在多模光纤的输出端面的光强度分布，实质上是一个复杂的干涉场分布，它是由在光纤传播的多个模式的相位改变决定的。超声场不同程度地改变这些模式的相移，进而控制输出场的强度，实现幅度调制。控制两个偏振模式之间的声致相位差，可以对光纤输出光进行偏振调制，单模光纤实际上是双模光纤，这是因为单模光纤传输的是具有相同传播常数但偏振方向互相正交的基模的两个简并模式。两个偏振模式之间的声致相位差可以看作偏振态在旋转，这样通过检偏器可得到对应于声致双折射的强度调制信号，实现对光纤中的激光进行相位调制。

超声波在光纤中传播时对光纤的作用可以看作是光纤受迫做周期性微弯运动，引起光纤发生周期性形变，光纤形变的两个主要参数是弯曲的空间周期和形变的幅值。当声波耦合到光纤中时，对光纤中传播的各种光模式产生强度调制，使光功率在芯模之间重新分配或者从芯模耦合到辐射模(损耗)。对后者来说，辐射模的一部分可以被包层俘获成为包层模沿光纤继续传播。根据偶合模理论，如果光纤的轴向上存在周期性的微弯，光功率就会在具有不同传播常数的模式之间发生耦合。

根据上述原理可制作各种全光纤声光器件，可以制作模式耦合器、模式选择滤波器、光纤频移器、干涉仪、调制器、可调滤波器等一些常用的器件。与声波发生相互作用的可以是光纤的两个空间模式、偏振模式，声光互作用介质可用双芯光纤或同轴光纤也可以是保偏光纤或高双折射光纤、抛光的"D"形光纤等。

全光纤声光器件较多采用单根多模光纤(通常为双模)，也采用普通的单模光纤和双芯光纤。光纤由纤芯和包层组成。纤芯材料的折射率大于包层材料的折射率，使光能限定在光纤内传播。在多模光纤中，光纤内传输的光具有不同的模式，其数目由光纤的数值孔径和纤芯的直径决定。数值孔径随纤芯与包层之间的相对折射率差的增大而增大。在光纤内能够传输的光波长必须大于光纤的截止波长。光纤的纤芯形状可以是圆形或椭圆形的。光纤的纤芯数目可以是单芯或双芯的。

光纤声器件所用的压电换能器分为薄片式和薄膜式两类。薄片压电换能器先加工制作好再与光纤接合，接合的质量会影响超声波的耦合损耗，从而影响换能器的工作带宽。为了能使光纤传输光的两个正交偏振模产生耦合，压电换能器的工作频率与双折射光纤的拍长相匹配。由于换能器工作频率与光纤的拍长成反比，所以压电换能器的工作频率受光纤拍长的限制。利用声楔技术可以使换能器的工作频率得到提高。声楔粘接在光纤与压电换能器之间，由换能器激励的声波进入声楔后，经声楔导入光纤。适当减小楔角，即可使换能器的工作频率得到一定的提高。使用此类压电换能器存在与光纤接合质量的问题，致使其转换效率和带宽受到一定影响且工艺重复性差。使用薄膜换能器时，则直接沉积在作为互作用介质的光纤上，不存在粘合问题。使用薄膜压电换能器使光纤声光器件的工作频率和带宽得到较大提高。当薄膜换能器制作在圆形光纤表面上时，换能器的柱面具有使声束聚焦的作用，增大了纤芯处的声能密度，从而有利于获得较强的光衍射。如果利用光纤整个圆柱形的表面沉积压电薄膜，则可制成圆筒声谐振器，可达到较高的谐振频率。薄膜压电换能器也可以沉积在圆形玻璃毛细管上，光纤在毛细管轴心穿过，这时压电换能器激励的声波穿过毛细管壁再进入光纤。或者把压电薄膜沉积在经过加工研磨的玻璃毛细管上，再套装在光纤上，构成一种可以方便按照和拆卸的结构，它不需要切断传输光纤通道，而又方便在光纤上安装、移动位置和拆卸。

