常用光无源器件上课新版.pptx

光无源器件光无源器件光纤通信第三章光纤通信第三章光源光源调制器调制器调制器调制器驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路放大器放大器光电二光电二极管极管判决器判决器光纤光纤光纤光纤光纤光纤光纤光纤中继器中继器中继器中继器光源光源光源光源光无源器件光无源器件光无源器件光无源器件光检测器光检测器光检测器光检测器光器件是构成光纤通信系统的必备元件光器件是构成光纤通信系统的必备元件光器件是构成光纤通信系统的必备元件光器件是构成光纤通信系统的必备元件光器件是构成光纤通信系统的必备元件光器件是构成光纤通信系统的必备元件全球光纤通信设备主要供应商全球光纤通信设备主要供应商光有源器件：光有源器件：光有源器件：光有源器件：光源光放大器光检测器光无源器件光无源器件：光连接器光耦合器光开关光隔离器光衰减器 光调制器光环行器光波分复用器需要外加能源驱动工作需要外加能源驱动工作 近年来世界各国都在研究开发近年来世界各国都在研究开发全光网络，即希望在整个传输全光网络，即希望在整个传输系统中全部采用光信号，取消系统中全部采用光信号，取消光电转换，尽量使用光学手段光电转换，尽量使用光学手段处理信号，这对光器件尤其是处理信号，这对光器件尤其是无源器件提出了相当高要求。无源器件提出了相当高要求。第四章第四章 常用光无源器件常用光无源器件4.1 光纤连接器光纤连接器4.2 光纤耦合器光纤耦合器4.3 波分复用波分复用/解复用器解复用器4.4 光开关光开关用于光纤设备和光纤之间，光纤和光纤之间,光纤与其它部件之间，设备和设备之间的连接。又叫活接头。光源光源光中继光中继光检测器光检测器尾纤尾纤光耦合器光耦合器光测试仪器光测试仪器光跳线光跳线4.1.光纤连接器的结构和种类光纤连接器的结构和种类4.1 光纤连接器的结构和种类光纤连接器的结构和种类光纤连接器最重要是使两根光纤的轴心对准，使发射光纤输出的光能量光纤连接器最重要是使两根光纤的轴心对准，使发射光纤输出的光能量光纤连接器最重要是使两根光纤的轴心对准，使发射光纤输出的光能量光纤连接器最重要是使两根光纤的轴心对准，使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合进接收光纤，并使其介入光路后对系统影响最小。最大限度地耦合进接收光纤，并使其介入光路后对系统影响最小。最大限度地耦合进接收光纤，并使其介入光路后对系统影响最小。最大限度地耦合进接收光纤，并使其介入光路后对系统影响最小。FCFC型：螺纹连接。型：螺纹连接。型：螺纹连接。型：螺纹连接。外部材料为金属外部材料为金属外部材料为金属外部材料为金属SCSC型：外壳采用工程型：外壳采用工程型：外壳采用工程型：外壳采用工程塑料，矩形结构，便于塑料，矩形结构，便于塑料，矩形结构，便于塑料，矩形结构，便于密集安装，不用螺纹连密集安装，不用螺纹连密集安装，不用螺纹连密集安装，不用螺纹连接，可以直接插拔。接，可以直接插拔。接，可以直接插拔。接，可以直接插拔。STST型：采用带键的卡型：采用带键的卡型：采用带键的卡型：采用带键的卡口式锁紧机构，确保口式锁紧机构，确保口式锁紧机构，确保口式锁紧机构，确保连接时准确对中。连接时准确对中。连接时准确对中。连接时准确对中。4.1光纤连接器光纤连接器Connectorn n技术指标：技术指标：n n插入损耗插入损耗插入损耗插入损耗：光信号通过连接器之后，其输出光：光信号通过连接器之后，其输出光：光信号通过连接器之后，其输出光：光信号通过连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。功率相对输入光功率的比率的分贝数。功率相对输入光功率的比率的分贝数。功率相对输入光功率的比率的分贝数。n n回波损耗回波损耗回波损耗回波损耗：反射损耗，光纤连接处，后向反射：反射损耗，光纤连接处，后向反射：反射损耗，光纤连接处，后向反射：反射损耗，光纤连接处，后向反射光相对输入光的比率的分贝数。光相对输入光的比率的分贝数。