強(qiáng)時(shí)，會(huì)對(duì)光接收機(jī)造成損壞，這時(shí)需要使用光衰減器對(duì)光功率進(jìn)行一定程度的損耗。
根據(jù)光衰減器的工作原理，可將光衰減器分為位移型光衰減器、直接鍍膜型光衰減器、損耗片型光衰減器和液晶型光衰減器。根據(jù)損耗器的損耗量是否可調(diào)，可將光衰減器分為固定光衰減器和可調(diào)光衰減器兩種。
（1）固定光衰減器
固定光衰減器造成的光功率損耗值是固定不變的，具體規(guī)格有3dB、5dB、10dB、15dB、20dB、30dB、40dB等標(biāo)準(zhǔn)的損耗量，如圖所示。
圖 固定光衰減器
（2）可調(diào)光衰減器
可調(diào)光衰減器造成的光功率損耗值在一定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，如圖所示�？烧{(diào)光衰減器又可分為分級(jí)可調(diào)式和連續(xù)可調(diào)式兩種。
圖 可調(diào)光衰減器
對(duì)光衰減器性能的要求是：插入損耗低，回波損耗高，分辨率線性度和重復(fù)性好，損耗量可調(diào)范圍大，損耗精度高，器件體積小，重量輕，環(huán)境穩(wěn)定性能好。其中，分辨率線性度取決于損耗元件的特性和所采用的讀數(shù)顯示方式及機(jī)械調(diào)整結(jié)構(gòu)；重復(fù)性也取決于所采用的讀數(shù)顯示方式及機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)。
2.光耦合器
光耦合器是對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分路、合路或分配的無(wú)源光器件，它依靠光波導(dǎo)間電磁場(chǎng)的相互耦合來(lái)工作。光耦合器可以把一路光信號(hào)分配成多路，即分路器，也稱分光器。反過(guò)來(lái)，它也可以把多路光信號(hào)合成一路光信號(hào)，即合路器，也稱合光器，如圖所示。
圖光耦合器
光耦合器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分路或合路后光信號(hào)功率有所變化。1∶2N（N為正整數(shù)）的分光器平均分配出來(lái)的光信號(hào)功率相比于輸入光功率而言，下降3×NdB。
從端口形式上劃分，光耦合器包括X形（2×2）耦合器、Y形（1×2）耦合器、樹形耦合器以及星形（N×N，N>2）耦合器等，如圖所示。
圖 光耦合器的類型
耦合器的主要特性指標(biāo)為插入損耗和隔離度。插入損耗為指定輸出端口的光功率相對(duì)全部輸入光功率的減小值，該值越小越好。隔離度指光耦合器的某一光路輸出端口所測(cè)到的其他光路信號(hào)（不想要）的光功率與注入光功率的比值，該值越小隔離度越好，說(shuō)明各輸出口之間的“串話”越小。
3.波分復(fù)用器
波分復(fù)用（簡(jiǎn)稱WDM）技術(shù)是將一系列載有信息但波長(zhǎng)不同的光信號(hào)合成一束，沿著單根光纖傳輸；在接收端再將各個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分開的通信技術(shù)。這種技術(shù)可以同時(shí)在一根光纖上傳輸多路信號(hào)，每一路信號(hào)都由某種特定波長(zhǎng)的光來(lái)傳送。
波分復(fù)用系統(tǒng)最核心的器件是波分復(fù)用器，即合波器（也稱光復(fù)用器）和分波器（也稱光解復(fù)用器），如圖所示。
圖 波分復(fù)用器
合波器和分波器分別置于光纖兩端，實(shí)現(xiàn)不同光波的耦合與分離。合波器在波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)送端，將多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合在一起，并注入一根光纖中傳輸。合波器在波分復(fù)用系統(tǒng)的接收端，將一根光纖上組合在一起的光信號(hào)分離，送入不同的接收終端。合波器和分波器在原理上是相同的，只要改變輸入、輸出的方向。光波分復(fù)用器的主要類型有熔融拉錐型、介質(zhì)膜型、光柵型和平面型四種。
波分復(fù)用器的主要特性指標(biāo)除了插入損耗和隔離度以外，還有中心波長(zhǎng)、中心波長(zhǎng)工作范圍等。
4.光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器
光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的功能是使光信號(hào)從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)波長(zhǎng)的器件。根據(jù)波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換機(jī)理，光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器分為光電型光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和全光型光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器在光交叉互連、光網(wǎng)絡(luò)管理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
（1）光電型光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器
