電子科大第5章 光無(wú)源器件 (1).ppt

1、第五章無(wú)源光學(xué)器件，2。如何在光纖系統(tǒng)(傳感和通信系統(tǒng))中實(shí)現(xiàn)連接、分割、分離、濾波、波長(zhǎng)分割、關(guān)閉等功能。無(wú)源器件：沒(méi)有電支持的有源器件：需要電支持，如光源、光電探測(cè)器等。3。主要光纖無(wú)源器件，光纖連接器，光耦合器，光隔離器，光環(huán)行器，光柵，光濾波器，光開(kāi)關(guān)，光波分復(fù)用器件，本章概述，4，1，光纖連接器，功能：光纖連接，光纖器件之間的互連，光纖連接器的基本元件，5，連接器插頭，插頭元件和插針材料插頭根據(jù)其端面形狀可分為三種類(lèi)型的光纖跳線(xiàn)，6，轉(zhuǎn)換器，俗稱(chēng)法蘭，有光纖通道，超導(dǎo)和有源功率控制。不同類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換。7，光纖連接器性能，插入損耗，反射損耗重復(fù)性：特定連接器多次插入和插入的插入損耗統(tǒng)

2、計(jì)平均值，互換性：更換插頭或轉(zhuǎn)換器后插入損耗的波動(dòng)范圍，8，光纖耦合器，9，分類(lèi)：功能劃分：功率分配/波長(zhǎng)分配端口劃分：x (22)/Y (12)/星形(NN)/樹(shù)形(1N)工作帶寬劃分：?jiǎn)喂ぷ鞔翱谡瓗?單工作窗口寬帶/雙工作窗口寬帶傳導(dǎo)模式劃分：?jiǎn)文?多模，第一， 現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域，光纖耦合器是光纖應(yīng)用領(lǐng)域中的一種傳輸方式：光纖通信系統(tǒng)、光纖激光器、光纖傳感器、光纖測(cè)量技術(shù)及系統(tǒng)等。 10.2.工作原理、原理(X型光纖耦合器結(jié)構(gòu)圖)、半徑、n1芯、包層、2A、倏逝、N2、弱導(dǎo)電性、單模光纖耦合器倏逝場(chǎng)示意圖：折射率、11、12、3、熔錐型光纖耦合器制造、13、4、光纖耦合器主要技術(shù)參數(shù)、插入損

3、耗、超額損耗、耦合比、0.05分貝、14、方向性均勻性偏振相關(guān)損耗(旋轉(zhuǎn)360度)隔離(波長(zhǎng)分布型)、60dB、15。思考：影響X型光纖耦合器分光比的主要因素是什么？光纖耦合器如何實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)分配？16，增刊：偏振和偏振器。偏振具有方向性，根據(jù)平行或垂直于入射面的偏振方向，偏振分為偏振光和偏振光。偏振器：特定振動(dòng)方向的光可以透射。補(bǔ)充：雙折射和雙折射晶體。雙折射：入射到介質(zhì)上的一束光被折射并變成兩束，兩束都是線(xiàn)偏振光。如果自然光用于入射，則光強(qiáng)相等。光軸：沿此方向沒(méi)有雙折射晶體：當(dāng)光沿非光軸方向入射時(shí)，O光和E光分離。18，3。光隔離器又稱(chēng)光單向器件，是一種具有非互易光傳輸?shù)墓鉄o(wú)源器件，其基本功能

4、是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的前向傳輸和抑制后向光，即具有不可逆性。光隔離器： LD分類(lèi)在通信系統(tǒng)中SLD光盤(pán)系統(tǒng)中的重要性：模塊/光纖/波導(dǎo)原理：偏振效應(yīng)、法拉第效應(yīng)(不可逆性)、19、兩個(gè)偏振相關(guān)光隔離器、偏振器/4波片(自由空間)法拉第效應(yīng)、入射光束、偏振分光棱鏡(薄膜)波片(雙折射)、偏振棱鏡/偏振法拉第旋轉(zhuǎn)器、20、偏振無(wú)關(guān)光隔離器、楔形光隔離器、聚焦光纖透鏡(GRIN)、前向光路、反向光路、E、O、O、E、P1、P2、FR級(jí)聯(lián)光隔離器可以克服上述缺點(diǎn)，22。光隔離器的性能指標(biāo)，插入損耗，反向隔離，回波損耗，23。光纖隔離器(偏振相關(guān)，偏振無(wú)關(guān))，24。光隔離器、激光器、半導(dǎo)體激光器、激光二極管(光

