1、 在光纖通信系統中，光器件可分為有源光器件和在光纖通信系統中，光器件可分為有源光器件和無源光器件兩類，其中有源光器件包括前章介紹無源光器件兩類，其中有源光器件包括前章介紹的光源器件，還有本章要介紹的光電檢測器等器的光源器件，還有本章要介紹的光電檢測器等器件。件。 光電檢測器，是將入射光轉化為電流或電壓，是光電檢測器，是將入射光轉化為電流或電壓，是以光子一電子的量子轉換形式完成光的檢測目的，以光子一電子的量子轉換形式完成光的檢測目的，如光電二極管（如光電二極管（PIN）和雪崩光電二極管）和雪崩光電二極管（APD）。）。 由于光纖具有三個低損耗窗口，即由于光纖具有三個低損耗窗口，即850nm、13

2、10nm和和1550nm。相應的，用于。相應的，用于850nm 波長的稱為短波長光電檢測器，用于波長的稱為短波長光電檢測器，用于1310nm和和1550nm波長的則稱為長波長光電檢測器。波長的則稱為長波長光電檢測器。 返回返回下一頁下一頁 1. 光電檢測器作用及要求光電檢測器作用及要求 （1）作用）作用 在光纖通信系統中，光電檢測器的作用是；將光纖輸出的光在光纖通信系統中，光電檢測器的作用是；將光纖輸出的光信號變換為電信號，其性能的好壞將對光接收機的靈敏度產信號變換為電信號，其性能的好壞將對光接收機的靈敏度產生重要影響。生重要影響。 （2）對光電檢測器的基本要求）對光電檢測器的基本要求 由于從

3、光纖中傳過來的光信號一般是非常微弱的，因此對光由于從光纖中傳過來的光信號一般是非常微弱的，因此對光電檢測器提出非常高的要求。對光檢測器的基本要求如下：電檢測器提出非常高的要求。對光檢測器的基本要求如下： 在系統的工作波長上具有足夠高的響應度，具有足夠快的響在系統的工作波長上具有足夠高的響應度，具有足夠快的響應速度，能夠適用于高速或寬帶系統；應速度，能夠適用于高速或寬帶系統； 具有盡可能低的噪聲，以降低器件本身對信號的影響；具有盡可能低的噪聲，以降低器件本身對信號的影響； 具有良好的線性關系，以保證信號轉換過程中的不失真；具有良好的線性關系，以保證信號轉換過程中的不失真； 具有較小的體積、較長的

4、工作壽命；具有較小的體積、較長的工作壽命； 工作電壓盡量低，使用簡便。工作電壓盡量低，使用簡便。 返回返回下一頁下一頁 2. 半導體半導體PN結的光電效應結的光電效應 如圖如圖4-1所示所示，是一個未加電壓的半導體，是一個未加電壓的半導體PN結。結。在半導體材料的在半導體材料的PN結區，發生載流子相互擴散結區，發生載流子相互擴散的運動，即的運動，即P型半導體中的空穴遠比型半導體中的空穴遠比N型半導體型半導體的多，空穴將從的多，空穴將從P區擴散到區擴散到N區；同樣區；同樣N型半導型半導體中的電子遠比體中的電子遠比P型半導體的多，也要擴散到型半導體的多，也要擴散到P區。這種擴散運動的結果是在區。這

5、種擴散運動的結果是在PN結內形成了一結內形成了一個內電場，在內電場的作用下，使電子和空穴產個內電場，在內電場的作用下，使電子和空穴產生了與擴散運動方向相反的漂移運動。當擴散與生了與擴散運動方向相反的漂移運動。當擴散與漂移達到動態平衡時，便在漂移達到動態平衡時，便在PN結中形成了一個結中形成了一個空間電荷區，即耗盡層?？臻g電荷區，即耗盡層。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-1 光電效應光電效應 圖圖4-1 光電效應光電效應 如果如果PN結接收到相當能量的光照射，進入耗盡層的結接收到相當能量的光照射，進入耗盡層的光子就會產生電子光子就會產生電子-空穴對，在內電場的加速下，空空穴對，在

6、內電場的加速下，空穴向穴向P區漂移，電子則向區漂移，電子則向N區漂移。很顯然，光照的區漂移。很顯然，光照的結果打破了原有結區的平衡狀態。這種光生載流子結果打破了原有結區的平衡狀態。這種光生載流子的運動，在一定條件下，就會產生光電流。這就是的運動，在一定條件下，就會產生光電流。這就是半導體半導體PN的光電效應。的光電效應。 當入射光子能量小于禁帶寬度時，不論入射光有多當入射光子能量小于禁帶寬度時，不論入射光有多強，光電效應也不會發生，因此產生光電效應的條強，光電效應也不會發生，因此產生光電效應的條件是件是 （4-1）返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁ghfE 3. 光電二極管（光電二極管（PIN）

7、 （1）PIN的結構及其原理的結構及其原理 PIN的結構。的結構。PIN的結構的結構如圖如圖4-2所示所示，是在摻雜，是在摻雜濃度很高的濃度很高的P型、型、N型半導體之間，加一層輕摻雜型半導體之間，加一層輕摻雜的的N型材料，稱為型材料，稱為I層（本征層）。層（本征層）。I層很厚，入射層很厚，入射光很容易進入材料內部被充分吸收而產生大量電子光很容易進入材料內部被充分吸收而產生大量電子-空穴對，因而大幅度提高了光電轉換效率。兩側的空穴對，因而大幅度提高了光電轉換效率。兩側的P和和N型半導體很薄，吸收入射光的比例很小，型半導體很薄，吸收入射光的比例很小，I層層幾乎占據整個耗盡層，因而光生電流中漂移分