光相对输入光的比率的分贝数。光相对输入光的比率的分贝数。n n重复性和互换性重复性和互换性重复性和互换性重复性和互换性一一、光方向耦合器、光方向耦合器4.2光方向耦合器光方向耦合器 光光光光耦耦耦耦合合合合器器器器（CouplerCoupler）是是是是对光信号实现分路、合路、插入、分配的一种无源器件一一一一类类类类能能能能使使使使传传传传输输输输中中中中的的的的光光光光信信信信号号号号在在在在特特特特殊殊殊殊结结结结构构构构的的的的耦耦耦耦合合合合区区区区发发发发生生生生耦耦耦耦合合合合，并并并并进进进进行行行行再再再再分分分分配配配配的的的的器器器器件件件件。从从从从端端端端口口口口形形形形式式式式上上上上划划划划分分分分，它它它它包包包包括括括括X X型型型型(22)(22)耦耦耦耦合合合合器器器器、Y Y形形形形（1212）耦耦耦耦合合合合器器器器、星星星星形形形形（NNNN，N2N2）耦合器以及树形耦合器等。耦合器以及树形耦合器等。耦合器以及树形耦合器等。耦合器以及树形耦合器等。C-耦合系数耦合系数2 2光纤耦合器光纤耦合器P P4 4P P0 0输入功率输入功率输入功率输入功率P P1 1直通功率直通功率直通功率直通功率P P3 3串扰串扰串扰串扰P P2 2耦合功率耦合功率耦合功率耦合功率L L锥形区域锥形区域锥形区域锥形区域L L锥形区域锥形区域锥形区域锥形区域Z Z耦合区域耦合区域耦合区域耦合区域0P P1 P2熔锥光纤型耦合器中功率耦合过程熔锥光纤型耦合器中功率耦合过程。熔融拉锥法是将两根（或熔融拉锥法是将两根（或两根以上）除去涂覆层的两根以上）除去涂覆层的光纤以一定方式靠拢，在光纤以一定方式靠拢，在高温下熔融，同时向两侧高温下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成拉伸，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结双锥体形式的特殊波导结构，实现传输光功率耦合构，实现传输光功率耦合的一种方法的一种方法.被驱动光纤的相位总比驱动光纤的相位滞后被驱动光纤的相位总比驱动光纤的相位滞后被驱动光纤的相位总比驱动光纤的相位滞后被驱动光纤的相位总比驱动光纤的相位滞后 /2/2/2/2。耦合区两纤芯中光功率随耦合区长度耦合区两纤芯中光功率随耦合区长度耦合区两纤芯中光功率随耦合区长度耦合区两纤芯中光功率随耦合区长度的耦合交换规律。可根据耦合比要求，的耦合交换规律。可根据耦合比要求，的耦合交换规律。可根据耦合比要求，的耦合交换规律。可根据耦合比要求，决定拉伸长度，但拉锥长度太长，纤决定拉伸长度，但拉锥长度太长，纤决定拉伸长度，但拉锥长度太长，纤决定拉伸长度，但拉锥长度太长，纤芯变得过细后，将引起能量辐射，功芯变得过细后，将引起能量辐射，功芯变得过细后，将引起能量辐射，功芯变得过细后，将引起能量辐射，功率降低，插入损耗明显增加。率降低，插入损耗明显增加。率降低，插入损耗明显增加。率降低，插入损耗明显增加。3dB coupler 1 2P 0 P1 P2n n88星形耦合器的结构示意图星形耦合器的结构示意图n n多端口定向耦合器多端口定向耦合器例题：例题：用用22的光纤耦合器构成一个的光纤耦合器构成一个88的光纤耦的光纤耦合器合器主要技术指标主要技术指标n n 插插插插入入入入损损损损耗耗耗耗ILILILIL是是是是指指指指定定定定输输输输出出出出端端端端的的的的光光光光功功功功率率率率P P P Poutioutioutiouti和和和和全全全全部部部部输入光功率输入光功率输入光功率输入光功率P P P Pinininin和的比值。和的比值。和的比值。和的比值。n n附附附附加加加加损损损损耗耗耗耗ELELELEL是是是是全全全全部部部部输输输输入入入入端端端端光光光光功功功功率率率率总总总总和和和和和和和和全全全全部部部部输输输输出端光功率总和的比值。出端光功率总和的比值。出端光功率总和的比值。出端光功率总和的比值。