2011-無(wú)源器件2

1、5.4 光波復(fù)用器-波長(zhǎng)選擇性器件 光纖波分復(fù)用（WDM）傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。包括光波分復(fù)用器(合波器)和光波分去復(fù)用器(分波器)。波分復(fù)用是光纖通信特有的技術(shù)。細(xì)分Wavelength Division Multiplex和Dense Wavelength Division Multiplex 。WDM可跨越光纖通信的三個(gè)窗口，DWDM在各窗口的間隔小于100GHz。WDM與FDM相比，F(xiàn)DM的信道間隔更窄，可到幾個(gè)GHz。棱鏡型衍射光柵型型一般類型干涉膜濾光片型F-P型 M-Z型15.4.1 棱鏡型波分復(fù)用器利用分光棱鏡對(duì)不同波長(zhǎng)的光有不同的折射率，因而各波長(zhǎng)從棱鏡輸出有不同的折射角（或從

2、不同輸入角輸入有同一輸出方向）這一原理進(jìn)行復(fù)用與去復(fù)用。 t 1 2 3輸入光纖123棱鏡型光波復(fù)用器示意圖 輸出光纖t）對(duì)色散率較大的火石玻璃,色散率在10-4 - (-5)/nm量級(jí),若分辨WDM系統(tǒng)載波間隔為0.4nm的載波,棱鏡有效底寬？ 8cm25.4.2 衍射光柵型波分復(fù)用器 光柵比棱鏡分光有很大優(yōu)勢(shì)，是制作波分復(fù)用器的主要分光元件。 輸出光纖 輸入光纖1n自聚焦透鏡 光柵光柵型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖光柵周期數(shù)光譜衍射級(jí)次1/4LP同一例子，取1級(jí)衍射，需要4000個(gè)周期數(shù)（柵條），對(duì)于 1200條/mm的光柵只要4mm.3 5.4.3 干涉型波復(fù)用器 1.干涉濾光片(膜)型干涉原理

3、制成的濾光片 由厚度為四分之一波長(zhǎng)的、高低折射率材料交替的兩組膜系相對(duì)組合在一起組成-G(HL)N(LH)NA。譜范圍任選，可達(dá)幾十nm，最小埃量級(jí)。 峰值透過(guò)率光學(xué)性能參數(shù) 通帶半寬度 中心波長(zhǎng)透明基片GHLHLHLHLLHLHLHLHT 0 Tmax透通，不透（反）阻4第一個(gè)濾光片對(duì)波長(zhǎng)1是阻帶，使1的光幾乎全反射而被分離出來(lái)；同理第二個(gè)濾光片是2的阻帶，將波長(zhǎng)2的光分離而出；如此等等。干涉濾光片光波復(fù)用器123 4 m1 2 3 4 m52.F-P型光波復(fù)用器( Fabry-Peyrot腔型濾波器) F-P腔用途非常廣泛。塊狀型和光纖型的F-P腔工作原理一樣。（一般濾波器以外的特性參量：

4、自由光譜區(qū)，精細(xì)度）L M1 M2 t1 r1 r2 t2等效結(jié)構(gòu)內(nèi)表面鍍高反膜形成腔體AiA4A3A2A1相鄰光束的幅度相差系數(shù) A1/A2 = 相位差功率傳輸系數(shù) TTout/Tin諧振波長(zhǎng)頻率A2= r1 r1 Ai t1 t2 A1= Ai t1 t26 設(shè) t1 = t2 ，r1 = r2 ， T=t2, R=r2 ； 由 TTout/TinTf精細(xì)度（FR）FSR 3dB帶寬自由光譜區(qū)（諧振間隔）F1(R)F2(R)F-P濾波器特性參數(shù) (精細(xì)度,自由光譜區(qū),3dB帶寬 ，峰值透過(guò)率)峰值透過(guò)率諧振曲線的銳度7F-P復(fù)用器的選頻作用到底有多少載波數(shù)能濾出來(lái)？顯然其自由光譜區(qū)必須大于