8、量占幾乎占據整個耗盡層，因而光生電流中漂移分量占支配地位，從而大大提高了響應速度。另外，可通支配地位，從而大大提高了響應速度。另外，可通過控制耗盡層的寬度，來改變器件的響應速度。過控制耗盡層的寬度，來改變器件的響應速度。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-2 PIN結構結構 圖圖4-2 PIN結構結構圖圖4-2 PIN結構結構 PIN的工作原理。當的工作原理。當PN結加上反向電壓后（結加上反向電壓后（如圖如圖4-3所示所示），入射光主要在耗盡區被吸收，在耗盡區產），入射光主要在耗盡區被吸收，在耗盡區產生光生載流子生光生載流子(電子電子-空穴對空穴對)。在耗盡區電場作用。在耗盡區電場

9、作用下，電子向下，電子向N區漂移，空穴向區漂移，空穴向P區漂移，產生光生電區漂移，產生光生電動勢。在遠離動勢。在遠離PN結的地方，因沒有電場的作用，電結的地方，因沒有電場的作用，電子空穴作擴散運動，產生擴散電流。因子空穴作擴散運動，產生擴散電流。因I層寬，又加層寬，又加了反偏壓，空間電荷區（耗盡層）加寬，絕大多數了反偏壓，空間電荷區（耗盡層）加寬，絕大多數光生載流子在耗盡層內進行高效、高速漂移，產生光生載流子在耗盡層內進行高效、高速漂移，產生漂移電流。這個漂移電流遠遠大干擴散電流，所以漂移電流。這個漂移電流遠遠大干擴散電流，所以PIN光電二極管的靈敏度高。在回路的負載上出現光電二極管的靈敏度高

10、。在回路的負載上出現電流，就將光信號轉變為了電信號。電流，就將光信號轉變為了電信號。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁圖圖4-3 PIN的工作原理的工作原理 PIN存在的問題存在的問題 僅能將光信號轉化成電信號，但不能對電信號產生增益；僅能將光信號轉化成電信號，但不能對電信號產生增益； 轉換后的電流信號，很微弱，這種微弱信號，經放大器放大轉換后的電流信號，很微弱，這種微弱信號，經放大器放大后，淹沒在放大器自身產生的噪聲中，以致難以辨認。后，淹沒在放大器自身產生的噪聲中，以致難以辨認。 4. 雪崩光電二極管雪崩光電二極管(APD) （1）APD的結構的結構 對于光電二極管（對于光電二極管（PIN）

11、，其輸出電流），其輸出電流I和反向偏壓和反向偏壓U的關的關系，系，如圖如圖4-4所示所示。隨著反向偏壓的增加，光電流基本保持。隨著反向偏壓的增加，光電流基本保持不變。但當反向偏壓增加到一定數值時，光電流急劇增加，不變。但當反向偏壓增加到一定數值時，光電流急劇增加，最后器件被擊穿，這個電壓稱為擊穿電壓。最后器件被擊穿，這個電壓稱為擊穿電壓。APD就是根據這就是根據這種特性設計的器件，其結構如種特性設計的器件，其結構如圖圖4-5所示所示。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-4 輸出電流輸出電流I和反向偏壓和反向偏壓U的關系的關系 圖圖4-4 輸出電流輸出電流I和反向偏壓和反向偏壓U的關

12、系的關系拉通型（拉通型（RAPD）結構）結構 （2）APD工作原理工作原理 根據光電效應，雪崩光電二極管的光敏面上被光子根據光電效應，雪崩光電二極管的光敏面上被光子照射之后，光子被吸收而產生電子照射之后，光子被吸收而產生電子-空穴對。這些電空穴對。這些電子空穴對經過高速電場（可達子空穴對經過高速電場（可達200kV/cm）之后）之后被加速，初始電子被加速，初始電子(一次電子一次電子)在高電場區獲得足夠在高電場區獲得足夠能量而加速運動。高速運動的電子和晶體原子相碰能量而加速運動。高速運動的電子和晶體原子相碰撞，使晶體原子電離，產生新的電子撞，使晶體原子電離，產生新的電子-空穴對，這個空穴對，這個

13、過程稱為碰撞電離如此多次碰撞，產生連鎖反應，過程稱為碰撞電離如此多次碰撞，產生連鎖反應，使載流子數量迅速增加，反向電流迅速增大，形成使載流子數量迅速增加，反向電流迅速增大，形成雪崩倍增效果，所以這種器件就稱為雪崩光電二極雪崩倍增效果，所以這種器件就稱為雪崩光電二極管管(APD)，其原理，其原理如圖如圖4-6所示所示。 APD中電場強度隨位置變化，中電場強度隨位置變化，如圖如圖4-7所示所示。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-7 電場強度分布電場強度分布 圖圖4-7 電場強度分布電場強度分布返回返回4.2 光電檢測器光電檢測器 PINPIN的特性參的特性參數數量子效率量子效率是指單

14、位時間內輸出電子數與輸入光子數之比，即是指單位時間內輸出電子數與輸入光子數之比，即輸入的光子數輸出的電子數輸入的光子數空穴對數生成光電流的電子 上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回4.2 光電檢測器光電檢測器 上一頁上一頁 下一頁下一頁響應度響應度PINR-響應度被定義為單位光功率所產生的電流，即響應度被定義為單位光功率所產生的電流，即平均光功率電流PINR可推導出量子效率與響應度的關系，即可推導出量子效率與響應度的關系，即24.1chehfeRPIN上式表明，上式表明，響應度和量子效率響應度和量子效率與光功率無關，與負載也無關，與光功率無關，與負載也無關，但但與光波長（頻率）有關與光波長（頻率

15、）有關。響應度的典型值為：。響應度的典型值為：nm800WARPIN/65. 0SI在在 nm1300WARPIN/45. 0。Ge在在響應時間響應時間 描述光電二極管光電轉換速度，光電轉換所用描述光電二極管光電轉換速度，光電轉換所用的總的時間有：的總的時間有： 從光入射光敏面到發生受激吸收的時間從光入射光敏面到發生受激吸收的時間 在耗盡區內發生載流子漂移的時間在耗盡區內發生載流子漂移的時間 在耗盡區外發生載流子擴散的時間在耗盡區外發生載流子擴散的時間 光電二極管及負載的時間常數光電二極管及負載的時間常數RC APD雪崩倍增建立的時間（雪崩倍增建立的時間（APD特有的）特有的）結論結論：減小耗