n n分分分分光光光光比比比比或或或或耦耦耦耦合合合合比比比比CRCRCRCR是是是是一一一一个个个个指指指指定定定定输输输输出出出出端端端端的的的的光光光光功功功功率率率率和和和和全全全全部部部部输输输输出出出出端端端端的的的的光光光光功功功功率率率率总总总总和的比值。和的比值。和的比值。和的比值。P P0 0P P1 1P P2 2P P3 3n n隔隔隔隔离离离离度度度度I I I I 某某某某一一一一光光光光路路路路对对对对其其其其它它它它光光光光路中的信号的隔离能力。路中的信号的隔离能力。路中的信号的隔离能力。路中的信号的隔离能力。n n2222双锥形光纤耦合器的输入功率为双锥形光纤耦合器的输入功率为双锥形光纤耦合器的输入功率为双锥形光纤耦合器的输入功率为P Pin=200W,in=200W,另外三个端另外三个端另外三个端另外三个端口的输出功率分别为口的输出功率分别为口的输出功率分别为口的输出功率分别为P P1=90W1=90W，P P2=85W2=85W，P P3=6.3nW3=6.3nW，试，试，试，试计算光纤耦合器的主要性能参数。计算光纤耦合器的主要性能参数。计算光纤耦合器的主要性能参数。计算光纤耦合器的主要性能参数。解：分光比为分光比为:附加损耗为:4.3光衰减器光衰减器n光衰减器是一种插入光传输链路中控制光能的衰耗的无源器件。n n用途：用途：用途：用途：n n光通信线路、系统评估、研究光通信线路、系统评估、研究光通信线路、系统评估、研究光通信线路、系统评估、研究n n光通信线路、系统调整、校正光通信线路、系统调整、校正光通信线路、系统调整、校正光通信线路、系统调整、校正n n在波分复用光纤网络中用来调整各信道信号的强弱在波分复用光纤网络中用来调整各信道信号的强弱在波分复用光纤网络中用来调整各信道信号的强弱在波分复用光纤网络中用来调整各信道信号的强弱n n测试仪器的光功率衰减测试仪器的光功率衰减测试仪器的光功率衰减测试仪器的光功率衰减n n光放大器的功率平坦光放大器的功率平坦光放大器的功率平坦光放大器的功率平坦n n模拟光纤长距离传输模拟光纤长距离传输模拟光纤长距离传输模拟光纤长距离传输n n检测传输系统的动态范围。检测传输系统的动态范围。检测传输系统的动态范围。检测传输系统的动态范围。卡口式光衰减器螺旋式光衰减器ll。n根据衰减量是否变化，可以分为固定式、分级可根据衰减量是否变化，可以分为固定式、分级可变式和连续可调式变式和连续可调式n衰减基本原理：在玻璃基片上蒸镀透射系数衰减基本原理：在玻璃基片上蒸镀透射系数(或或反射系数反射系数)变化很小的金属膜，使通过镀膜玻璃变化很小的金属膜，使通过镀膜玻璃片的光功率被膜层材料吸收一部分，光强度受到片的光功率被膜层材料吸收一部分，光强度受到衰减。金属膜可以是镍铬等化合物材料，光的衰衰减。金属膜可以是镍铬等化合物材料，光的衰减量有膜的厚度进行控制。减量有膜的厚度进行控制。4.3光衰减器光衰减器固定衰减器固定衰减器输入光纤输入光纤输出光纤输出光纤光纤连接器光纤连接器光纤连接器光纤连接器透镜透镜透镜透镜衰减部分衰减部分n n固定衰减器对光功率衰减量固定不变，主要用于调整光纤固定衰减器对光功率衰减量固定不变，主要用于调整光纤传输线路的光损耗。传输线路的光损耗。（1）位移式固定衰减器特点特点仅用于固定衰减器仅用于固定衰减器回波损耗大，偏振无关回波损耗大，偏振无关体器件体器件固定衰减器固定衰减器（2）衰减片型固定衰减器利用吸收光的衰减片无准直透镜型：FIBER FIBER衰减片衰减片不能用于大功率的光路中可变衰减器可变衰减器(a)(a)光路和结构光路和结构(b)(b)分级可变式分级可变式(c)(c)连续可调式连续可调式厚厚薄薄n n可变衰减器的衰减量可在一定范围内变化，用于测量可变衰减器的衰减量可在一定范围内变化，用于测量n n光接收机灵敏度和动态范围。光接收机灵敏度和动态范围。4.44.4光隔离器光隔离器1.1.定定义义：光光隔隔离离器器是是一一种种非非互互易易性性器器件件,只只允允许许光光波波往往一一个个方方向向传传输输,阻阻止止光光波波往往其其他他方方向向尤尤其其是是反反方方向向传传输输。