光无源器件120问.docx

1、光无源器件120问光无源器件120问光无源器件120问 2011年01月23日光无源器件120问 一、基本知识 1 什么叫光无源器件？ 光无源器件是一种不必借助外部的任何光或电的能量，由自身能够完成某种光学功能的光学元器件，其工作原理遵守几何光学理论和物理光学理论，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。 2 光无源器件如何分类？ 光无源器件可根据其制作工艺和所具备的功能进行分类。光无源器件根据不同的制作工艺可分为纤维光学无源器件和集成光学无源器件；光无源器件按其具备的不同功能可分为光连接器件、光衰减器件、光功率分配器件、光波长分配器件、光隔离器件、光开关器件、光

2、调制器件等等。 3 光无源器件有哪些关键工艺及技术？ 光无源器件的制作工艺十分复杂，涉及到许多不同的工艺技术。每一种光无源器件的制作工艺又各不相同，自成体系。这些技术涉及到精密机械加工、成型工艺、精密光学对中、精密光学加工、激光加工、半导体加工和器件封装等。每一种光无源器件的制作往往涉及各项高、精、尖工艺技术。光无源器件的优劣、性能指标的好坏与工艺技术密切相关。 4 评价光无源器件有哪些主要技术指标？ 评价光无源器件的主要技术指标包括：插入损耗、反射损耗、工作带宽、带内起伏、功率分配误差、波长隔离度、信道隔离度、信道宽度、消光比、开关速度、调制速度等等。不同的器件要求有不同性质的技术指标。但是

3、，绝大多数的光无源器件都要求插入损耗低、反射损耗高、工作带宽宽等。 5 如何评价光无源器件的可靠性？ 评价光无源器件的可靠性是依据光无源器件的性能在高温、低温、高低温循环、冲击、振动、高温老化、湿度、盐雾等环境条件下的变化状况。根据相关标准要求的各种环境条件下，光无源器件的各项光学技术指标的变化越小，其可靠性越高。 二、光纤光缆活动连接器 6. 什么是光纤光缆活动连接器？ 光纤光缆活动连接器是连接两根光纤光缆形成连续光通路且可以重复装拆的无源器件；它还具有将光纤光缆与有源器件，光纤光缆与其他无源器件，光纤光缆与系统和仪表进行活动连接的功能。 7. 光纤光缆活动连接器通常由哪几部分组成？ 按功能

4、分为如下几个部分： 连接器插头 （Plug Connector） 光缆跳线 （Jumper Cable） 适配器 （Adaptor） 转换器 （Converter） 裸纤转接器 （Bare Fiber Adaptor） 在我国，一套光纤光缆活动连接器习惯上指两个连接器插头加上一个适配器。 8. 光纤光缆活动连接器常用的有那些种类？ 按结构来分，可分为调心型和非调心型； 按连接方式可分为对接耦合式和透镜耦合式； 按光纤相互接触关系可分为平面接触式和球面接触式等。 其中使用最多的是非调心对接耦合式光纤活动连接器，如平面对接式 (FC型)，直接接触式（PC型）和矩形 (SC型) 光纤活动连接器等。

5、9. 光纤光缆跳线与尾纤有何区别？ 将一根光纤光缆的两头装上同一种连接器插头，称为跳线；而尾纤是指在一根光纤光缆的一头装上连接器插头。 10. 什么叫转换器？ 能将两种不同型号的光纤光缆插头连接在一起，并使光纤连通良好的器件称为转换器（Converter）。 11. 什么叫适配器？ 能将相同型号的光纤光缆插头连接在一起，并使光纤接通良好的器件称为适配器。 12. 什么叫光纤光缆桥接线？ 所谓光纤光缆桥接线，是指一根光纤光缆的两头装上不同型号的连接器插头，构成一种特殊的光纤光缆跳线。 13. 什么叫裸纤转接器？ 能将裸光纤与光源、探测器、各类光仪表以及各种带有插座的光有源、无源器件进行良好连接的