16、盡層寬度可以減小渡越時間，減小耗盡層寬度可以減小渡越時間，從而提高響應速度，但會降低量子效率，所以要從而提高響應速度，但會降低量子效率，所以要合理選擇耗盡區寬度，兼顧量子效率和響應速度。合理選擇耗盡區寬度，兼顧量子效率和響應速度。 指在無光照條件下，光電檢測器的輸出電指在無光照條件下，光電檢測器的輸出電流。暗電流引起光接收機的噪聲增大，因流。暗電流引起光接收機的噪聲增大，因此希望暗電流越小越好。此希望暗電流越小越好。 暗電流分為體內暗電流和表面暗電流（表暗電流分為體內暗電流和表面暗電流（表面漏電流）。面漏電流）。PIN光電二極管的暗電流主光電二極管的暗電流主要以表面暗電流為主。要以表面暗電流為

17、主。APD光電二極管的光電二極管的體內暗電流會受到倍增作用，所以以體內體內暗電流會受到倍增作用，所以以體內暗電流為主。暗電流為主。噪聲特性噪聲特性 噪聲直接影響光接收機的靈敏度。光電二極管噪聲噪聲直接影響光接收機的靈敏度。光電二極管噪聲包括信號電流和暗電流產生的包括信號電流和暗電流產生的散粒噪聲散粒噪聲和有負載電和有負載電阻和后繼放大器輸入阻抗產生的阻和后繼放大器輸入阻抗產生的熱噪聲熱噪聲。通常噪聲。通常噪聲用均方噪聲電流描述。用均方噪聲電流描述。PIN光電二極管噪聲來源主要光電二極管噪聲來源主要是散粒噪聲。是散粒噪聲。 均方散粒噪聲電流均方散粒噪聲電流 均方熱噪聲電流均方熱噪聲電流 總均方噪

18、聲電流總均方噪聲電流 22 ()thpdpdIe IIBIIB式中，為光生電流，為暗電流， 為噪聲帶寬24TKTBIRKTR式中 為波爾茲曼常數； 為絕對溫度； 為負載的阻抗RKTBBIIeIdpt4)(22返回返回4.2 光電檢測器光電檢測器上一頁上一頁 APDAPD主要特性參數主要特性參數 APD APD的倍增系數。的倍增系數。APDAPD的倍增系數的倍增系數定義為定義為式中，式中，MI為倍增后的總輸出電流的平均值；為倍增后的總輸出電流的平均值； pI為初始光電流（沒有倍增時的光電流）為初始光電流（沒有倍增時的光電流）。 APD的倍增與雪崩有關，即與外加的電壓有關，因此的倍增與雪崩有關，即

19、與外加的電壓有關，因此是外加電壓的函數，是外加電壓的函數，如圖如圖4-84-8所示。所示。 APD的響應度。的響應度。APD的的 響應度響應度APDR定義為定義為 APD的量子效率與的量子效率與PIN的量子效率定義相同。的量子效率定義相同。量子效率與入射的光波長（頻率）有關，量子效率與入射的光波長（頻率）有關，如圖如圖4-9所示所示，為硅為硅APD雪崩管的量子效率與波長的關系。雪崩管的量子效率與波長的關系。 GGMPIGI0.APDRR GAPD的噪聲的噪聲主要是主要是由于對初始電流的散粒噪聲有倍增作用，因由于對初始電流的散粒噪聲有倍增作用，因此稱為倍增噪聲。此稱為倍增噪聲。APD的噪聲主要是

20、倍增噪聲。的噪聲主要是倍增噪聲。過剩噪聲因子過剩噪聲因子F 是雪崩效應的隨機性引起噪聲增加的倍數是雪崩效應的隨機性引起噪聲增加的倍數 過剩噪聲因子過剩噪聲因子F 是由于雪崩效應的隨機性引起是由于雪崩效應的隨機性引起噪聲增加的倍數。噪聲增加的倍數。設設 （x x是附加噪聲指數），是附加噪聲指數），則則APDAPD的均方量子噪聲電流為的均方量子噪聲電流為 同理，同理，APDAPD的均方暗電流噪聲電流為的均方暗電流噪聲電流為 量子噪聲和體內暗電流都被放大了量子噪聲和體內暗電流都被放大了 倍，表面暗倍，表面暗電流可忽略。電流可忽略。 附加噪聲指數與器件所用材料和制造工藝有關，附加噪聲指數與器件所用材料

21、和制造工藝有關，Si-Si-APD APD 的的x=0.3x=0.30.5,Ge-APD0.5,Ge-APD的的x= 0.8x= 0.81.0,InGaAs-1.0,InGaAs-APDAPD的的x =0.5x =0.50.70.7。 xFG222xqpIeIB G222xddIeI B G2G F返回返回圖圖4-8 反向偏壓與倍增系數的關系反向偏壓與倍增系數的關系 圖圖4-8 反向偏壓與倍增系數的關系反向偏壓與倍增系數的關系返回返回圖圖4-9 量子效率與波長的關系量子效率與波長的關系 圖圖4-9 量子效率與波長的關系量子效率與波長的關系m)(1WAnAIdnspFC Si-PIN InGaA

22、s-PIN波長響應波長響應 0.41.0 116響應度響應度 0.4 (0.85m) 0.5（1.31m）暗電流暗電流 0.11 25響應時間響應時間 210 0.21結電容結電容 0.51 12工作電壓工作電壓 /V 5 15 5 15)(1WAnAIdnspFCV/gx Si-APD InGaAs-APD波長響應波長響應 0.41.0 1165響應度響應度 0.5 0.50.7暗電流暗電流 0.11 1020響應時間響應時間 0.20.5 0.10.3結電容結電容 12 0 .5工作電壓工作電壓 50100 4060倍增因子倍增因子 30100 2030附加噪聲指數附加噪聲指數 0.30.