一一般般用用在在激激光光器器或或光光放放大大器器后后，插插入入损损耗耗值值为为1dB1dB，隔隔离离度度的的典典型值为型值为40-50dB40-50dB。4.44.4光隔离器光隔离器n n2.2.构成：由起偏器、检偏器以及放置在它们之间构成：由起偏器、检偏器以及放置在它们之间的法拉第旋转器组成。的法拉第旋转器组成。n n法拉第旋转器由具有法拉第特性而透光率高的材法拉第旋转器由具有法拉第特性而透光率高的材料和产生相应磁场的永磁铁组成。料和产生相应磁场的永磁铁组成。在偏振光的传播方向外加电磁场时，其偏振方向会旋转一定的角度。无论光的传播方向如何，顺着外加磁场的传播方向观察，偏振光按顺时针的方向旋转.法拉第效应法拉第效应起起偏偏振振器器法法拉拉第第旋转器旋转器检检偏偏振振器器阻塞阻塞反射光反射光经经 SWPSWP的的 入射光入射光SWPSWPSpatial Spatial Walk-off Walk-off PolarizerPolarizer空空间间分分离离偏偏振振器器，其其作作用用是是将将入入射射光光分分解解为为垂垂直直与与水水平平两两个个正正交交偏偏振振分分量，让垂直分量通过，而水平分量偏折通过。量，让垂直分量通过，而水平分量偏折通过。45454590NO PASSn n假设入射光是垂直偏振光，起偏振器的透振方向是在垂直方向，故入射光顺利通过它射向假设入射光是垂直偏振光，起偏振器的透振方向是在垂直方向，故入射光顺利通过它射向法拉第旋转器，法拉第旋转器在磁场的作用下，使光的偏振态旋转一定角度法拉第旋转器，法拉第旋转器在磁场的作用下，使光的偏振态旋转一定角度(如如45),45),其旋其旋转方向与光传播方向无关。转方向与光传播方向无关。n n法拉第旋转器后的检偏振器透振方向若在法拉第旋转器后的检偏振器透振方向若在4545方向上，则经过法拉第旋转器旋转方向上，则经过法拉第旋转器旋转4545后的后的光能通过检偏振器，即光沿正方向通过这些器件是没有损耗的。光能通过检偏振器，即光沿正方向通过这些器件是没有损耗的。n n沿反方向传送的反射光，其偏振态也在沿反方向传送的反射光，其偏振态也在4545，当反射光经过法拉第旋转器后，偏振态再旋，当反射光经过法拉第旋转器后，偏振态再旋转转4545，变为水平偏振光，则无法通过起偏振器。，变为水平偏振光，则无法通过起偏振器。偏振器偏振器法拉第旋转器法拉第旋转器B45（1）正向插入衰减）正向插入衰减 沿光传播方向的衰减。沿光传播方向的衰减。a fi=10Lg(Pin/Pout)（dB）(2)隔离度隔离度反向衰减，反向光被阻止的程度。反向衰减，反向光被阻止的程度。A=10Lg(Pin/Pout)(dB)以反向方向为参考方向以反向方向为参考方向参数参数4.5 光环行器光环行器n n光环行器是多端口的隔离器。主要用于光分插复用器。n n典型的环行器一般有三或四个端口，在三端口环行器中，端口1输入的光信号在端口2输出，端口2输入的光信号在端口3输出，端口3输入光信号在端口1输出。用途：用于光放大器和光时域反射仪。用途：用于光放大器和光时域反射仪。1 123 3(a)(a)三端口三端口1 12 23 34 4(b)(b)四端口四端口 常用光环行器示意图常用光环行器示意图4.6光纤光栅光纤光栅n n光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。滤波器或反射镜。n n当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。光纤光栅的结构光纤光栅的结构n n当光栅的周期较小时，入射角和衍射角符号相反，在法当光栅的周期较小时，入射角和衍射角符号相反，在法线同侧线同侧短周期光栅是反射光栅。短周期光栅是反射光栅。n n当光栅的周期很大时，入射角和衍射角符号相反，在法当光栅的周期很大时，入射角和衍射角符号相反，在法线两侧线两侧长周期光栅是透射光栅。长周期光栅是透射光栅。n n1.1.1.1.