5、盤(pán)讀寫(xiě)系統(tǒng))、光纖激光器的應(yīng)用。三端口/四端口結(jié)構(gòu)原理：?jiǎn)蜗騻鬏敚c光隔離器的工作原理基本相同：按照指定的端口順序傳輸，光環(huán)行器原理圖，入射光，26，光環(huán)行器參數(shù)，波長(zhǎng)相關(guān)損耗，偏振相關(guān)損耗，偏振模色散，插入損耗，隔離，方向性1-3，回波損耗，27，環(huán)行器應(yīng)用1，功能A，R2，R1，B，C，F(xiàn)，E，D，28，環(huán)行器應(yīng)用2，功能：解調(diào)和提取信號(hào)結(jié)構(gòu)：光環(huán)行器與光纖傳感器結(jié)合使用，即2007年10月29日/第15卷，第22期/光學(xué)快報(bào)14936，29(例如激光/氣體傳感)結(jié)構(gòu)：光環(huán)行器結(jié)合光纖放大器，環(huán)行器應(yīng)用3，反射器30，環(huán)行器應(yīng)用4，功能：雙向同步傳輸結(jié)構(gòu)：兩個(gè)光環(huán)行器，光源和檢測(cè)器形成兩個(gè)

6、同時(shí)工作的傳輸系統(tǒng)，31，5，光纖光柵，光柵：光波通過(guò)光柵時(shí)折射率周期性變化的光學(xué)介質(zhì)結(jié)構(gòu)，光波的相位將周期性變化。 光纖光柵：在纖芯中形成的光柵具有帶寬寬、插入損耗小、器件小型化和易于集成的優(yōu)點(diǎn)。32，33，光纖光柵的分類(lèi)，按周期劃分：布拉格光柵(周期小于1um)長(zhǎng)周期光柵(周期為幾十到幾百m)的分辨率根據(jù)折射率變化：弱調(diào)制光柵(常用的和常用的)根據(jù)折射率的應(yīng)力光柵分布：均勻光柵，啁啾光柵，切趾光柵，傾斜光柵，34，折射率分布，布拉格條件：布拉格光柵：反射光纖光柵均勻光柵啁啾光柵，光敏性：摻氫鍺光纖的掩模曝光， 彈光效應(yīng)橫向干涉曝光：CO2激光加熱釋放殘余應(yīng)力，氫氟酸腐蝕改變光纖物理結(jié)構(gòu)，電

7、弧放電輕微彎曲光纖等。光纖光柵的制作，36，準(zhǔn)分子激光器，37，光纖光柵的應(yīng)用1，光纖激光器，激光原理簡(jiǎn)介，38，光纖光柵的應(yīng)用2，光纖傳感：應(yīng)力、溫度、扭轉(zhuǎn)、外部折射率變化等因素都會(huì)引起光纖光柵的諧振波長(zhǎng)變化，MST _ 8 (1997) 355 _ in-fiber Bragg光柵傳感器，引用300多次，39，光纖光柵的應(yīng)用3，光濾波器(第6節(jié))波分復(fù)用(第8節(jié))，例如，與循環(huán)器結(jié)合作為上/下41、幾個(gè)重要的光學(xué)濾波器：F-P腔光學(xué)濾波器Mach-Zehnder干涉光學(xué)濾波器光柵濾波器聲光和電光可調(diào)諧濾波器(光柵型)介質(zhì)薄膜濾波器，42、F-P腔光學(xué)濾波器，F(xiàn)abry-Perot，F(xiàn)P)腔

8、由兩個(gè)平行的鏡面組成，光進(jìn)入腔內(nèi)并在兩個(gè)鏡面之間多次反射。原理：多光束干涉駐波、共振、梳狀譜2nd=m*或kd=m*頻率間隔：=c/2nd，F(xiàn)P腔透射率T隨kd、T、43變化的曲線(xiàn)，F(xiàn)-P腔濾波器，以及許多應(yīng)用F-P腔濾波原理的濾波器：光纖型、鐵電液晶光學(xué)濾波器、微機(jī)電系統(tǒng)濾波器等。通過(guò)調(diào)節(jié)腔長(zhǎng)來(lái)調(diào)節(jié)相位，從而改變共振條件，不同波長(zhǎng)的光可以透射并調(diào)節(jié)折射率。液晶的折射率隨著施加的電壓而變化。44.馬赫-曾德?tīng)柛缮嫘凸鈱W(xué)濾波器，原理：一路雙光束干涉為參考臂，另一路插入可調(diào)相位延遲裝置。當(dāng)兩條路徑之間的光程差等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，相干性增強(qiáng)，并且具有該波長(zhǎng)的光可以透射。45、光柵濾波器，低損耗、易