5、信道復(fù)用信號(hào)的載波頻譜總寬度。入射光波光譜寬度小于諧振頻率間隔（自由譜域）。fm fm+1 fF-P支持的載波數(shù)目N：N=F/6.4精細(xì)常數(shù)F由反射率決定，光纖類的F-P腔雖可以做到數(shù)百，但單級(jí)F-P腔的精細(xì)度還是受到限制。為了提高F值，采用串聯(lián)方式。 8a)串接F-P腔光濾波器兩腔長(zhǎng)度整數(shù)m倍的關(guān)系短腔諧振譜長(zhǎng)腔諧振譜串接腔諧振譜fff結(jié) 論短腔的自由譜域, 長(zhǎng)腔的3dB帶寬, 精細(xì)度提高m倍.9b)游標(biāo)式級(jí)聯(lián)F-P腔光濾波器腔長(zhǎng)接近腔1腔2級(jí)聯(lián)腔fff有效提高精細(xì)度，作為解復(fù)用器，可增加支持的載波數(shù)。10c)光纖F-P腔光濾波器“在線”元件其他用途：穩(wěn)頻，測(cè)譜結(jié)構(gòu)，高靈敏度的傳感器。光 纖

6、自聚焦棒自聚焦棒光 纖光 纖光 纖光 纖光 纖光 纖光 纖小自由譜域 中自由譜域大自由譜域11M-Z型光波復(fù)用器(M-Z濾波器-干涉議)定向耦合器傳輸矩陣 干涉臂傳輸矩陣只有端口1輸入，電場(chǎng)強(qiáng)度為E1,那么輸出端口3、4與其關(guān)系： 耦合率C3. 波分復(fù)用器-波長(zhǎng)選擇性器件-干涉型之三f1 f 2 f 3 f4 34l1l21 in 2 outf1 f 3 f 2 f4 干涉膜濾光片型F-P型 M-Z型光交錯(cuò)復(fù)用器上下載復(fù)用器OADM123dB耦合器C=0.5,在相位匹配條件下,只有1端輸入功率P1時(shí)，3、4端的輸出功率P3、P4傳輸系數(shù)13Tf T1-4 T1-3峰值對(duì)應(yīng)的頻率 頻率差:三者皆

7、為由臂長(zhǎng)差決定=m，峰值輸出 140.8nm 100GHZ 密集M-Z濾波器多級(jí)串接 2 2 4 4 4 4f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 inf1 f3 f5 f7 f2 f4 f6 f8 f1 f5 f4 f8f1 f5f3 f7f2 f6f4 f80.2nm25GHZ光路可逆，DWDM系統(tǒng)中前景看好 f155.5 偏振控制器-控制光波的偏振狀態(tài) 由兩個(gè)相位波片構(gòu)成。 瓊斯矩陣法分析光波的偏振狀態(tài)的方法 棒加球法 耦合模理論法瓊斯矩陣法用相互正交的分量表示偏振態(tài)的光矢量 用矩陣表示線性偏振元件的特性 通過(guò)矩陣運(yùn)算確定偏振光通過(guò)偏振元件后 偏振態(tài)的變化。場(chǎng)強(qiáng)的瓊斯矢量：場(chǎng)矢量

8、E，由兩個(gè)復(fù)振幅表示，包括幅度和位相. 歸一化后，提高耦合效率相干光通信系統(tǒng)傳感器16歸一化后的場(chǎng)強(qiáng)瓊斯矢量 x方向線偏振光： y方向線偏振光：與x軸成角線偏振光： 與x軸成（/2）+角線偏振光：左、右 旋 橢圓偏振光：左、右旋 圓偏振光：x17產(chǎn)生延遲量和改變主軸方向 1/4波片 1/2波片光軸位于 平面內(nèi)的 晶體薄片光波偏振狀態(tài)的描述-橢圓狀態(tài)描述(長(zhǎng)、短軸半軸長(zhǎng)分別為a、b)xyyxab延遲器在xoy坐標(biāo)系中的方位角為， 在xoy坐標(biāo)系的方位角為0正橢圓，橢率角不變arctg(a/b)方位角 橢圓長(zhǎng)軸與x軸的夾角橢率角 arctg(a/b）具體應(yīng)用分析18延遲器延遲器如何作用？任意橢圓偏

9、振光 指定方向線偏振光任意橢圓偏振光兩個(gè)相互垂直振動(dòng)的合成1/4波片的作用改變主軸的方向,將任意橢圓偏振光變成線偏振光1/2波片的作用改變主軸的方向， 將任意方向的線偏振光變到指定方向19有興趣的同學(xué)試用瓊斯矩陣法分析延遲器的工作原理。偏振態(tài)控制的幾何示意圖幾何表示x y ,y ,xx ,y x y ,方位角橢率角=arctg(a/b） 20光纖型偏振控制器-應(yīng)用光纖彎曲（彈光效應(yīng)）產(chǎn)生的雙折射彈光系數(shù)P11=0.12, P12=0.27 泊松比 0.16延遲量n=1.46r 光纖半徑 R 環(huán)圈半徑給定的延遲量多值延遲延遲計(jì)算雙折射公式215.6 光環(huán)行器 optical circulator