6、器件，称为裸纤转接器(Bare Fiber Adaptor)。 14. FC，PC，APC的区别何在？ FC连接器所连接的两光纤处于平面接触状态，端面间不免有小量的空气缝隙。哪怕缝隙很小，在石英玻璃与空气之间也会产生菲涅耳反射，反射光回射到激光器会引起额外的噪声和波形失真。PC连接器把插针套管端面抛磨成凸球面，使被连接的两光纤端面直接接触，实现PC(物理接触)结构。APC与PC连接器都同属物理接触结构，它们的区别是前者把插针套管端面抛磨成斜球面。 15. 光纤光缆活动连接器有那些主要技术指标？ 评价连接器的指标有插入损耗，重复性，互换性，回波损耗，使用寿命（即允许的插拨次数），温度使用范围以及

7、各种环境试验数据等，最主要的是前4项指标。 16. 光纤光缆活动连接器的插入损耗和回波损耗是怎样计算和测量的？ (一) 插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数，表达式为： IL 10log(P1P0)(dB) 其中 P0输入端的光功率 P1输出端的光功率 测量方法是用光功率计分别测量并记录P0、P1，然后代入公式计算出IL。 （二）回波损耗指在光纤连接处，后向反射光相对输入光的比率的分贝数，表达式为： RL 10log(PrP0)(dB) 其中 P0输入光功率 Pr后向反射光功率 要测量回波损耗RL，需要测出输入端的光功率P0和后向反射光功率Pr

8、，并根据公式计算出RL。 17. 什么是光纤带光缆扇出活动连接器？ 这是应用于带状光缆的活动连接器，是近年来迅速发展的一个连接器品种，它具有体积小，重量轻，密集度高，稳定性好等优点，一般采用注塑成型，具有较低的插入损耗。 18. 什么是光纤光缆活动连接器的重复性？ 重复性是指同一对插头，在同一只适配器中多次插拨之后，其插入损耗的变化范围。单位用dB表示。 19. 什么是光纤光缆活动连接器的互换性？ 互换性是指不同插头之间，或者不同适配器任意置换之后，其插入损耗的变化范围。 20. 单模，多模和数据光纤光缆活动连接器的区别何在？ 单模光纤光缆活动连接器的光纤光缆是单模的(光纤芯径为9m），应用于

9、单模光纤光缆系统； 多模光纤光缆活动连接器的光纤光缆是多模的(光纤芯径为50m）, 应用于多模光纤光缆系统； 数据光纤光缆活动连接器的光纤光缆是数据光纤光缆(光纤芯径为62.5m）, 应用于数据光纤光缆系统。 三、光衰减器 21何谓光衰减器？光衰减器主要有那些类型？ 光衰减器是能对光功率进行一定量衰减的器件。 光衰减器的主要类型分为： 连续可变光衰减器 a 光可变衰减器 分档可变光衰减器 b 光固定衰减器 22光衰减值如何计算？怎样测量？ A（或IL）=-10lg（P2/P1） (dB) 测试按下图进行 23光固定衰减器与可变衰减器的区别何在？ 能给出一固定光功率衰减值的是光固定衰减器，而光可

10、变衰减器是给出一个大范围内光功率连续（或步进）变化的衰减值。 24光可变衰减器采用什么工作原理？ 是在一对单模光纤准值器之间插入一个组合部件而成。这个组合部件由衰减量为0，10，20，30，40，50dB的步进衰减片和衰减量为015dB的连续变化衰减片组成。因此总的衰减量调节范围为065dB。 25光可变衰减器的衰减范围有多大？ 光可变衰减器的衰减范围是065dB（有指标）。 26衰减精度的含义是什么？衰减精度是如何确定的？ 衰减精度是在给出一个标称衰减值的上下范围的限定。 一般情况下，衰减器的衰减精度为其衰减量的0.1倍。 27小型可变衰减器的衰减范围有多大？有什么主要用途？ 小型可变光衰减