23、5 0.50.7nAId 一個完整的光纖通信系統，除光纖、光源和光電檢測器外，一個完整的光纖通信系統，除光纖、光源和光電檢測器外，還需要許多其它光器件，特別是無源器件。這些不用電源還需要許多其它光器件，特別是無源器件。這些不用電源的無源光器件（即無光電能量轉換，是能量消耗型光學器的無源光器件（即無光電能量轉換，是能量消耗型光學器件），對光纖通信系統的構成、功能的擴展或性能的提高，件），對光纖通信系統的構成、功能的擴展或性能的提高，都是不可缺少的，是構成光纖傳輸系統的重要部分。都是不可缺少的，是構成光纖傳輸系統的重要部分。 無源光器件種類繁多，功能各異，是一類實用性很強的器無源光器件種類繁多，功

24、能各異，是一類實用性很強的器件，主要產品有光纖連接器、光纖耦合器、光衰減器、光件，主要產品有光纖連接器、光纖耦合器、光衰減器、光隔離器與光環形器、光調制器、光開關、光波分復用器、隔離器與光環形器、光調制器、光開關、光波分復用器、光纖放大器等。光纖放大器等。 無源光器件的作用是：連接光路，控制光的傳輸方向，控無源光器件的作用是：連接光路，控制光的傳輸方向，控制光功率的分配，實現器件與器件之間、器件與光纖之間制光功率的分配，實現器件與器件之間、器件與光纖之間的光耦合、合波及分波。的光耦合、合波及分波。返回返回上一頁上一頁 無源光器件是指除光源器件、光檢測器件之外，不需要電源無源光器件是指除光源器件

25、、光檢測器件之外，不需要電源的光通路部件。無源光器件可分為的光通路部件。無源光器件可分為連接用的部件連接用的部件和和功能性部功能性部件件兩大類。兩大類。 連接用的部件是指各種光連接器，用做光纖與光纖之間、光連接用的部件是指各種光連接器，用做光纖與光纖之間、光纖與光器件（或設備）之間、或部件（設備）和部件（設備）纖與光器件（或設備）之間、或部件（設備）和部件（設備）之間的連接。之間的連接。 功能性部件有光波分波器、光衰減器、光隔離器等，用于光功能性部件有光波分波器、光衰減器、光隔離器等，用于光的分路、耦合、復用、衰減等方面。的分路、耦合、復用、衰減等方面。 1. 光纖連接器光纖連接器 光纖連接器

26、又稱為光纖活動連接器，俗稱活接頭，被定義為：光纖連接器又稱為光纖活動連接器，俗稱活接頭，被定義為：能穩定地，但并不是永久地，連接兩根或多根光纖的無源組能穩定地，但并不是永久地，連接兩根或多根光纖的無源組件?？梢姽饫w連接器是一種可拆卸使用的連接部件件?？梢姽饫w連接器是一種可拆卸使用的連接部件 。返回返回下一頁下一頁 光纖連接器的用途。光纖連接器主要用于光端機、光測儀光纖連接器的用途。光纖連接器主要用于光端機、光測儀表等設備與光纖之間的連接以及光纖之間的相互連接，它是表等設備與光纖之間的連接以及光纖之間的相互連接，它是組成光纖通信線路不可缺少的重要器件之一。組成光纖通信線路不可缺少的重要器件之一。

27、 光纖連接器的作用。光纖連接器的主要作用是將需要連接光纖連接器的作用。光纖連接器的主要作用是將需要連接起來的單根或多根光纖纖芯端面相互對淮、貼緊，并能夠多起來的單根或多根光纖纖芯端面相互對淮、貼緊，并能夠多次使用。次使用。 對光纖連接的要求。光纖連接器需要滿足下列要求：對光纖連接的要求。光纖連接器需要滿足下列要求： 連接損耗小；連接損耗小； 連接損耗的穩定性好，在連接損耗的穩定性好，在-20-60范圍溫度變化時不應該范圍溫度變化時不應該有附加的損耗產生；有附加的損耗產生； 具有足夠的機械強度和使用壽命；具有足夠的機械強度和使用壽命； 接頭體積小，密封性好；接頭體積小，密封性好； 便于操作，易于

28、放置和保護。便于操作，易于放置和保護。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁 （1）光纖連接器的結構及原理）光纖連接器的結構及原理 光纖連接器的結構。光線路的活動連接，須使被接光纖連接器的結構。光線路的活動連接，須使被接光纖的纖芯嚴格對準并接觸良好，為滿足這一基本光纖的纖芯嚴格對準并接觸良好，為滿足這一基本要求，有多種對中方式得到采用，如套筒式、圓錐要求，有多種對中方式得到采用，如套筒式、圓錐式、式、V型槽式等。目前，工程上廣泛應用的是套筒式型槽式等。目前，工程上廣泛應用的是套筒式對中結構，對中結構，如圖如圖4-10所示。所示。 它是由三個部分組成的，有兩個配合插頭（插針體）它是由三個部分組成的，有

29、兩個配合插頭（插針體）和一個耦合管（琺瑯盤）。兩個插頭裝進兩根光纖和一個耦合管（琺瑯盤）。兩個插頭裝進兩根光纖尾端；耦合管起對準套管的作用。尾端；耦合管起對準套管的作用。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-10 光纖連接器結構光纖連接器結構 圖圖4-10 光纖連接器結構光纖連接器結構 （2）光纖連接器的類型）光纖連接器的類型 按照不同的分類方法，光纖連接器可以分為不同的按照不同的分類方法，光纖連接器可以分為不同的種類。種類。 按傳輸媒介的不同可分為：單模光纖連接器和多模按傳輸媒介的不同可分為：單模光纖連接器和多模光纖連接器；光纖連接器； 按結構的不同可分為：按結構的不同可分為：FC