按光栅周期大小分类按光栅周期大小分类按光栅周期大小分类按光栅周期大小分类n n周期小于周期小于周期小于周期小于1 1 1 1mmmm的光纤光栅称为短周期光纤光栅，又称布拉的光纤光栅称为短周期光纤光栅，又称布拉的光纤光栅称为短周期光纤光栅，又称布拉的光纤光栅称为短周期光纤光栅，又称布拉格光纤光栅（格光纤光栅（格光纤光栅（格光纤光栅（FBGFBGFBGFBG）。）。）。）。n n周期为几十至几百微米的光纤光栅称为长周期光纤光栅周期为几十至几百微米的光纤光栅称为长周期光纤光栅周期为几十至几百微米的光纤光栅称为长周期光纤光栅周期为几十至几百微米的光纤光栅称为长周期光纤光栅（LPFGLPFGLPFGLPFG），又称透射光纤光栅，又称透射光纤光栅，又称透射光纤光栅，又称透射光纤光栅。n n周期长达数毫米的光纤光栅虽然属于长周期光纤光栅周期长达数毫米的光纤光栅虽然属于长周期光纤光栅周期长达数毫米的光纤光栅虽然属于长周期光纤光栅周期长达数毫米的光纤光栅虽然属于长周期光纤光栅（LPFGLPFGLPFGLPFG），为了研究方便，把它称为超长周期光纤光栅，为了研究方便，把它称为超长周期光纤光栅，为了研究方便，把它称为超长周期光纤光栅，为了研究方便，把它称为超长周期光纤光栅。n n注：按周期分类只考虑周期大小，并没有考虑构成光栅的注：按周期分类只考虑周期大小，并没有考虑构成光栅的注：按周期分类只考虑周期大小，并没有考虑构成光栅的注：按周期分类只考虑周期大小，并没有考虑构成光栅的每个周期大小是否均匀，各个周期折射率变化是否相等问每个周期大小是否均匀，各个周期折射率变化是否相等问每个周期大小是否均匀，各个周期折射率变化是否相等问每个周期大小是否均匀，各个周期折射率变化是否相等问题，需进一步分类。题，需进一步分类。题，需进一步分类。题，需进一步分类。n n2.2.按光纤光栅折射率调制分类按光纤光栅折射率调制分类n n光纤光栅折射率调制是指把光栅沿着光纤轴线光纤光栅折射率调制是指把光栅沿着光纤轴线的折射率变化当作某一类函数时，可将该函数的折射率变化当作某一类函数时，可将该函数分成两个相互调制的函数形式：分成两个相互调制的函数形式：n n一是啁啾函数，反应光栅周期大小沿着光纤轴一是啁啾函数，反应光栅周期大小沿着光纤轴线的变化规律；二是折射率缓变包络函数，反线的变化规律；二是折射率缓变包络函数，反应光栅每个周期折射率变化程度沿光纤轴线的应光栅每个周期折射率变化程度沿光纤轴线的分布。分布。n n按啁啾函数分类按啁啾函数分类按啁啾函数分类按啁啾函数分类n n（a a a a）均匀布拉格光纤光栅或长周期光纤光栅，每个光均匀布拉格光纤光栅或长周期光纤光栅，每个光均匀布拉格光纤光栅或长周期光纤光栅，每个光均匀布拉格光纤光栅或长周期光纤光栅，每个光栅周期大小相等，主要由紫外曝光方法写入。栅周期大小相等，主要由紫外曝光方法写入。栅周期大小相等，主要由紫外曝光方法写入。栅周期大小相等，主要由紫外曝光方法写入。n n（b b b b）线性啁啾布拉格光纤光栅，每个光栅周期的周期线性啁啾布拉格光纤光栅，每个光栅周期的周期线性啁啾布拉格光纤光栅，每个光栅周期的周期线性啁啾布拉格光纤光栅，每个光栅周期的周期大小呈线性变化，主要作用是密集波分复用系统的色大小呈线性变化，主要作用是密集波分复用系统的色大小呈线性变化，主要作用是密集波分复用系统的色大小呈线性变化，主要作用是密集波分复用系统的色散补偿器。散补偿器。散补偿器。散补偿器。n n（c c c c）相移布拉格或长周期光纤光栅，光栅周期中存在相移布拉格或长周期光纤光栅，光栅周期中存在相移布拉格或长周期光纤光栅，光栅周期中存在相移布拉格或长周期光纤光栅，光栅周期中存在周期跳变的情况，本质是在光栅的某些位置引入相位周期跳变的情况，本质是在光栅的某些位置引入相位周期跳变的情况，本质是在光栅的某些位置引入相位周期跳变的情况，本质是在光栅的某些位置引入相位跳变，改变光谱分布。跳变，改变光谱分布。跳变，改变光谱分布。跳变，改变光谱分布。n n（d d d d）特殊函数关系的光纤光栅，这部分特种光纤光栅，特殊函数关系的光纤光栅，这部分特种光纤光栅，特殊函数关系的光纤光栅，这部分特种光纤光栅，特殊函数关系的光纤光栅，这部分特种光纤光栅，由于写入方法的限制，研究极少。