9、耦合連接的布拉格光柵，46、聲光可調(diào)諧濾波器，將超聲信號(hào)施加到聲光晶體上，使晶體的折射率呈現(xiàn)周期性分布，形成光柵?？烧{(diào)濾波可以通過(guò)改變超聲信號(hào)的頻率和強(qiáng)度等參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如光柵周期和調(diào)制深度。電光可調(diào)濾波器：利用外部電壓改變晶體的折射率，47。介質(zhì)膜濾光片是一種干涉濾光片，它利用光的薄膜干涉現(xiàn)象進(jìn)行過(guò)濾。薄膜疊層，高、低折射率材料交替沉積，48，7，光開(kāi)關(guān)，是光纖通信系統(tǒng)中重要的光學(xué)器件之一，具有一個(gè)或多個(gè)可選的傳輸端口，可以對(duì)光傳輸線(xiàn)或集成光路中的光信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換或邏輯運(yùn)算。有以下分類(lèi)方法：1 .工作介質(zhì)(損耗):空間/波導(dǎo)；2.工作模式(速度):機(jī)械/非機(jī)械；3.輸入和輸出端口數(shù)量(應(yīng)用)

10、:1X1、1X2、1XN、2X2、49；機(jī)械式光開(kāi)關(guān)：電機(jī)用于旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)光纖，開(kāi)關(guān)速度慢10-15毫秒。電光開(kāi)關(guān)：響應(yīng)時(shí)間達(dá)到納秒量級(jí)。常用的材料包括鈮酸鋰、磷化銦、GaAs等半導(dǎo)體材料50。微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)：一種基于微鏡的二維或三維裝置，安裝在機(jī)械基座上，由靜電控制。微機(jī)電系統(tǒng)、51、52、基于微機(jī)電系統(tǒng)的光集成器件、53、其他光開(kāi)關(guān)、半導(dǎo)體光開(kāi)關(guān)、聲光開(kāi)關(guān)、磁光開(kāi)關(guān)、液晶光開(kāi)關(guān)、熱光開(kāi)關(guān)、54、光開(kāi)關(guān)的特征參數(shù)，主要包括插入損耗、回波損耗、開(kāi)關(guān)時(shí)間、55、8光波分復(fù)用器件、波分復(fù)用(WDM)。多波長(zhǎng)光源、信號(hào)加載、調(diào)制、傳輸、棱鏡解復(fù)用器、波分復(fù)用光12 N由透鏡準(zhǔn)直，然后入射到折射率為n2

11、的三棱鏡的輸入表面上。光線(xiàn)進(jìn)入棱鏡后發(fā)生折射，棱鏡對(duì)不同波長(zhǎng)的光線(xiàn)有不同的折射角度。當(dāng)這些分離的光從凝視鏡進(jìn)入空氣時(shí)，它們?cè)俅伪徽凵?，從而進(jìn)一步分離復(fù)用的光束并完成解復(fù)用。57、衍射光柵解復(fù)用器、輸入的多波長(zhǎng)復(fù)合信號(hào)聚焦在反射光柵上，該反射光柵對(duì)于不同波長(zhǎng)的光具有不同的衍射角，從而將復(fù)合信號(hào)分解成不同波長(zhǎng)的光。58、干涉薄膜濾波器WDM器件，由8個(gè)單窗口、兩個(gè)波的密集波分復(fù)用器件串聯(lián)而成，信道間隔為200千兆赫。8波密集波分復(fù)用器件采用多層介質(zhì)膜窄帶濾波器，8通道密集波分復(fù)用器件的響應(yīng)曲線(xiàn)為59，光纖光柵WDM器件，結(jié)構(gòu)FBG較少，但采用耦合器，插入損耗大；b和C結(jié)構(gòu)需要使用更多的FBG，成本較高，但插入損耗較小，比A結(jié)構(gòu)低6dB。光纖布拉格光柵(FBG)具有許多優(yōu)點(diǎn)，如中心