30、、SC、ST、MU、LC、MT等各種型式；等各種型式； 按連接器的插針端面形式可分為：按連接器的插針端面形式可分為：FC、PC（UPC）和和APC； 按光纖芯數分還有單芯、多芯之分按光纖芯數分還有單芯、多芯之分。 如表如表4-1所示所示，是，是ITU-T建議的光纖連接器分類。建議的光纖連接器分類。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回表表4-1 光纖連接器類型光纖連接器類型 表表4-1 光纖連接器類型光纖連接器類型單通道單通道對接對接套筒套筒/V/V型型槽槽直套管直套管螺絲螺絲多通道多通道透鏡透鏡錐型錐型錐型套管錐型套管銷釘銷釘單單/ /多通多通道道其他其他其他其他其他其他彈簧銷彈簧銷 （3

31、）光纖連接器特性）光纖連接器特性 光纖連接器的特性，首先是光學特性，還有光纖連接器的互光纖連接器的特性，首先是光學特性，還有光纖連接器的互換性、重復性、抗拉強度、溫度和插拔次數等。換性、重復性、抗拉強度、溫度和插拔次數等。 互換性與重復性互換性與重復性-光纖連接器是通用的無源光器件，對于同光纖連接器是通用的無源光器件，對于同一類型的光纖連接器，一般都可以任意組合使用，并可以重一類型的光纖連接器，一般都可以任意組合使用，并可以重復多次使用，由此而導入的附加損耗一般都在小于復多次使用，由此而導入的附加損耗一般都在小于0.2dB的的范圍內。范圍內。 抗拉強度抗拉強度-對于光纖連接器，一般要求其抗拉強

32、度應不低于對于光纖連接器，一般要求其抗拉強度應不低于90N。 溫度溫度- 一般要求，光纖連接器必須在一般要求，光纖連接器必須在-40+70溫度范溫度范圍內能夠正常使用。圍內能夠正常使用。 插拔次數插拔次數-目前使用的光纖連接器一般都可以插拔目前使用的光纖連接器一般都可以插拔l000次以次以上。上。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁 （4）常見的光纖連接器）常見的光纖連接器 FC型光纖連接器（型光纖連接器（如圖如圖4-11所示所示）-圓型帶螺紋：圓型帶螺紋：FC連接器外部加強方式是采用金屬套，緊固方式為連接器外部加強方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。最早，螺絲扣。最早，FC類型的連接器，采用的陶

33、瓷插針類型的連接器，采用的陶瓷插針的對接端面是平面接觸方式的對接端面是平面接觸方式(FC)。此類連接器結構。此類連接器結構簡單，操作方便，制作容易，但光纖端面對微塵較簡單，操作方便，制作容易，但光纖端面對微塵較為敏感，且容易產生菲涅爾反射，提高回波損耗性為敏感，且容易產生菲涅爾反射，提高回波損耗性能較為困難。后來，對該類型連接器做了改進，采能較為困難。后來，對該類型連接器做了改進，采用對接端面呈球面的插針用對接端面呈球面的插針(PC)，而外部結構沒有改，而外部結構沒有改變，使得插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的變，使得插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的提高。提高。返回返回下一頁下一頁上一頁

34、上一頁返回返回圖圖4-11 FC型連接器型連接器 圖圖4-11 FC型連接器型連接器 SC型光纖連接器（型光纖連接器（如圖如圖4-12所示所示）-卡接式方卡接式方型：其外殼呈矩形，所采用的插針與耦合套筒的型：其外殼呈矩形，所采用的插針與耦合套筒的結構尺寸與結構尺寸與FC型完全相同，其中插針的端面多型完全相同，其中插針的端面多采用采用PC或或APC型研磨方式；緊固方式是采用插型研磨方式；緊固方式是采用插拔銷閂式，不需旋轉。此類連接器價格低廉，插拔銷閂式，不需旋轉。此類連接器價格低廉，插拔操作方便，介入損耗波動小，抗壓強度較高，拔操作方便，介入損耗波動小，抗壓強度較高，安裝密度高。安裝密度高。 返

35、回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-12 SC型連接器型連接器 圖圖4-12 SC型連接器型連接器 LC型連接器（型連接器（如圖如圖4-13所示所示）：）：LC型連接器型連接器采用操作方便的模塊化插孔采用操作方便的模塊化插孔(RJ)閂鎖機理制成。閂鎖機理制成。其所采用的插針和套筒的尺寸是普通其所采用的插針和套筒的尺寸是普通SC、FC等等所用尺寸的一半，為所用尺寸的一半，為1.25mm。這樣可以提高。這樣可以提高光配線架中光纖連接器的密度。目前，在單模光配線架中光纖連接器的密度。目前，在單模SFF方面，方面，LC類型的連接器實際已經占據了主類型的連接器實際已經占據了主導地位，在多模方面

36、的應用也增長迅速。導地位，在多模方面的應用也增長迅速。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-13 LC型連接器型連接器 圖圖4-13 LC型連接器型連接器ST型光纖連接器（型光纖連接器（如圖如圖4-14所示所示）-外殼呈圓形，外殼呈圓形，所采用的插針與耦合套筒的結構尺寸與所采用的插針與耦合套筒的結構尺寸與FC型完全相型完全相同，其中插針的端面多采用同，其中插針的端面多采用PC型或型或APC型研磨方式；型研磨方式；緊固方式為螺絲扣。此類連接器適用于各種光纖網緊固方式為螺絲扣。此類連接器適用于各種光纖網絡，操作簡便，且具有良好的互換性。絡，操作簡便，且具有良好的互換性。DIN47256型

37、光纖連接器（型光纖連接器（如圖如圖4-15所示所示）：這種）：這種連接器采用的插針和耦合套筒的結構尺寸與連接器采用的插針和耦合套筒的結構尺寸與FC型相型相同，端面處理采用同，端面處理采用PC研磨方式。與研磨方式。與FC型連接器相型連接器相比，其結構要復雜一些，內部金屬結構中有控制壓比，其結構要復雜一些，內部金屬結構中有控制壓力的彈簧，可以避免因插接壓力過大而損傷端面。力的彈簧，可以避免因插接壓力過大而損傷端面。另外，這種連接器的機械精度較高，因而插入損耗另外，這種連接器的機械精度較高，因而插入損耗較小。較小。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-14 ST型光纖連接器型光纖連接器 圖