由于写入方法的限制，研究极少。由于写入方法的限制，研究极少。由于写入方法的限制，研究极少。n按折射率变包络函数不同分类按折射率变包络函数不同分类n高斯变迹布拉格光纤光栅；高斯变迹布拉格光纤光栅；n倾斜光纤光栅，也称闪耀光纤光栅；倾斜光纤光栅，也称闪耀光纤光栅；n采样光纤光栅采样光纤光栅由许多小段光纤光栅构成。由许多小段光纤光栅构成。n3.3.光纤光栅的其他分类法光纤光栅的其他分类法n按光纤光栅形成机理分类：按光纤光栅形成机理分类：n 利用光纤材料的光敏性形成的光纤光栅利用光纤材料的光敏性形成的光纤光栅光敏性光纤光栅光敏性光纤光栅n利用弹光效应形成的光纤光栅利用弹光效应形成的光纤光栅利用光纤的物理结构变化使轴向利用光纤的物理结构变化使轴向周期性地改变光纤的应力分布。周期性地改变光纤的应力分布。n利用热光效应形成的光纤光栅利用热光效应形成的光纤光栅加热使光纤释放剩余应力，材料加热使光纤释放剩余应力，材料致密化，熔融变形等物理过程，形成光纤光栅。致密化，熔融变形等物理过程，形成光纤光栅。4.7波分复用波分复用/解复用器解复用器A、分类、分类熔锥型(粗WDM)多层干涉滤光膜型(细WDM DWDM)棱镜分光型(粗WDM)光栅型-体光栅、光纤光栅(粗WDM，细WDM)阵列波导光栅(细WDM DWDM)B、原理、原理1.1.熔锥波分复用器熔锥波分复用器0P P1 P2熔锥光纤型耦合器中功率耦合过程熔锥光纤型耦合器中功率耦合过程P P0 0P P1 1P P2 2P P3 3单波长：单波长：单波长：单波长：双波长：双波长：双波长：双波长：工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：消逝场耦合消逝场耦合消逝场耦合消逝场耦合与波长有关与波长有关If two mixed signals(of different wavelengths)If two mixed signals(of different wavelengths)are injected into a coupler the power transfer are injected into a coupler the power transfer between the waveguides has a different between the waveguides has a different period for each wavelength.period for each wavelength.The coupling The coupling lengths are strongly wavelength dependent!lengths are strongly wavelength dependent!1 1 2 2 1 1 2 2 1 1，2 2 2 2 1 1直通臂直通臂耦合臂耦合臂 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2公共臂公共臂The period of the shift is different for the two The period of the shift is different for the two different wavelengths.Each coupler/splitter different wavelengths.Each coupler/splitter must be designed for the particular must be designed for the particular wavelengths to be used.wavelengths to be used.Wavelength Selective Coupling/SplittingWavelength Selective Coupling/Splitting复用器复用器解复用器解复用器熔锥光纤熔锥光纤滤波器滤波器干涉滤光片型干涉滤光片型波分复用器 1 16 1 15 16 1 14 15输入光纤14320(监管信道)干涉滤光膜光栅型光栅型波分复用器-体光栅体光栅主最大强度的方向由下式给出：d sin=m /=m/d cos其中d为光栅周期，为衍射角，m=0，1，2，等等，为角分离，为波长间隔。