第三章光功率分配器

光模块1分4的原理主要涉及光的分路和合路。

在无源光网络（如EPON、GPON、BPON、FTTX、FTTH等）中，光分路器是一种重要的集成波导光功率分配器件，能够实现光信号的分路。

当光信号在单模光纤中传输时，光能量并不能完全集中在纤芯中传播，有少量光能量是通过靠近光纤包层进行传播的。

当两根光纤纤芯距离足够靠近时，一根光纤中传输的光信号就可以进入另一根光纤，这就是光信号在两根光纤中得到重新的分配，这也是光分路器的工作原理。

在光模块1分4的情况下，一个1x4的光分路器可以将一路输入光信号等比分成四路输出光信号，并在四个不同的通道内进行传输。

这种分路器通常由玻璃或塑料制成的光学波导器件组成，具有很低的插入损耗和均匀的输出功率等特点。

除了光分路器外，光模块1分4的原理还涉及到光的调制、解调、探测和传输等多个方面。

在实际应用中，还需要考虑光模块的耦合效率、传输距离、传输速率、传输格式等因素，以确保光信号的可靠传输和正确接收。

8
包皮
斜面 APC
(a) 三 种 常 见 的 物 理 接 触
套筒
插针 粘结剂 光纤
(b) 光 纤 插 针 与 套 筒 连 接 示 意 图
(C) 连 接 器 插 头 和 插 座
• 连接器的基本结构包括接口零件、光纤插针和对中三部分。
• 光纤插针的端面有平面、球面（PC）或斜面(APC, Angled Physical Contact)。
• 这种结构的星形耦合器适合构成大规模的NN星形耦合器，利用这种技术已 制成用于 1.55 m 波段的 6464 和 144144 星形耦合器。
3.2 光衰耗器
光衰减器是用来稳定地、准确地减小信号光功率的 无源光器件。 光衰减器主要用于调整中继段的线路衰减，测量光 系统的灵敏度及校正光功率计等。 光衰减器分固定衰减器和可变衰减器两种。 （1）固定衰减器，其造成的功率衰减值是固定不变
0.5 0.1 0.1 60 1000 40+800C
长距离干线网, 高速率数字系统 或模拟视频系统
SC/PC
SC/APC
ST/PC
凸球面 轴向插拔
矩形 0.3 0.5 0.1 0.1 40 1000 40+800C
用户网 或局域网
80 斜面 轴向插拔
矩形 0.3 0.5 0.1 0.1 60 1000 40+800C
第三章 光纤通信无源器件
– 3.1 光纤的连接与耦合 – 3.2 光衰耗器 – 3.3 光开关 – 3.4 光隔离器 – 3.5 光环行器 – 3.6 波分复用/解复用器件
3.1 连接器
连接器 插头
插座
• 连接器是光纤通信中应用
最广泛最基本的光无源器件；
• 连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现 光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件；

不同材料光电二极管的响应度曲线
e0 h
2）响应波长
光电效应满足条件： hv E g
即 hc/Eg
截止波长：
c=Ehcg
= 1.24（m）
Eg(eV)
响应波长：Si:
0.51.0m
Ge , InGaAs: 1.01.6m
当入射波长太短时，大量光子在 零场区被吸收，光电转换效率会 下降。
3、PIN光电二极管主要特性参数 1）光电转换效率
量子效率η：
光 生 入 电 射 子 光 对 子 空 数 穴 对 P I0 P //h e0I P P 0h e0
响应度R： 一次光生电流IP和入射光功率P0的比值
RIP e0(A/W) P0 h
R IP (m)
3.4 光接收机的灵敏度
灵敏度Sr:在满足误码率或信噪比的条件下，光接 收机最低接收的平均光功率〈P〉min，并以dBm为单位。由 定义得到
Sr 10lg1P0min3 dBm
灵敏度的影响因素
1）检测器和放大器噪声的影响 2）比特速率的影响
p T 3 2 min
p T 7 6 min
I层作用：增加了耗尽层宽度。提高响应速度、光电 转换效率。
光 抗反射膜
电极
P＋
(n ) N＋ E 电极
2、工作原理 如果断开电路？ 则不会有电流 只有电势
当光从P区一侧入射，则光能量在被吸收的同时仍继续 向 N区一侧延伸吸收，在经过耗尽层时，由于吸收光子能量， 电子从价带被激励到导带而产生电子空穴对（即光生载流 子），并且在耗尽层空间电场作用下，分别向N型区和P型区 相互逆方向作漂移运动，并在外部电路形成光电流。
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放大器增益随输出功率的变化
放大器噪声
所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射(或散射)叠加到信号光上，导 致被放大信号的信噪比(SNR)降低，噪声降低程度用噪声指数来表示
Fn
(SNR)in (SNR)out
由散粒噪声限制的理想探测器 (SN )inR Ip 2 22q((R RiiP n )P n )2f 2h P i n vf
( 1
0 )2 R
4
二能级光放大器增益谱及相应介质的洛沦兹增益谱特 性
增益饱和
当P 增大至可与 Ps 相比拟时，g()降低，放大系数G()随信号功率增
加而降低，这种现象叫增益饱和。
设输入光信号频率位于增益峰值（ 0 ）处，光功率随距离按下
述关系变化 dP g 0 P dz 1 P Ps
利用初始条件： P (0 )P in ,P (L )P ou tG in ,P 对上式在放大器长度限内积分， 可得放大器增益为
在小信号放大时 P/Ps 1 ，增益系数为
g()1(g00)2R2
增益带宽定义为增益谱 g() 降至最大值一半处的全宽(FWHM)
g
gቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2
1
R
放大器的增益或放大倍数为
G Pout Pin
在长度为L的放大器中，光信号沿长度逐步被放大，光功率
随距离的变化规律:
dP gP dz
P(z)Pinexgp)z(
由自发辐射引入的噪声的谱密度几乎是一个常数（白噪声），可表示为
Ssp(v)(G1)nsphv
噪声电流的变化可表示为 24(RG in)R (PsS p )f
放大信号的SNR为
(SN )oR u t (I)22(RG 2in)2P 4G Ssp i nP f