38、圖4-14 ST型光纖連接器型光纖連接器返回返回圖圖4-15 DIN47256型光纖連接器型光纖連接器 圖圖4-15 DIN47256型光纖連接器型光纖連接器MT-RJ型連接器（型連接器（如圖如圖4-16所示所示）：）：MT-RJ型連接器起步于型連接器起步于MT連接器，帶有與連接器，帶有與RJ-45型型LAN電連接器相同的閂鎖機構，電連接器相同的閂鎖機構，通過安裝于小型套管兩側的導向銷對準光通過安裝于小型套管兩側的導向銷對準光纖，為便于與光收發信機相連，連接器端纖，為便于與光收發信機相連，連接器端面光纖為雙芯（間隔面光纖為雙芯（間隔0.75mm）排列設）排列設計，是主要用于數據傳輸的下一代高密

39、度計，是主要用于數據傳輸的下一代高密度光連接器。光連接器。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-16 MT-RJ型連接器型連接器 圖圖4-16 MT-RJ型連接器型連接器 （5）光纖連接器的插針端面）光纖連接器的插針端面 光纖連接器的關鍵元件是插針與套筒。曾經采用多種材料制光纖連接器的關鍵元件是插針與套筒。曾經采用多種材料制作，如塑料、銅、不銹鋼等。但均因易變形、不耐磨損與光作，如塑料、銅、不銹鋼等。但均因易變形、不耐磨損與光纖材料膨脹系數相差太大而導致光纖斷裂等一系列問題不能纖材料膨脹系數相差太大而導致光纖斷裂等一系列問題不能解決而被放棄。解決而被放棄。 目前，實用的插針與套筒材料

40、采用氧化鋯陶瓷，陶瓷所具有目前，實用的插針與套筒材料采用氧化鋯陶瓷，陶瓷所具有的性能可以克服上述材料的不足。裝有光纖的陶瓷插針，其的性能可以克服上述材料的不足。裝有光纖的陶瓷插針，其端面的形狀與連接器件性能優劣密切相關。端面的形狀與連接器件性能優劣密切相關。 陶瓷插針端面如陶瓷插針端面如圖圖4-17端面圖，光纖連接器的插針體端面端面圖，光纖連接器的插針體端面在在PC型球面研磨的基礎上，根據球面研磨的不同，又產生型球面研磨的基礎上，根據球面研磨的不同，又產生了超級了超級PC（SPC）型球面研磨和角度）型球面研磨和角度PC(APC)型球面研型球面研磨，磨，PC、SPC和和APC端面連接器的插入損耗

41、值在都小于端面連接器的插入損耗值在都小于0.4dB的情況下，回波損耗值分別小于的情況下，回波損耗值分別小于-40dB、-50dH和和-60dB。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-17 端面圖端面圖 圖圖4-17 端面圖端面圖 2. 光耦合器光耦合器 在光纖通信系統或光纖測試中，經常會遇到從光纖在光纖通信系統或光纖測試中，經常會遇到從光纖的主傳信道中取出一部分光作為檢測、控制等使用，的主傳信道中取出一部分光作為檢測、控制等使用，有時將兩個方向的光信號合起來送入一根光纖中傳有時將兩個方向的光信號合起來送入一根光纖中傳輸，會使用光耦合器。輸，會使用光耦合器。 光耦合器又稱光定向耦合器，

42、是對光信號實現分路、光耦合器又稱光定向耦合器，是對光信號實現分路、合路、插入和分配的無源光器件。合路、插入和分配的無源光器件。它們是依靠光波它們是依靠光波導間電磁場的相互耦合來工作的。導間電磁場的相互耦合來工作的。 廣義而言，光分波器和光合波器具有波長選擇功能，廣義而言，光分波器和光合波器具有波長選擇功能，也屬于光耦合器也屬于光耦合器 （1）光耦合器分類）光耦合器分類 光耦合器分類，光耦合器分類，如表如表4-3所示所示。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回表表4-3 耦合器的分類耦合器的分類 表表4-3 耦合器的分類耦合器的分類光耦光耦合器合器用途用途分類分類定向耦合器定向耦合器光分波器、

43、光分波器光分波器、光分波器光分支器光分支器星型耦合器星型耦合器透射星型耦合器透射星型耦合器反射星型耦合器反射星型耦合器T T型耦合器型耦合器結構結構分類分類分立元件型分立元件型熔融拉錐型熔融拉錐型平面波導型平面波導型拼接型拼接型激光器件型激光器件型光纖光纖分類分類多模光纖耦合器多模光纖耦合器單模光纖耦合器單模光纖耦合器 （2）常見的幾種光耦合器）常見的幾種光耦合器 常見的幾種光耦合器，常見的幾種光耦合器，如圖如圖4-20所示所示。 (3) 耦合器的特性耦合器的特性 表示光纖耦合器性能指標的參數有：隔離度、插表示光纖耦合器性能指標的參數有：隔離度、插入損耗和分光比等。下面以入損耗和分光比等。下面

44、以22(四端口四端口)定向耦定向耦合器為例來說明。合器為例來說明。 隔離度隔離度-如圖如圖4-20（c）所示，由端）所示，由端1輸入的光功輸入的光功率率P1應從端應從端2和端和端3輸出，端輸出，端4理論上應無光功率理論上應無光功率輸出。但實際上端輸出。但實際上端4還是有少量光功率還是有少量光功率P4輸出，輸出，其大小就表示了其大小就表示了1、4兩個端口的隔離程度。隔離兩個端口的隔離程度。隔離度度A表示為表示為返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-20 光耦合器光耦合器 圖圖4-20 光耦合器光耦合器返回返回4.2 光無源器件光無源器件上一頁上一頁 (dB) log101441PPA、