为了利用已有体声波器件和表面波声光器件的成果，还发展了一种混合结构的光纤声光器件。即在体波声光器件或表面波声光器件的输入、输出端直接耦合光纤接头，通过该接头把声光器件直接接入光纤系统。这种结构的器件称为带纤声光器件。

光纤声光器件接入光纤系统后，不用调整光路，也不用进行输入、输出的耦合，是一种直列式的器件，插入损耗小、体积小、重量轻，在光纤通信、光纤传感和信号处理中有广泛的应用前景。

光纤陀螺与激光陀螺一样都是基于Sagnac效应，只是用光纤代替干涉仪的环状光路构成光纤Sagnac干涉仪。工作方式有:脉冲法、相位调制法、频率变化法、双束输入法、分布耦合法、光外差法、光路分离零拍发、散焦法、垂直偏振法等。干涉式光纤陀螺的工作原理如图1-1所示， 测试系统的关键技术是解决怎样准确测出激光由于相对运动引起的相位变化或频率变化值。由于激光的频率极高，光电探测器要想直接测出光频或相位的瞬时变化量基本上是不可能的，利用外差检测法测量两束光纤中左右旋转的两束光的相位差或频率差。其中声光器件通常是全纤声光器件或带纤的声光器件，作用是对光纤中左右旋转的两束光中的一路激光产生移频，声光器件的移频量容易精确控制，通过外差检测法在光电探测器和频谱分析仪上就可以精确测出任意时刻光频的瞬时相位变化值，即可以算出对应的旋转角速率或其他参数。

光纤干涉型水听器工作原理如图1-2所示。 输入激光用光耦合器分为两路，一路输入到参考光纤做参考臂，另一路输入暴露于声扬的传感光纤中。传感光纤由于受声场的作用，激光频率或相位发生改变，只要测出频移或相移就可以得知待测声场的参数，同前面提到的其他光学测量系统一样也存在由于光频太高无法直接测量频移或相移的问题。另一路输入到参考光纤的激光通过一个声光器件进行移频后再与通过传感光纤的激光合到一起进入光电探测器，就可测出两路光的频差或相差，由于声光器件的移频量容易精确控制，所以两路光的频差或相差能够很精确地测量。

光纤声光器件是依据光纤导声波与导光波相互作用理论而制作的一种全光纤型的声光器件，它与前面提到的表面波声光器件和体波声光器件的工作原理类似。光纤声光器件的声光互作用介质一般是多模光纤(通常为双模)，为此把这类器件称为光纤声光器件。构成光纤声光器件的基本物理要素有两个，一是需要激励起沿光纤传播的弹性波，二是光纤波导应能够支持光能量相互转换的两个波导模式。如果两个导模之间的拍长与声波波长满足谐振条件(布拉格条件)，则有可能利用光纤波导中的声光效应实现两导模之间的功率耦合，构成所需的声光器件。

全光纤声光器件的发展主要有两个主流方向。一个是双模光纤系列，另一个是最近几年发展起来的光纤熔锥系列声光器件，而且均采用光纤弯曲声波模式。采用弯曲声波是因为这种声波模式的特点与光纤周期性形变一致且容易实现，当然根据具体的需要也可以采用扭转模式和纵向模式。

双模光纤有两个空间模式，即基模和次阶模，这比利用偏振模式要容易实现，且无需特种光纤，同时具有与现有的光纤通信和传感系统兼容等优点。弯曲声波引起光纤折射率的周期性变化和几何形变实际上是对光纤的微扰，当光纤中的两个模式之间的拍长等于声波波长时，发生谐振耦合。与块体和表面波声光效应类似，双模光纤中的声光效应可以实现许多功能。如全光纤移频器、调制器、梳状滤波器、声光可调谐滤光器等，这些器件已经在全光纤可调激光器和光纤干涉仪的外差解调等方面得到了应用。

光纤器件按功能分类，有光连接器、光耦合器、光开关、波分复用器和波分解复用器、光衰减器、光环行器、光隔离器和光调制器等。

光连接器 实现光纤与光纤或光纤与其他器件光学连接的器件。它的主要参数是插入损耗。光连接器品种甚多,按插孔的结构型式分，有O型、C型和V型等;按光纤种类和芯数分，有多模、单模光纤连接器，多芯、单芯光缆连接器等;按应用场合分，有通用式、现场装配式、密封式和穿墙式等。通用的多模单芯光缆连接器的插入损耗一般为 0.5~1分贝(图2)。单模光纤连接器的最低插入损耗可达 0.3分贝。