输入光输入光 1 4 3 21.体光栅型体光栅型布拉格光栅布拉格光栅 1 16 1 15 16 16 16 1 15、16 1 15、16FBG环形器环形器光纤光栅型光纤光栅型波分复用器其反射波长成为布拉格波长（B）由下面的布拉格条件确定：2neff=B其中为光栅周期，neff为有效纤芯折射率。Array Waveguide Grating(AWG)NTT：256波，间隔0.2nm，3dB带宽0.12nm，插入损耗4.4-6.4dB，串扰-33dB，偏振相关波长差0.03nm，需要温控。1a 3a 2a 4a 1b 3b 2b 4b 1c 3c 2c 4c 1d 3d 2d 4d 1a 3c 2d 4b 1b 3d 2a 4c 1c 3a 2b 4d 1d 3b 2c 4a行行.转化为转化为.列列自由空间扇型波导扇型波导波导光栅光波分复用器的性能参数光波分复用器的性能参数n n插入损耗插入损耗插入损耗插入损耗是指由于增加波分复用器是指由于增加波分复用器是指由于增加波分复用器是指由于增加波分复用器/解复用器而产解复用器而产解复用器而产解复用器而产生的附加损耗。定义如下：生的附加损耗。定义如下：生的附加损耗。定义如下：生的附加损耗。定义如下：其中其中其中其中P Pi i表示发送进输入端口的光功率，表示发送进输入端口的光功率，表示发送进输入端口的光功率，表示发送进输入端口的光功率，P P0 0为从输出端为从输出端为从输出端为从输出端口接收到的光功率。口接收到的光功率。口接收到的光功率。口接收到的光功率。n n串扰抑制度串扰抑制度串扰抑制度串扰抑制度即串扰隔离度，即串扰隔离度，即串扰隔离度，即串扰隔离度，其中其中其中其中P Pi i是波长是波长是波长是波长 i i为的光信号输入光功率，为的光信号输入光功率，为的光信号输入光功率，为的光信号输入光功率，P Pij ij是波长是波长是波长是波长 i i为的光信号串扰到波长为为的光信号串扰到波长为为的光信号串扰到波长为为的光信号串扰到波长为 j j信道的光功率。信道的光功率。信道的光功率。信道的光功率。n n回波损耗回波损耗回波损耗回波损耗指从无源器件输入端口返回的光功率指从无源器件输入端口返回的光功率指从无源器件输入端口返回的光功率指从无源器件输入端口返回的光功率P Pr r与输入光功率与输入光功率与输入光功率与输入光功率P Pj j的比值。即的比值。即的比值。即的比值。即WDMWDMWDMWDM系统的重系统的重系统的重系统的重要组成部分要组成部分要组成部分要组成部分n n反射系数反射系数反射系数反射系数指在指在指在指在WDMWDM器件的指定端口的反器件的指定端口的反器件的指定端口的反器件的指定端口的反射光功率射光功率射光功率射光功率P Pr r与入射光功率与入射光功率与入射光功率与入射光功率P Pj j之比。之比。之比。之比。n n工作波长范围工作波长范围工作波长范围工作波长范围指指指指WDMWDM器件能够按照规定器件能够按照规定器件能够按照规定器件能够按照规定的性能要求工作的波长范围。（的性能要求工作的波长范围。（的性能要求工作的波长范围。（的性能要求工作的波长范围。（minmin到到到到 maxmax）n n信道宽度信道宽度信道宽度信道宽度指各光源之间为避免串扰应具有指各光源之间为避免串扰应具有指各光源之间为避免串扰应具有指各光源之间为避免串扰应具有的波长间隔。的波长间隔。的波长间隔。的波长间隔。n n偏振相关损耗偏振相关损耗偏振相关损耗偏振相关损耗指由于偏振态的变化而引起指由于偏振态的变化而引起指由于偏振态的变化而引起指由于偏振态的变化而引起的插入损耗的最大变化值。的插入损耗的最大变化值。的插入损耗的最大变化值。的插入损耗的最大变化值。