45、一般要求一般要求A A20dB20dB。插入損耗插入損耗COL。插入損耗表示定向耦合器損耗的大小。插入損耗表示定向耦合器損耗的大小。插入損耗等于輸出光功率之和與輸入光功率之比的分貝值，即插入損耗等于輸出光功率之和與輸入光功率之比的分貝值，即(dB) log10132PPPLCOCOLCOT一般要求一般要求0.5dB0.5dB 分光比分光比: :各輸出端口輸出功率與總輸出功率的比值各輸出端口輸出功率與總輸出功率的比值下一頁下一頁 3. 光波分復用器光波分復用器 （1）光波分復用器的定義及分類）光波分復用器的定義及分類 光波分復用器按用途分為光分波器和光合波光波分復用器按用途分為光分波器和光合波器

46、兩種，分別器兩種，分別如圖如圖4-19(a)、(b)所示所示。它。它們是波分復用們是波分復用(WDM)傳輸系統的關鍵器件。傳輸系統的關鍵器件。光合波器是將多個光源不同波長的信號結合光合波器是將多個光源不同波長的信號結合在一起，經一根傳輸光纖輸出的光器件。反在一起，經一根傳輸光纖輸出的光器件。反之，將同之，將同根傳輸光纖送來的多個不同波長根傳輸光纖送來的多個不同波長的信號，分解為個別波長，分別輸出的光器的信號，分解為個別波長，分別輸出的光器件稱為光分波器。有時同一器件既可以作為件稱為光分波器。有時同一器件既可以作為光分波器，又可以作光合波器使用。光分波器，又可以作光合波器使用。 光波分復用器的主

47、要類型有熔錐光纖型、介光波分復用器的主要類型有熔錐光纖型、介質膜干涉型、光柵型和波導型四種質膜干涉型、光柵型和波導型四種 返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-19 光波分復用器光波分復用器 圖圖4-19 光波分復用器光波分復用器(a)返回返回圖圖4-19 光波分解復用器光波分解復用器 圖圖4-19 光波分解復用器光波分解復用器(b) （2）光波分復用器（光分波器和光合波器）原理）光波分復用器（光分波器和光合波器）原理 在模擬載波通信系統中，通常采用頻分復用方法提高系統的在模擬載波通信系統中，通常采用頻分復用方法提高系統的傳輸容量，充分利用電纜的帶寬資源，即在同一根電纜中同傳輸容量，

48、充分利用電纜的帶寬資源，即在同一根電纜中同時傳輸若干個信道的信號，接收端根據各載波頻率的不同，時傳輸若干個信道的信號，接收端根據各載波頻率的不同，利用帶通濾波器就可濾出每一個信道的信號。利用帶通濾波器就可濾出每一個信道的信號。 在在WDM系統中，充分利用了單模光纖低損耗區帶來的巨大系統中，充分利用了單模光纖低損耗區帶來的巨大帶寬資源，根據每一信道光波的頻率（或波長）不同可以將帶寬資源，根據每一信道光波的頻率（或波長）不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發送端采用波分復用器（合波器）將不同規定波長的波，在發送端采

49、用波分復用器（合波器）將不同規定波長的信號光載波合并起來，送入一根光纖進行傳輸。在接收端，信號光載波合并起來，送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分復用器（分波器）將這些不同波長、承載不同信再由一波分復用器（分波器）將這些不同波長、承載不同信號的光載波分開。號的光載波分開。 由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實現多路光信號的復用傳非線性時），從而在一根光纖中可實現多路光信號的復用傳輸。輸。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁 （3）光波分復用器的要求及參數）光波分復用器的要求及參數 對光分波器和

50、光合波器的主要要求是：對光分波器和光合波器的主要要求是： 復用信道多、插人損耗小、隔離度大、通帶寬、帶內平坦、復用信道多、插人損耗小、隔離度大、通帶寬、帶內平坦、帶外插入損耗變化陡峭及體積小、工作穩定和價格便宜等。帶外插入損耗變化陡峭及體積小、工作穩定和價格便宜等。 光分波器和光合波器的主要特性參數有光分波器和光合波器的主要特性參數有: 中心波長、中心波長工作范圍、與中心波長對應的插人損耗、中心波長、中心波長工作范圍、與中心波長對應的插人損耗、隔離度、回波損耗、反射系數、偏振相關損耗、偏振模色散隔離度、回波損耗、反射系數、偏振相關損耗、偏振模色散等。等。 隔離度隔離度也稱為波長隔離度或通帶間隔

51、離度，是由某一規定波也稱為波長隔離度或通帶間隔離度，是由某一規定波長輸出端口所測得的另一不想要波長的光功率與該不想要波長輸出端口所測得的另一不想要波長的光功率與該不想要波長輸入光功率之比的對數，單位為長輸入光功率之比的對數，單位為dB。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁 4. 光衰減器光衰減器 光衰減器是用來穩定地、準確地減小信號光光衰減器是用來穩定地、準確地減小信號光功率的無源光器件。功率的無源光器件。 光衰減器的作用是當光通過該器件時，使光光衰減器的作用是當光通過該器件時，使光強達到一定程度的衰減，它主要用于調整光強達到一定程度的衰減，它主要用于調整光中繼段的線路損耗、評價光系統的靈敏度和中

52、繼段的線路損耗、評價光系統的靈敏度和校正光功率計等場合。校正光功率計等場合。 光衰減器通常是通過金屬蒸發膜使光衰減光衰減器通常是通過金屬蒸發膜使光衰減返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁 （1）衰減器分類）衰減器分類 按照光信號的衰減方式，衰減器可分為固定衰減器按照光信號的衰減方式，衰減器可分為固定衰減器和可變衰減器兩種；和可變衰減器兩種； 按照光信號的傳輸方式，衰減器可分為單模光衰減按照光信號的傳輸方式，衰減器可分為單模光衰減器和多模光衰減器。器和多模光衰減器。 固定光衰減器通過吸收一部分光信號，產生衰減作固定光衰減器通過吸收一部分光信號，產生衰減作用。它在光線軸線上設置半透明的摻雜化合物即衰用