11、器的衰减范围为025dB。主要用于调节范围不大的光纤通信系统工程、光纤数据通信网等等，与相应的单模光纤活动连续配套使用。 28高回损光固定衰减器有什么主要特点？它适合在何种条件下应用？ 高回损光固定衰减器的主要特点是回波损耗很高。它适合在高速光纤通信系统工程和要求回波损耗高的测试系统中应用。 29光衰减器的附加损耗是什么？ 光衰减器的附加损耗是指光衰减器自身的固有损耗，它包括光纤活动连接器的损耗、以及连接器端面不干净、光源的漂移和透镜对中不良等因素造成的衰减。 30光衰减器的工作波长是如何确定的？ 光衰减器的工作波长是由我们设计选定的。当我们根据需要选定衰减器的工作波长后，就按该波长设计光衰减

12、器并进行调试，因此，其衰减量等各项技术指标就是在选定波长条件下的测量值。 四、光耦合器 31 什么叫光耦合器？制作光耦合器有哪些方法？ 就是一类能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区发生耦合，并进行再分配的器件。制作方法大致有：光学分立元件组合型，光纤熔融拉锥型、平面波导型。 32 何为熔融拉锥全光型耦合器？它具有什么主要特点？ 熔融拉锥型耦合器是将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一定的方式靠拢，在高温加热下熔融，同时向两端拉伸，最终在加热区形成双锥体的特殊波导结构，它能实现传输光功率的耦合。这种耦合器具有极低的附加损耗，方向性好，环境稳定性好，控制方法简单灵活，制作成本低廉，适合批量生产。

13、 33. X型耦合器，Y型耦合器，星型耦合器，和树型耦合器是如何划分的？ 它们是从端口形式上进行划分的：X型耦合器的端口形式为（22）；Y型耦合器的端口形式为（12）；星形耦合器的端口形式为（NN，N2）；树形耦合器的端口形式为（1N，N2）。 34. 光耦合器有哪些主要技术参数？ 主要技术参数为：（1）插入损耗；（2）附加损耗；（3）分光比；（4）方向性；（5）均匀性；（6）偏振相关损耗；（7）隔离度。 35. 单窗口宽带耦合器和双窗口宽带耦合器区别何在？ 单窗口宽带只在单一窗口具有很宽的工作带宽,双窗口宽带是在两个窗口都有很宽的工作带宽. 36. 光耦合器的工作带宽是如何确定的？ 工作带宽

14、是指耦合器插入损耗衰减到某一设定值（如3dB）时对应的波长范围。可通过光谱分析仪和可调激光器测量 37. 光纤耦合器的耦合损耗和附加损耗是什么？ 耦合损耗又称插入损耗,指某一输出端口的光功率相对于全部输入光功率的减少值，以分贝（dB）表示。附加损耗是指全部输出端口的光功率总和相对于全部输入功率的减小值，以分贝（dB）表示。 38. 何谓光纤耦合器的输入臂，直通臂，耦合臂和隔离臂？ 在熔融拉锥制作耦合器过程中，要对两根光纤中的一根光纤进行监控，此路光纤称为直通臂，另一根光纤称为耦合臂。直通臂中输入光的一端称为输入臂，在耦合臂中与输入臂同端的一臂称为隔离臂。 39. 何谓波导型光耦合器？波导型光耦

15、合器有哪些优点？ 波导型光耦合器是指利用平面介质光波导工艺制作的一类光耦合器。它的优点有： （1）体积小、重量轻，易于集成；（2）机械及环境稳定性好；（3）耦合分光比易于精确控制，在母板定性后，可以进行大批量生产；（4）易于制成小型化的宽带耦合器件。 五、波分复用器 40 何谓波分复用耦合器？何谓波分复用/解复用器？ 波分复用耦合器就是在耦合区中按波长进行分配的耦合器。波分复用/解复用器是将光波波长进行合成/分离的光无源器件。 41 波分复用器主要有哪些类型？ 波分复用器主要有介质膜型波分复用器、光栅型波分复用器、波导阵列光栅型波分复用器件、光纤光栅型波分复用器。 42 评价波分复用器有哪些技