光電型光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器是將波長(zhǎng)為λ1的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形后，調(diào)制所需波長(zhǎng)λ2的半導(dǎo)體激光器（簡(jiǎn)稱LD），輸出波長(zhǎng)為λ2的光信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，如圖所示。光電型光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器技術(shù)比較成熟，容易實(shí)現(xiàn)，工作穩(wěn)定。其缺點(diǎn)是裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本隨速率和元件數(shù)增加，功耗大，使得它在多波長(zhǎng)通道系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制。
圖 光電型光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器
（2）全光型光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器
全光型光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器不需要將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)處理，而是直接將光信號(hào)從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)波長(zhǎng)，在光域直接實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。它將波長(zhǎng)為λ1的光信號(hào)與需要轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為λ2的連續(xù)探測(cè)光信號(hào)同時(shí)耦合進(jìn)半導(dǎo)體放大器（簡(jiǎn)稱SOA）。當(dāng)輸入光信號(hào)為高電平時(shí)，使SOA增益發(fā)生飽和，從而使連續(xù)的探測(cè)光受到調(diào)制，結(jié)果使得輸入光信號(hào)所攜帶的信息轉(zhuǎn)換到λ2上，通過(guò)濾波器取出λ2光信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)λ1到λ2的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，如圖所示。全光型光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器克服了光電型光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器速率的瓶頸，工作速率高。其缺點(diǎn)是長(zhǎng)波長(zhǎng)和短波長(zhǎng)變換時(shí)不對(duì)稱，消光比較低。
圖 全光型光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器
5.光隔離器和光環(huán)行器
光隔離器的作用是保證光波只能正向傳輸，避免光纜線路中由于各種因素而產(chǎn)生的反射光返回進(jìn)入激光器，而影響激光器的工作穩(wěn)定性，如圖1-29所示。光信號(hào)從光隔離器的輸入端進(jìn)入時(shí)，可以暢通無(wú)阻地通過(guò)，從隔離器的輸出端輸出，損耗很��；而光信號(hào)從相反方向進(jìn)入隔離器，損耗非常大，光信號(hào)被損耗，在光纖輸入端沒(méi)有光信號(hào)輸出。光隔離器可分為偏振相關(guān)和偏振無(wú)關(guān)兩種，主要用在激光器的后面和光放大器兩端。
圖 光隔離器
光環(huán)行器有多個(gè)端口，其工作原理與隔離器類似，主要用于光分插復(fù)用器中。典型的環(huán)行器一般有三個(gè)或四個(gè)端口，如圖所示。
圖 三端口光環(huán)行器原理和外形
（六）光開關(guān)
光開關(guān)是控制光纖傳輸通路中光信號(hào)通、斷，或進(jìn)行光路切換的無(wú)源器件。光開關(guān)外形如圖1-31所示，在系統(tǒng)保護(hù)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及光交換技術(shù)中廣泛應(yīng)用。光開關(guān)有微電機(jī)械關(guān)開關(guān)（MEMS）、電光開關(guān)、熱光開關(guān)和SOA光開關(guān)等類型。
（七）光纖光柵
光纖光柵是在光纖的纖芯部分因折射率周期性發(fā)生變化而形成的。光纖光柵利用向光纖纖芯照射紫外線時(shí)折射率上升的現(xiàn)象制作而成。向光纖光柵內(nèi)射入光時(shí)，只有符合折射率周期變化的波長(zhǎng)光會(huì)受到影響（反射或向光纖外發(fā)射），如圖所示。根據(jù)這一特性，可以使光纖本身具有濾波功能。
圖 光開關(guān)
圖 光纖光柵工作原理
光纖光柵具有高波長(zhǎng)選擇性能、易與光纖耦合、插入損耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的關(guān)注，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展到諸如光纖激光器、WDM合/分波器、超高速系統(tǒng)中的色散補(bǔ)償器、EDFA增益均衡器等光纖通信及溫度、應(yīng)變傳感等領(lǐng)域中。