53、。它在光線軸線上設置半透明的摻雜化合物即衰減膜，在一定的光帶內，光在吸收帶內被吸收，產減膜，在一定的光帶內，光在吸收帶內被吸收，產生衰減。固定光衰減器造成的功率衰減值是固定不生衰減。固定光衰減器造成的功率衰減值是固定不變的，一般用于調節傳輸線路中某一區間的損耗。變的，一般用于調節傳輸線路中某一區間的損耗。 可變光衰減器帶有光纖連接器，通常是分檔進行衰可變光衰減器帶有光纖連接器，通常是分檔進行衰減的，改變金屬蒸發膜的厚度，也可以位衰減量連減的，改變金屬蒸發膜的厚度，也可以位衰減量連續變化，它的衰減范圍可達續變化，它的衰減范圍可達60dB以上，精度達以上，精度達0.1dB。返回返回下一頁下一頁上一

54、頁上一頁 （2）可變光衰減器的結構及原理）可變光衰減器的結構及原理 當接收機輸入光功率超過某一范圍或在測量光纖接當接收機輸入光功率超過某一范圍或在測量光纖接收機靈敏度時都要用到光衰減器，收機靈敏度時都要用到光衰減器，其結構其結構如圖如圖4-18所示所示。它由透鏡、步進衰減圓盤、連續可調衰減。它由透鏡、步進衰減圓盤、連續可調衰減片組成。其中光衰減片可調整旋轉角度，改變反射片組成。其中光衰減片可調整旋轉角度，改變反射光與透射光比例來改變光衰減的大小。光與透射光比例來改變光衰減的大小。 光纖輸人的光經自聚焦透鏡變成平行光束，平行光光纖輸人的光經自聚焦透鏡變成平行光束，平行光束經過衰減片再送到自聚焦透

55、鏡耦合到輸出光纖中束經過衰減片再送到自聚焦透鏡耦合到輸出光纖中去，去，衰減片通常是表面蒸鍍了金屬吸收膜的玻璃基衰減片通常是表面蒸鍍了金屬吸收膜的玻璃基片，片，為減小反射光，衰減片與光軸可以傾斜放置。為減小反射光，衰減片與光軸可以傾斜放置。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-18 衰減器的結構衰減器的結構 圖圖4-18 衰減器的結構衰減器的結構可調旋可調旋轉轉光衰減光衰減片片輸 入 光輸 入 光信號信號輸 出 光輸 出 光信號信號透透鏡鏡透透鏡鏡 （3）對光衰減器的要求）對光衰減器的要求 光纖通信系統對光衰減器的主要要求：光纖通信系統對光衰減器的主要要求： 插入損耗小、反射耦合低；插

56、入損耗小、反射耦合低； 符合使用的工作波長區域；符合使用的工作波長區域； 體積小、重量輕。體積小、重量輕。 （4）光衰減器）光衰減器-SGT-9A SGT-9A是一種數字可調光衰減器，主要用于連續是一種數字可調光衰減器，主要用于連續光信號功率的衰減。具有快速調節衰減值，線性度光信號功率的衰減。具有快速調節衰減值，線性度好、精度高、低插入損耗、高分辨率，衰減定位等好、精度高、低插入損耗、高分辨率，衰減定位等功能。該衰減器可用于光纜施工與維護、光纖通信、功能。該衰減器可用于光纜施工與維護、光纖通信、光纖傳感器、光纖光纖傳感器、光纖CATV等領域。該衰減器技術指等領域。該衰減器技術指標標如表如表4-

57、2所所示。示。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回表表4-2 光衰減器技術指標光衰減器技術指標 表表4-2 光衰減器技術指標光衰減器技術指標參數參數技術指標技術指標參數參數技術指標技術指標波長范圍波長范圍(nm)(nm)40040016251625分辨率分辨率(dB)(dB)0.050.05校準波長校準波長(nm)(nm)13101310、15501550測量精度測量精度(dB)(dB)0 030(30(0.1)0.1)303050(50(0.3)0.3)505060(60(1.0)1.0)測量范圍測量范圍(dB)(dB)0 06060插入損耗插入損耗(dB)(dB)2.52.5最大輸入光

58、功率最大輸入光功率(dB)(dB)4040回波損耗回波損耗(dB)(dB)4545光接口光接口FCFC、STST、SCSC功耗功耗(mW(mW) )7070 5. 光隔離器光隔離器 光隔離器是保證光信號只能正向傳輸的無源光器件，用以避光隔離器是保證光信號只能正向傳輸的無源光器件，用以避免光通路中，由于種種原因而產生的反射光再次進入光源，免光通路中，由于種種原因而產生的反射光再次進入光源，而使光源工作不穩定，影響其性能。而使光源工作不穩定，影響其性能。 光纖通信系統中的很多光器件如激光器和光放大器等，對來光纖通信系統中的很多光器件如激光器和光放大器等，對來自連接器、熔接點、濾波器的反射光非常敏感

59、，反射光將導自連接器、熔接點、濾波器的反射光非常敏感，反射光將導致它們的性能惡化，例如半導體激光器的線寬受反射光的影致它們的性能惡化，例如半導體激光器的線寬受反射光的影響會展寬或壓縮。因此要在靠近這種光器件的輸出端放置隔響會展寬或壓縮。因此要在靠近這種光器件的輸出端放置隔離器。離器。 （1）光隔離器組成）光隔離器組成 光隔離器主要由起偏器、法拉第旋轉器（旋光器）和檢偏器光隔離器主要由起偏器、法拉第旋轉器（旋光器）和檢偏器3部分組成，部分組成，如圖如圖4-21所示所示。起偏器的特點是當入射光進入。起偏器的特點是當入射光進入起偏器時，是輸出光束變成某一形式的偏振光。起偏器時，是輸出光束變成某一形式的偏振光。返回返回下一頁下一頁上一頁上一頁返回返回圖圖4-21 光隔離器光隔離器 圖圖4-21 光隔離器光隔離器 （3）