光定向耦合器 使光路之间按比例实现能量耦合,且分光路线与传输方向有关，可作成三端口或四端口器件。根据结构和工艺的不同，可分为拼接式、拉锥式、棱镜式、平面式等(图3)。光定向耦合器的主要参数是插入损耗、分光比和隔离度。主要用于单线双向传输及数据网等。 星形耦合器 使一个或几个光路中的光能耦合到同一边(或另一边)一个或几个光路中的近似星形器件。将能量耦合到同一边光路的称为反射式星形耦合器;将能量耦合到另一边光路的称非反射式星形耦合器。按其对称性又可分为1×n型和n×n型等。按结构与工艺的不同，星形耦合器可分为拉锥式、搅模棒式等(图4)。星形耦合器的主要参数与光定向耦合器相同。它主要用于星形光纤网络。

T 形耦合器 使两个端机接到一个主传输线路上去的器件。主要结构和参数与星形耦合器相同，主要用于母线网络。

光开关 使一个或几个光路中的光能接通、切断或转换到另一个或几个光路中去的器件。按转换型式可分为1×n型和n×n型(矩阵开关);按转换机理可分为机械式和折射率式(图5)。光开关的主要参数是插入损耗、隔离度、重复性、转换时间和寿命。它主要用于光路的切换。

波分复用器 使两个或两个以上不同波长的光载波共用一个光路的器件。按色散元件分有棱镜式、光栅式和干涉模式等。其主要参数是插入损耗、隔离度等。它主要用于单线双向传输和光纤网络传输。

波分解复用器 使共用一个光路的不同波长的多个光载波分到各自光路中去的器件。其主要参数、结构和用途均与波分复用器相同。

光衰减器 使光路的光能按一定比例衰减的器件。按衰减量的可调性可分为固定式、分级可调式和连续可调式(图6)。其主要参数是衰减量及其精度。它主要用于调整中继区间的损耗、评价光纤传输系统损耗和校正光功率计等。

光纤器件除应用于光纤通信外，还可应用于非通信领域，如传感技术、数据处理和计算技术等。特别是光纤传感器尤其受到人们注意，它的进展将会促进光纤器件的发展。此外为了适应单模光纤传输系统的需要，光纤器件将在平面型器件的基础上向混合集成光路方向发展，对光纤传输系统会产生重要的影响。

光纤器件有光纤型、棒透镜型和平面型等结构。光纤型器件是光纤经过研磨抛光、热熔拉锥或镀膜等工艺制成的。加工较为简便，无需特殊材料，因而成本较低。棒透镜型器件是用棒透镜或配以必要的其他微光学元件制成。棒透镜是横断面折射率呈抛物型分布、对传输光束有自聚焦作用的圆柱形透镜，又称自聚焦透镜(图1)。这种透镜的特点是焦距小、数值孔径大、像差小、加工和连接方便、调准容易。由两根长度为1/4节距的棒透镜所构成的准直-聚焦平行光路适用于多种光纤器件。平面型器件以铌酸锂等作衬底材料，用集成电路工艺制成。其特点是体积小、抗外界干扰性能好，是集成光学器件的一种初级形式，又称薄膜光波导无源器件。

光连接器

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。

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Φ9μm)，应用于单模光纤光缆系统;

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Φ50μm)，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Φ62.5μm)，应用于数据光纤光缆系统。

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

光衰减器的主要类型分为:光可变衰减器(连续可变光衰减器， 分档可变光衰减器)和光固定衰减器

小型可变衰减器

小型可变光衰减器的衰减范围为0~25dB。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。

光耦合器是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。

光耦合器的分类:光学分立元件组合型，光纤熔融拉锥型、平面波导型。

熔融拉锥全光型耦合器

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。

特性: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。

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。

分类: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。

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。

光隔离器的主要型号

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。

偏振相关光隔离器和偏振无关光隔离器的区别

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。