第六章无源与有源光器件—

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1、第6章无源与有源光器件本章以光纤技术最有代表性、最大量的应用领域—光纤通信为背景，介绍无源光器件和有源光器件。在一般的光纤通信系统中，除了采用光发射机(含调制器、载波光源、信道耦合器)、传输信道光纤光缆、中继器和光接收机(含检测器、放大器、信号处理器)等基本设备外，还需要一系列配套的功能部件，以实现系统各部分之间光路的连接转换、信道的互通、分路/合路、交换、隔离、复用/解复用、波长/频率选择、功率控制、噪声滤除、偏振选择控制以及光开关、光放大等功能。光纤通信中所用的上述全部光器件可分为两大类：无源光器件(PassiveOpticalD

2、evice)和有源光器件(ActiveOpticalDevice)。两类光器件的本质区别在于，在实现器件自身功能过程中，有源光器件一般需从外部吸取能量(即需外界电源驱动)，并具有以不同方式改变信号的功能；而无源光器件则无须外界电源驱动，且对信号的作用总是相同的，即只是衰减、合并和分离信号。有源光器件按其功能性质也可以分为两类：一类是具有光电能量信号转换的功能，如光源(将电转换为光)、光检测器(将光转换为电)；另一类则是具有控制光信号、从而可实现控制系统行为的功能，如光开关、光放大器(放大光信号)、光调制器(利用电光效应等实现调制控制等

3、功能)、波长变换器等。上述内容中有关光源和光检测器部分内容将在第9章光纤通信技术中详细介绍。无源光器件是光通信系统中一类重要的基础性光器件，其功能有许多是和相应的电子器件类似的。若按功能分类，比较重要的无源光器件包括：光纤连接器、光纤耦合器(光分路/合路器)、波分复用/解复用器、光滤波器、光衰减器、光隔离器、光环行器、光偏振选择控制器等。图6.1表示了部分无源光器件在光纤通信线路中的功能与作用。当前，无源光器件门类齐全，性能得到很大提高，标准口益完善，新型器件不断出现。图6.1光纤通信线路中的部分无源光器件的布局本章将依次概要介绍上述

4、各类重要的无源光器件以及光开关、光放大器、光调制器等有源光器件的工作原理与结构特性，为学习光纤通信与光纤传感系统等应用奠定必要的器件基础。6.6光波分复用器6.6.1光波分复用技术光波分复用(WavelengthDivisionMultiplexer，WDM)的概念是指在一根光纤中能同时传输多波长的光信号。其基本原理是在发射端复用器将不同波长的光信号组合起来(复用)，并通过一根光纤传输，在接收端解复用器又将组合的光信号分离开(解复用)并送入不同的终端。因此，称此项技术为光波长分割复用，简称光波分复用(WDM)技术。其中，复用器合并光信

5、道；解复用器分离光信道。光WDM技术对充分挖掘光纤带宽潜力，网络的扩容升级，发展宽带新业务(如CATV，HDTV和BIP-ISDN等)，实现超高速通信等具有十分重要的意义。尤其是WDM加上EDFA对现代光通信技术的发展更是具有强大的推动力。光波分复用(分离与复合不同波长的光信号)技术的几种典型应用包括：光多路复用单纤传输、光双向单纤传输、光多路复用分插传输、掺铒光纤放大器中泵浦光与放大信号光的分离等。具体功能实现的光路如下。1.光多路复用单纤传输如图6.46所示，在发射端将载有各种信息的、具有不同波长的已调制光信号λ1，λ2，…，λn

6、通过复用器(M)组合在一起，并在一根光纤中单向传输，由于各信号是通过不同光波长携带的，所以彼此之间不会混淆；在接收端通过解复用器(D)将不同光波长的信号分离，完成多路信号传输的任务。图6.46光多路复用单纤传输2.光双向单纤传输如图6.47所示，在一根光纤中实现两个方向、两种不同波长信号的同时传输，如终端Ⅰ向终端Ⅱ发送信号，由λ1携带；终端Ⅱ向终端Ⅰ发送信号，由λ2携带，实现彼此双向的通信联络，这种结构也称为单纤全双工通信系统。光纤制导中下行的观测信号与上行指令控制信号的单纤双向传输，即是这种典型的传输方式。图6.47光双向单纤传输3

7、.光多路复用分插传输如图6.48所示，在发射端将来自独立发射机的8个不同波长的光信号，经复用器复合后通过单纤传输；在中间站分插复用器将波长λ4信号路由到本地接收机下载，与此同时上载中间站本地发射机发射的另一波长信号记为λ4*，并通过分插复用器与其他λ1，λ2，λ3，λ5，λ6，λ7，λ8信号会合，经单纤传输进入解复用器；解复用器将8个信号分离，并路由到8个独立的接收机上，每个接收机接收一个波长信号。这种多波长复用分插的传输方式还可有多个中间站点分插。总之，位于系统中间的分插复用器，既可以在中间点下载已有信道，也可以上载携带WDM信号的

8、新信道到光纤中，上载的信号可以代替下载的信号。①光WDM技术充分利用光纤的低损耗波段及其较宽的波长带宽，在一根光纤中同时传输多个不同波长光源(信道)的光信号，从而大大提高了光纤和光通信系统的传输容量与通信效率；并将其应用