用用自自聚聚焦焦透透镜镜和和滤滤光光片片(一一个个波波长长的的光光透透射射，其其他他波波长长的的光光反反射射)或光栅或光栅(不同波长的光有不同反射方向不同波长的光有不同反射方向)等微光学器件构成等微光学器件构成2.2.微器件型微器件型主流实用化主流实用化衍射光栅型波分复用器衍射光栅型波分复用器光光 纤纤透透 镜镜光光 栅栅 1 2 3 1+2+3 1+2+3 1+1+2+2+3 3缺点：引入额外色散缺点：引入额外色散AWG:AWG:规则排规则排规则排规则排列的波导，相列的波导，相列的波导，相列的波导，相邻波导的长度邻波导的长度邻波导的长度邻波导的长度相差固定值相差固定值相差固定值相差固定值 L L，因而产生的，因而产生的，因而产生的，因而产生的相移随波长而相移随波长而相移随波长而相移随波长而变。变。变。变。3.阵列波导光栅阵列波导光栅AWG array-waveguide-grating AWGAWG特点：特点：特点：特点：密集波分复用密集波分复用密集波分复用密集波分复用（信道间隔（信道间隔（信道间隔（信道间隔0.8 0.4 0.2 0.1nm0.8 0.4 0.2 0.1nm）端口（端口（端口（端口（1 1 8 8 1 1 16 16 1 1 32 32 1 1 64)64)需要温控（需要温控（需要温控（需要温控（0.01nm/C0.01nm/C0 0)插损不随通道数增加插损不随通道数增加插损不随通道数增加插损不随通道数增加(67dB)(67dB)隔离度隔离度隔离度隔离度22dB22dB PDL1dBPDL1dB 光集成器件光集成器件光集成器件光集成器件 缺点：损耗大，光栅引入色散，导致空间波形变差缺点：损耗大，光栅引入色散，导致空间波形变差缺点：损耗大，光栅引入色散，导致空间波形变差缺点：损耗大，光栅引入色散，导致空间波形变差 已有产品，贵。已有产品，贵。已有产品，贵。已有产品，贵。40G40G以上系统的首选以上系统的首选以上系统的首选以上系统的首选 应用：应用：应用：应用：复用复用复用复用/解复用（解复用（解复用（解复用（1616通道以上通道以上通道以上通道以上WDMWDM系统中最具竞争力系统中最具竞争力系统中最具竞争力系统中最具竞争力的器件）的器件）的器件）的器件）n n面光栅方程：面光栅方程：n n体光栅方程：体光栅方程：4.光纤光栅光纤光栅FBG (a)透射光栅；透射光栅；(b)反射光栅反射光栅 光栅平面光栅平面影像平面影像平面l l2l l1q qd1q qd2q qil l1 2光栅平面光栅平面影像平面影像平面l l2l l1q qd1q qd2q qil l1 2(a)(b)光栅周期光栅周期光栅周期光栅周期n n设两列波沿着同一方向传播，其传播常数分别为设两列波沿着同一方向传播，其传播常数分别为设两列波沿着同一方向传播，其传播常数分别为设两列波沿着同一方向传播，其传播常数分别为 1 1和和和和 2 2，如果满足，如果满足，如果满足，如果满足布喇格相位匹配条件布喇格相位匹配条件布喇格相位匹配条件布喇格相位匹配条件：n n特别地，如果满足特别地，如果满足特别地，如果满足特别地，如果满足 能量将耦合至波长与入射波相同的反向传输的散射中能量将耦合至波长与入射波相同的反向传输的散射中能量将耦合至波长与入射波相同的反向传输的散射中能量将耦合至波长与入射波相同的反向传输的散射中 -反射式滤波器反射式滤波器反射式滤波器反射式滤波器FBGFBG FBG:FBG:lengthlengthPeriod Period 应用：基于光纤光栅结构的光分插复用器应用：基于光纤光栅结构的光分插复用器OADM光纤布喇格光栅光纤布喇格光栅光纤布喇格光栅光纤布喇格光栅是一种反射型光是一种反射型光是一种反射型光是一种反射型光纤光栅，只对在纤光栅，只对在纤光栅，只对在纤光栅，只对在布喇格波长布喇格波长布喇格波长布喇格波长及其及其及其及其附近很窄的波长附近很窄的波长附近很窄的波长附近很窄的波长范围内的光发生范围内的光发生范围内的光发生范围内的光发生反射，而不影响反射，而不影响反射，而不影响反射，而不影响其它波长的光通其它波长的光通其它波长的光通其它波长的光通过。过。过。过。