[工学]《光纤通信》 第3讲_无源光器件.ppt

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[工学]《光纤通信》 第3讲_无源光器件

第三讲 无源光器件 主要内容 一、光纤的连接与光纤连接器 二、光纤分路器及耦合器 三、光合波器、光分波器 四、光隔离器 五、光开关 微电机械光开关MEMS 近来由于微电机械系统即MEMS的出现, 使得机械开关备受人们的重视。 MEMS采用了毫微米技术的工艺, 可以像半导体工艺一样在一个基片上制造出很微小的机械, 如传动齿轮装置、 步进电机、 高度抛光的金平板(反射镜)、 螺杆等。 这样的微机械可以与电的传动机械相连安排在光路上, 来控制反射镜使其运动, 从而改变光的方向。 MEMS技术已发展到能在同一个芯片上集成按阵列排放的许多反射镜, 有望获得低损耗连接、 小型化设计及大的互连矩阵。 下图给出了一个MEMS开关的原理, 和相应的实例 六、光可变衰减器 七 光 纤 光 栅 光纤光栅由一段折射率沿其长度周期性变化的光纤构成。 利用掺锗石英光纤受到240 nm 附近紫外光照射时纤芯折射率会增大这一现象, 将光纤沿中心轴线切开, 从光纤切面照射呈空间周期性变化的紫外光, 纤芯部位就会出现周期性折射率变化, 这就形成了光栅(FG),其结构如下图所示。 光纤光栅(FG)以其特有的高波长选择性能,易与光纤耦合, 插入损耗低, 结构简单, 体积小等优点, 日益受到人们的关注, 其应用范围不断扩展到诸如光纤激光器、 WDM合波/分波器、 超高速系统中的色散补偿器、 EDFA增益均衡器等光纤通信及温度、 应变传感领域中, 而把光栅式全光器件集成于同一根光纤中的应用将有更加令人鼓舞的发展前景。 布拉格光纤光栅BFG 如果光注入光栅FG后, 与折射率变化周期相对应的特定波长的光能够被逆向反射回去, 则称具有这种功能的光栅为短周期(1 μm以下)Bragg反射式光栅(FBG)。 布拉格光纤光栅的节距或栅距是线性改变的, 称为啁啾FBG。 在这种光栅中, 由于节距线性改变, 入射光的各个波长在光栅的不同深度被反射回来, 因而补偿了各个波长在传输时间上的变化。 啁啾FBG补偿了脉冲的色散展宽。 八、光锁相环与非线性光环镜NLOM 光锁相环(OPLL)的功能与电锁相环一样, 可实现接收信号与本地振荡信号即基准信号的同频同相, 从而实现二者的同步。 它由调谐激光器、 光电二极管平衡器件和滤波器等构成, 下图给出了其工作原理框图。 平衡二极管器件检测本地激光器的频率与接收的光信号的频率, 当两个频率完全相同时, 二极管平衡电路处于静止状态; 否则, 这种静止状态将被破坏, 使得二极管平衡电路有不平衡电流输出, 该电流被放大后送滤波器滤除高频分量, 滤波后的低频直流分量去控制本地激光器的输出频率, 直至二者的频率完全相同, 然后电路处于平衡状态。 图中, 增益控制放大器的作用是使本地激光器和接收到的光功率电平相一致。 光纤非线性环镜(NOLM)的结构如图所示。 光纤环与传输光纤紧密相邻, 因而在接触处形成了一个耦合器。 当传输光纤有行进的光波时, 在耦合器中耦合进光纤环并绕环行进一周后又返回耦合器, 这样来自传输光纤的光波与绕环后的光波之间将产生相移, 相移的大小由环的长度和光波的波长决定。 二者之间将产生相长或相消干涉, 因此, 光纤非线性环镜可以用来选择所需的信号, 对于不需要的波长只需引入180° 相移即可。 一种与输入光的偏振态无关的隔离器 光纤输出 SWP 半波片 法拉弟旋转器 SWP SOP 光纤输入 (a) 光纤输出 SWP 半波片 法拉弟旋转器 SWP 光纤输入 (b) 具有任意偏振态的入射光首先通过一个空间分离偏振器(SWP: Spatial Walk off Polarizer)。 这个SWP的作用是将入射光分解为两个正交偏振分量,让垂直分量直线通过, 水平分量偏折通过。 这个半波片的作用是将从左向右传播的光的偏振态顺时针旋转45°,将从右向左传播的光的偏振态逆时针旋转45°。 因而法拉弟旋转器与半波片的组合可以使垂直偏振光变为水平偏振光,反之亦然。 最后两个分量的光在输出端由另一个SWP合在一起输出。 两个分量都要通过法拉弟旋转器, 其偏振态都要旋转45°。法拉弟旋转器后面跟随的是一块半波片 (λ/2 plate或halfwave plate)。 另一方面, 如果存在反射光在反方向上传输,半波片和法拉弟旋转器的旋转方向正好相反,当两个分量的光通过这两个器件时, 其旋转效果相互抵消,偏振态维持不变,在输入端不能被SWP再组合在一起,如图所示,于是就起到隔离作用。

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