16、术指标？ 波分复用器的技术指标主要有：复用中心波长、信道通道带宽、插入损耗、隔离度、光回波损耗、偏振相关损耗、温度稳定性、温度波长漂移、最大光功率、工作温度、储存温度等。 43 何谓高隔离型波分复用器？ 器件的隔离度远高于一般的波分复用器的器件称为高隔离度型波分复用器，其隔离度可达到40dB以上。 44 高隔离度上、下波长型波分复用器有何作用？ 其主要作用是将一个波长从复用信道中取出，进行电处理或中继再生之后，重新加入到原复用光纤线路中传输。利用上下波长可以达到通信上下话路的目的。 45 何谓密集型波分复用器？ 密集型波分复用器是在光纤的单一窗口上复用，一般复用度为4、8、16、32.，它们的

17、复用间隔相对于一般双窗口的波分复用器复用信道间隔而言，要窄得多。密集波分复用器是复用信道间隔很窄的一种器件，故习惯称为密集型波分复用器。 46 如何评价密集波分复用器件？ 主要通过插入损耗、信道隔离度、中心波长稳定度、透射损耗等方面进行综合评价。 47 密集波分复用器件的中心波长是如何确定的？ 密集波分复用器件的中心波长是根据ITU标准制定的,其测量可通过光谱分析仪和可调激光器。 48 密集波分复用器件信道间隔是如何规定的？ 密集波分复用器件信道间隔是是根据ITU标准制定的。 49 何谓密集波分复用器件信道带宽？ 某一波长的光通过波分复用器件的信道时,其光功率衰减到一定值（如3dB）时，所对应

18、的波长范围。 50何谓密集波分复用器件信道内起伏？ 密集波分复用器件每一工作波长都具有一定的工作带宽，在工作带宽内表现出不同的插入损耗称为信道内起伏。 51 何谓密集波分复用器件插入损耗均匀性？ 不同波长的光信号经过密集波分复用器复用和解复用时,它们的插入损耗有差别，此差别称为插入损耗的均匀性。 52何谓密集波分复用器件信道隔离度？如何测试？ 密集波分复用器件信道隔离度是指某一信道的光耦合到另一信道的光功率值。测试信道隔离度可以采用光谱分析仪和可调激光器。 53何谓密集波分复用器件波长稳定度？ 主要是指中心波长位置、输出功率对温度的稳定程度。 54密集波分复用器件可具有哪些主要功能？ 密集波分

19、复用器其主要功能是对多波长进行复用和解复用，最大限度提高光纤传输容量和充分利用光纤的宽带资源，还可以实现波长上下话路的目的。 六、光纤光栅及其衍生器件 55光纤光栅的机理是什么？ 光纤光栅的机理是在纤芯中形成折射率的周期性分布,这些周期性的分布使纤芯中的基模与其反向模产生耦合,从而形成对波长有选择的反射. 56何谓光纤光敏性？如何提高光纤光敏性？ 在光纤光栅中,光纤光敏性是指光纤对紫外光诱导使折射率发生改变的性质。提高光敏性的方法有：高压掺氢、光纤掺杂 57 光纤光栅的制作方法主要有哪几种？ 光纤光栅的制作方法主要有：（1）干涉法；（2）逐点写入法；（3）相位掩模板法。 58光纤光栅在通信领域

20、有哪些主要应用？ 主要应用在：DWDM系统、OADM系统、激光器稳频、EDFA增益平坦、色散补偿。 59光纤光栅主要有哪些特点？ 光栅的工作带宽可以制作得很小，可以满足100G信道间隔得要求，且具有很好的隔离度，光栅的反射率可以达到99%，由此对应的反射损耗就很小，由于可以采用普通的通信光纤制作光栅，光栅具有很低的透射损耗，以及较低的成本，由于光栅随温度线性变化，补偿后的光栅具有良好的温度稳定性。 60评价光纤光栅有哪些主要技术指标？ 评价光栅的主要技术指标有：光栅的峰值反射率，光栅的3dB带宽，边模抑制比，透射损耗，中心波长准确度，温度灵敏度等。 61何谓光纤光栅短波损耗？有何方法进行抑制？

