科普：如何識別各種無源光纖器件？

在光纖通信系統(tǒng)中，常用到許多光纖通信器件。根據(jù)是否需要進行光電能量轉換分類，光纖通信器件分為有源光器件和無源光器件。無源光器件工作時不需要外加電源，分為連接用器件和功能性器件。光纖連接器屬于連接用無源器件，在前面的任務中已經介紹過了。光衰減器、光耦合器、波分復用器、波長轉換器、光開關、光濾波器等屬于功能性無源器件。

1.光衰減器

光衰減器是用來穩(wěn)定地、準確地減少光信號功率的無源光器件，主要用于調節(jié)光纜線路的損耗、測量光端機的靈敏度、校準光功率計等場合。當光纖傳輸線路上的光信號過強時，會對光接收機造成損壞，這時需要使用光衰減器對光功率進行一定程度的損耗。

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，可將光衰減器分為固定光衰減器和可調光衰減器兩種。

（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等標準的損耗量，如圖所示。

（2）可調光衰減器

可調光衰減器造成的光功率損耗值在一定范圍內可調節(jié)，如圖所示?？烧{光衰減器又可分為分級可調式和連續(xù)可調式兩種。

對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性好，損耗量可調范圍大，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)顯示方式及機械調整結構；重復性也取決于所采用的讀數(shù)顯示方式及機械調整機構。

2.光耦合器

光耦合器是對光信號進行分路、合路或分配的無源光器件，它依靠光波導間電磁場的相互耦合來工作。光耦合器可以把一路光信號分配成多路，即分路器，也稱分光器。反過來，它也可以把多路光信號合成一路光信號，即合路器，也稱合光器，如圖所示。

光耦合器對光信號進行分路或合路后光信號功率有所變化。1∶2N（N為正整數(shù)）的分光器平均分配出來的光信號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。

耦合器的主要特性指標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到的其他光路信號（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，說明各輸出口之間的“串話”越小。

3.波分復用器

波分復用（簡稱WDM）技術是將一系列載有信息但波長不同的光信號合成一束，沿著單根光纖傳輸；在接收端再將各個不同波長的光信號分開的通信技術。這種技術可以同時在一根光纖上傳輸多路信號，每一路信號都由某種特定波長的光來傳送。

波分復用系統(tǒng)最核心的器件是波分復用器，即合波器（也稱光復用器）和分波器（也稱光解復用器），如圖所示。

合波器和分波器分別置于光纖兩端，實現(xiàn)不同光波的耦合與分離。合波器在波分復用系統(tǒng)的發(fā)送端，將多個不同波長的光信號組合在一起，并注入一根光纖中傳輸。合波器在波分復用系統(tǒng)的接收端，將一根光纖上組合在一起的光信號分離，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。光波分復用器的主要類型有熔融拉錐型、介質膜型、光柵型和平面型四種。

波分復用器的主要特性指標除了插入損耗和隔離度以外，還有中心波長、中心波長工作范圍等。

4.光波長轉換器

光波長轉換器的功能是使光信號從一個波長轉換到另一個波長的器件。根據(jù)波長的轉換機理，光波長轉換器分為光電型光波長轉換器和全光型光波長轉換器。光波長轉換器在光交叉互連、光網(wǎng)絡管理等領域得到了廣泛的應用。

（1）光電型光波長轉換器

光電型光波長轉換器是將波長為λ1的光信號轉換成電信號，經過整形后，調制所需波長λ2的半導體激光器（簡稱LD），輸出波長為λ2的光信號，從而實現(xiàn)波長轉換，如圖所示。光電型光波長轉換器技術比較成熟，容易實現(xiàn)，工作穩(wěn)定。其缺點是裝置結構復雜，成本隨速率和元件數(shù)增加，功耗大，使得它在多波長通道系統(tǒng)中的應用受到限制。

（2）全光型光波長轉換器

全光型光波長轉換器不需要將光信號轉換成電信號處理，而是直接將光信號從一個波長轉換到另一個波長，在光域直接實現(xiàn)波長轉換。它將波長為λ1的光信號與需要轉換成波長為λ2的連續(xù)探測光信號同時耦合進半導體放大器（簡稱SOA）。當輸入光信號為高電平時，使SOA增益發(fā)生飽和，從而使連續(xù)的探測光受到調制，結果使得輸入光信號所攜帶的信息轉換到λ2上，通過濾波器取出λ2光信號，即可實現(xiàn)λ1到λ2的全光波長轉換，如圖所示。全光型光波長轉換器克服了光電型光波長轉換器速率的瓶頸，工作速率高。其缺點是長波長和短波長變換時不對稱，消光比較低。

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生的反射光返回進入激光器，而影響激光器的工作穩(wěn)定性，如圖1-29所示。光信號從光隔離器的輸入端進入時，可以暢通無阻地通過，從隔離器的輸出端輸出，損耗很?。欢庑盘枏南喾捶较蜻M入隔離器，損耗非常大，光信號被損耗，在光纖輸入端沒有光信號輸出。光隔離器可分為偏振相關和偏振無關兩種，主要用在激光器的后面和光放大器兩端。

光環(huán)行器有多個端口，其工作原理與隔離器類似，主要用于光分插復用器中。典型的環(huán)行器一般有三個或四個端口，如圖所示。

（六）光開關

光開關是控制光纖傳輸通路中光信號通、斷，或進行光路切換的無源器件。光開關外形如圖1-31所示，在系統(tǒng)保護、系統(tǒng)監(jiān)測及光交換技術中廣泛應用。光開關有微電機械關開關（MEMS）、電光開關、熱光開關和SOA光開關等類型。

（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折射率上升的現(xiàn)象制作而成。向光纖光柵內射入光時，只有符合折射率周期變化的波長光會受到影響（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。

光纖光柵具有高波長選擇性能、易與光纖耦合、插入損耗低、結構簡單、體積小等優(yōu)點，日益受到人們的關注，其應用范圍不斷擴展到諸如光纖激光器、WDM合/分波器、超高速系統(tǒng)中的色散補償器、EDFA增益均衡器等光纖通信及溫度、應變傳感等領域中。