10、 用途：通信系統(tǒng)；局域網(wǎng)；光放大器；色散補(bǔ)償；傳感領(lǐng)域參數(shù)指標(biāo)： 端口：三端口or四端口 工作波長(zhǎng)（nm）：1310，1550 插入損耗（dB）：典型值-0.6、0.8 通道典型隔離度（dB）：50串?dāng)_（dB）：50偏振相關(guān)損耗（dB）：0.15偏振模色散（ps）：0.1回波損耗（dB）：50最大功率（mW）：300工作溫度（）：070儲(chǔ)存溫度（）：-408522光環(huán)行器原理和結(jié)構(gòu)示意1322雙折射晶體相位旋轉(zhuǎn)器法拉第旋轉(zhuǎn)器雙折射晶體偏振合束器轉(zhuǎn)向鏡23可調(diào)光衰減器固定光衰減器用于調(diào)節(jié)光線路光平；測(cè)量光接收機(jī)靈敏度校正光功率計(jì)評(píng)價(jià)光傳輸設(shè)備光纖通信 光學(xué)測(cè)量 光計(jì)算 光信息處理光衰減器的衰減機(jī)

11、理耦合型反射型吸收型 用途5.7 光衰減器 一種用來(lái)降低光功率的光無(wú)源器件。241.耦合型光衰耗器通過(guò)輸入、輸出光束對(duì)準(zhǔn)偏差的控制來(lái)改變耦合量的大小，達(dá)到改變衰減量的目的。2.反射型光衰減器在玻璃基片上鍍反射膜作為衰減片，由光波與衰減片的角度或膜層的厚度改變反射量的大小，達(dá)到改變衰減量的目的。 為了避免反射光的再入射而影響衰減器性能的穩(wěn)定，衰減片與光軸按一定角度傾斜放置。傾斜角一般取100或50。253.吸收型光衰耗器采用光學(xué)吸收材料制成衰減片因這種衰減片的反射光很小，光可以垂直入射到衰減片上轉(zhuǎn)向棱鏡衰減量隨角度變 26可變衰耗器的主要技術(shù)指標(biāo)衰減范圍(連續(xù)可調(diào)與 步進(jìn)可調(diào))衰減精度衰耗重復(fù)性

12、插入損耗等。連續(xù)可調(diào)衰減器一般可在060dB連續(xù)可調(diào)。步進(jìn)可調(diào)式光衰耗器一般每步為10dB,范圍由步數(shù)決定，如5步進(jìn)式的最大衰減量為10dB5=50dB。串接可以擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍。衰減精度隨衰減量大小有所不同，國(guó)產(chǎn)QSK型可調(diào)衰減器精度在0.5dB-3.0 dB。插入損耗4dB。275. 8 光開(kāi)關(guān)一種將光波在時(shí)間上或空間上進(jìn)行切換的器件。作用 控制和轉(zhuǎn)換光路。用途光纖通信系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、交換技術(shù)、光纖測(cè)試技術(shù) 光纖傳感系統(tǒng)等性能要求 插入損耗小、開(kāi)關(guān)速度快、串?dāng)_小、消光比高、 重復(fù)性好、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊等。根據(jù)工作原理，光開(kāi)關(guān)有機(jī)械式和非機(jī)械式兩類。插入損耗比較小,一般小于2dB；隔離度高，

13、一般大于45dB；不受波長(zhǎng)和偏振狀態(tài)的影響;開(kāi)關(guān)時(shí)間比較長(zhǎng)，mS數(shù)量級(jí);易磨損,重復(fù)性不大好，有時(shí)還存在回跳動(dòng)問(wèn)題。依靠各種光效應(yīng)改變光波導(dǎo)的折射率，從而改變光路。開(kāi)關(guān)時(shí)間短，可達(dá)到nS數(shù)量級(jí)甚至更??；體積小,便于集成.不足的地方是插入損耗大，隔離度低一般只有20dB左右串光性能不理想，28從控制端口的數(shù)量劃分 1N NN1N一個(gè)端口控制N個(gè)端口 最簡(jiǎn)單的是N=1，目前已能做到N=100；NN多個(gè)端口間光信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作 可做到7878以上器件。插入損耗隔離度相隔離的輸出端口的光功率的比值 工作波長(zhǎng)消光比 兩個(gè)窗口之間處于導(dǎo)通和非導(dǎo)通狀 態(tài)的分貝表示的插入損耗之差 開(kāi)關(guān)時(shí)間施加或撤去轉(zhuǎn)換能量的時(shí)刻起測(cè)量 主要特性參數(shù)29插入損耗 消光