21、 在正常的光传输中，传输的基模与包层模正交，耦合系数为零，制作光栅中，由于形成周期性的折射率分布，使基模与一些包层模的正交产生变化，发生耦合，从而在短波方向出现损耗，此种现象称为短波损耗。抑制短波损耗的方法有：采用Depressed-clading光纤，大数值孔径光纤，以及光敏包层光纤。 62光纤光栅的温度补偿封装如何实现？ 根据光栅波长受温度和应力两种因素的影响，使这两种因素的作用相互抵消，具体实施是在光栅上施加与温度变化相反的应力，补偿由于温度变化引起的波长漂移。 63如何准确评价光纤光栅的性能指标？ 评价光栅可以通过以下几个方面：（1）光栅的反射谱特性要求反射谱的顶端平，可以用0.5dB

22、带宽这一指标来衡量；边模抑制比高；反射率达到指定的要求；（2）透射谱特性透射损耗小；在DWDM系统使用的波长范围内的短波损耗小于0.5dB；透射的带宽宽；（3）温度补偿封装要求封装后的波长位置准确；温度灵敏度小；具有良好的长期稳定性。 七光隔离器与光环行器 64 何谓光隔离器？ 光隔离器在它的工作波长范围内，对正向传输光损耗很小，对反向传输光损耗很大，它是一种互易性光无源器件。 65 光隔离器有哪几种主要类型？ 光隔离器的主要型号有：偏振相关型和偏振无关型，偏振无关型又可分为单级型和双级型。光隔离器根据应用又可分为在线型和微型化型。 66偏振相关光隔离器由哪几个主要部分组成？ 偏振相关光隔离器

23、由起偏器、法拉第旋转器、检偏器组成。 67偏振无关光隔离器由哪几个主要部分组成？ 偏振无关光隔离器由起偏分束棱镜、法拉第旋转器、检偏分束棱镜及光纤插针、自聚焦透镜组成。 68何谓法拉第旋转器？ 它在光隔离器中起何作用？ 法拉第旋转器是由磁性物质与磁光材料的组成。在磁场作用下，磁光物质使通过的偏振光振动面发生旋转，即产生旋光效应。 利用磁光材料旋光的非互易性，（例如对正向入射光，迎光看去，右旋偏振面，则对反向入射光，迎光看去，左旋偏振面。）并在其两端辅以起偏、检偏物质，形成光隔离器正向通光、反向隔离的非互易性效果。 69偏振相关光隔离器和偏振无关光隔离器有何区别？ 偏振相关光隔离器和偏振无关光隔

24、离器的主要区别是：前者对输入光的偏振状态依赖性很大，适合与激光器和其它保偏器件联合使用；后者几乎不受输入光偏振态影响，适合在光纤传输系统中使用。 70光隔离器有哪几个主要技术指标？ 光隔离器主要技术指标为：插入损耗（IL）、峰值隔离度、30dB隔离度带宽、偏振相关损耗（PDL）、回波损耗（Return Loss）、偏振模色散（PMD）等。 71反向隔离度的定义是什么？ 如何测量？ 光隔离器的反向隔离度指它对反向输入光的衰减，以分贝表示。我们假设光隔离器的反向输入光的输入、输出光功率分别表示为P反入、P反出，则光隔离器的隔离度表示为，用光谱分析仪可测得 隔离度-波长分布曲线，如下图所示： LED

25、光源 标准连接器 光隔离器 光谱分析仪 72何谓30dB隔离度带宽？ 光隔离器的30dB隔离度带宽是指对其反向隔离度大于30 dB的入射光波长范围。 73单级、双级光隔离器的区别何在？ 单级光隔离器包含一组芯件（起偏分束器、检偏分束器、法拉第旋转器），双级光隔离器包含两组芯件，所以后者反向隔离度更高，隔离度曲线更平坦。 74何谓光环行器？ 光环行器是一种多端口输入输出的非互易器件，具有正向顺序导通而反向传输阻止的特点。图1所示的即是三端口光环行器的工作示意图，从端口1输入的光只能从端口2输出，从端口2输入的光只能从端口3输出，即光可传播方向为1231，相反方向光传播则被禁止，即2 1，3 2，

