复旦大学：《光子学器件与工艺 Photonics Devices and Technology》教学课件_第五章 光子学无源器件简介

光子学无源器件简介 主讲:张荣君 电话:65643559 E-mail:rjzhang@fudan.edu.cn 复旦大学信息学院 光科学与工程糸 2008.10.8

光子学无源器件简介 复旦大学信息学院 光科学与工程系 2008.10.8 主 讲：张荣君 电 话：65643559 E-mail ：rjzhang@fudan.edu.cn

什么是光无源器件? 光无源器件是一种不必借助外部的任何 光或者电的能量,由自身能够完成某种 光学功能的光学器件,其工作原理遵守 几何光学理论以及物理光学理论,各项 技术指标、各种计算公式和各种测试方 法与纤维光学和集成光学息息相关

什么是光无源器件？ • 光无源器件是一种不必借助外部的任何 光或者电的能量，由自身能够完成某种 光学功能的光学器件，其工作原理遵守 几何光学理论以及物理光学理论，各项 技术指标、各种计算公式和各种测试方 法与纤维光学和集成光学息息相关

光无源器件的种类 光纤连接器:固定、活动(FC、ST、SC等)连 接器 光分路器耦合器:1xN(树型)、NxN(星型) 波分复用器:合波器和分波器、滤波器 光开关:机械式和非机械式(又称波导开关) 光衰减器:固定、可变 光隔离器:单方向传输光的器件 光纤光栅、阵列波导光栅等 准直器

光无源器件的种类 • 光纤连接器：固定、活动（FC 、ST 、SC等）连 接器 • 光分路器 /耦合器：1xN（树型）、NxN（星型） • 波分复用器：合波器和分波器、滤波器 • 光开关：机械式和非机械式（又称波导开关） • 光衰减器：固定、可变 • 光隔离器：单方向传输光的器件 • 光纤光栅、阵列波导光栅等 • 准直器

条状波导的不同构型 Figure 7. 3-3 Various types of waveguide geometries: (a) strip; (b)embedded strip; (c)rib or ridge; (d)strip loaded. The darker the shading, the higher the refractive index. d le/ Figure 7.3-4 Different configurations for waveguides: (a) straight;(b)S bend; (c)Y branch (d)Mach-Zehnder; (e) directional coupler; (f)intersection

条状波导的不同构型

、连接器 光纤活动连接器:是实现光纤之间活动连接到无源 光器件,它还具有将光纤与有源器件、光纤与其它无 源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。 固定连接器:又称固定接头或接线子,其作用是使 对和几对光纤之间形成永久性的连接

一、连 接 器 光纤活动连接器：是实现光纤之间活动连接到无源 光器件，它还具有将光纤与有源器件、光纤与其它无 源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。 固定连接器：又称固定接头或接线子，其作用是使 一对和几对光纤之间形成永久性的连接

连接器的重要性能指标: 插入损耗:光纤中的光信号通过连接器后,其输 出光功率相对输入光功率的比率的分贝数: I=-10 logio( Pout Pin)0.2-0.3 dB 回波损耗:又称后向反射损耗,指在光纤连接处后 向反射光相对输入光的功率比率的分贝数: RL-10 log ro(Pref/Pin)c>40 dB 重复性和互换性:重复性是指同一连接器多次插拔后插入损耗 的变化,用dB表示。一般取5次,求5个数据的平均值,再计算 相对于平均值的变化范围,性能稳定的连接器重复性一般小于 士01dB。重复性与使用寿命的区别? 互换性指连接器各部件互换时插入损耗的变化,也用dB表示。 这两项指标考核连接器结构设计和加工工艺的合理性

连接器的重要性能指标： 插入损耗： 光纤中的光信号通过连接器后，其输 出光功率相对输入光功率的比率的分贝数： IL = - 10 log10 ( Pout / Pin ) ~ 0.2 - 0.3 dB 回波损耗：又称后向反射损耗，指在光纤连接处后 向反射光相对输入光的功率比率的分贝数： RL = - 10 log10 ( Pref / Pin ) ~ > 40 dB 重复性和互换性：重复性是指同一连接器多次插拔后插入损耗 的变化，用dB表示。一般取 5次，求 5个数据的平均值，再计算 相对于平均值的变化范围，性能稳定的连接器重复性一般小于 ±0.1 dB。重复性与使用寿命的区别？ 互换性指连接器各部件互换时插入损耗的变化，也用dB表示。 这两项指标考核连接器结构设计和加工工艺的合理性

3影响插入损耗的各种因素(0.ldB) 1)纤芯错位损耗(多<3;单<0.8μ) 2)光纤倾斜损耗(多<0.7°;单<0.3°) 3)光纤端面间隙损耗(间隙<1μ) 4)光纤端面多次反射引起的损耗 5)纤芯直径不同的光纤连接时产生的连接损耗 纤芯 纤芯

3. 影响插入损耗的各种因素 (IL<0.1dB) 1) 纤芯错位损耗 (多<3 μ；单 < 0.8 μ) 2) 光纤倾斜损耗 (多< 0.7°；单 <0.3 °) 3) 光纤端面间隙损耗 (间隙<1 μ) 4) 光纤端面多次反射 引起的损耗 5) 纤芯直径不同的光纤连接时产生的连接损耗

4.改进回波损耗的方法 1)球面接触斜球面接触(工艺难度增加) 2)端面镀增透膜 5.光纤活动连接器的基本结构 )套管结构 2)双锥形结构 3)自聚焦透镜耦合结构 4Ⅴ型槽结构 CYLINDRICAL CONICAL FERRULE FERRULE 套管结构双锥结构

• 4. 改进回波损耗的方法 • 1) 球面接触/斜球面接触（工艺难度增加） • 2) 端面镀增透膜 • 5. 光纤活动连接器的基本结构 • 1) 套管结构 • 2) 双锥形结构 • 3) 自聚焦透镜耦合结构 • 4) V型槽结构 套管结构 双锥结构

光纤活动连接器的核心部件:插针+套筒 插针 2.499±0.0005 -(陶瓷、不锈钢、玻璃 0.25+0.00 p0.125+0001 要求极好的温度稳定性 耐磨、耐腐蚀) 单位mFC型连接器 内部结构 FC型连接器 套筒(磷青铜、铍青铜, 氧化锆陶瓷等,要求良好 的弹性 转换器

插针 (陶瓷、不锈钢、玻璃… 要求极好的温度稳定性、 耐磨、 耐腐蚀 ) FC型连接器 内部结构 套筒（磷青铜、铍青铜、 氧化锆陶瓷等，要求良好 的弹性 光纤活动连接器的核心部件：插针+套筒 FC型连接器 转换器

Mini-sC端子结构 SC端子与Mini-SC 端子插芯比较

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