26、1 3。由于实现31的功能会使环行器的结构变得更加复杂而且实际中应用得较少，故一般环行器只实现了123的功能，称为准光环行器。 图1. 光环行器工作原理图 75光环行器有哪些技术指标？ 光环行器的技术指标包括插入损耗（12、23）、隔离度（21、32、串音（13）、偏振相关损耗（PDL）、偏振模色散（PMD）、回波损耗。 76光环行器有哪些用途？ 光环行器的非互易性能使其成为双向通信中的重要器件，它可以完成正反向传输光的分离，在双向长途干线通信、双向放大器及时域反射计中将有广泛的应用。特别是随着光线光栅这种新型在线光器件的日益成熟及应用，起着提取光线光栅Bragg反射光的光环行器的需求量将与日

27、俱增。这方面的主要应用有高速率长途通信的光纤色散补偿及密集型光分插复用器（OADM）等。 图2 环行器+啁啾光纤光栅色散补偿装置图 (a) 图3 (a)原有的网络传输系统；(b)应用环行器的网络传输系统 2)、双向通信系统 77何谓光纤准直器？ 光纤准直器是光通信系统和光纤传感系统中的基本光学器件，它由四分之一的自聚焦透镜（GRIN）和光纤组成。其用途是将光纤发出的发散光束变换为平行光束，以提高光纤间的耦合效率。 78光纤准直器有哪些主要技术指标？ 技术指标包括：插入损耗和回波损耗。 79光纤准直器有哪些用途？ 光纤准直器广泛应用于光通信器件和光纤传感系统，用于提高输入输出的耦合效率，如光隔离

28、器、光环行器、光开关、光密集波分复用器、滤波器等。 80什么是自聚焦透镜？ 光线在平方折射率分布光纤中的传播轨迹为正弦曲线，由一点发出的不同角度的光线经过一周期的传播后又会聚到另一点，这一特性与透镜的聚焦作用完全类似，因此称这种光纤为自聚焦光纤。自聚焦透镜实际上可以看成是一段自聚焦光纤，所不同的只是其芯径大（可达2mm或更大），长度短（仅12个周期长），数值孔径大（0.20.6）。 81何谓偏振相关损耗（PDL）？ 当输入光的偏振态发生变化而其它参数不变时，器件插入损耗的最大化量即为偏振相关损害，是衡量器件插入损耗受偏振态影响程度的指标。 82如何测试器件偏振相关损耗？ 具体测试方法是：改变待

29、测器件前端输入光的偏振状态，将测得的器件最大损耗减去最小损耗，即为偏振相关损耗。 83何谓偏振模色散（PMD）？ PMD是光纤及光器件的一个基本参数。当光信号在光纤及光器件中传播时，可看作由两个垂直的偏振态组成，它们的传播速度有一定的差异。对于一个给定的波长，这两个偏振态在传播结束时其传播时间会产生差异，这种差异称为群时延（DGD）。PMD在一般情况下就用所测波段范围内的平均DGD表示，单位典型采用ps(1ps=10-12s)。当光纤长度较长时，PMD可用光纤长度的平方根归一化，其单位为ps/km1/2。 84如何测试偏振模色散？ 实际测量光纤及光器件中的DGD，从而得知PMD是很不实际的，因

30、为此时延差太小，所以实际可行的PMD测量方法都是应用间接测量法。 图4. 琼斯矩阵法简图 应用较多的方法有琼斯矩阵法和波长扫描法。琼斯矩阵法是根据测试光纤的偏振传输函数进行测量的，其装置如图4所示。琼斯矩阵是一个2x2复矩阵，它从数学上描述了测试光纤和光器件在某一波长处的偏振传输函数。在图4中，一可调谐激光器和偏振仪被用来测量光纤在一波长范围内相等波长间隔的琼斯矩阵。通过比较相邻波长的琼斯矩阵，解出本征态和本征值，就能导出某一特定波长间隔的DGD和基本偏振态。这一过程继续进行，直到计算出在整个波长范围内的DGD, 其平均值即为PMD。此法的主要优点是它直接提供了偏振态之间的群时延及其统计特性，最小可测量的PMD可达0.005ps。它的主要缺点是测量速度慢