光波导第六章.ppt

第六章 无源光器件 光纤连接器 光耦合器 光波复用、解复用器 光调制器 光滤波器、光开关、光隔离器、光衰减器 6.1 光纤连接器 单模和多模光纤连接器的插入损耗都可以做到小于0.5dB 直接耦合式对端面间隙、横向位移敏感，易受污染。 光纤连接的损耗 光纤的连接损耗（插入损耗）：连接器几何误差引起的传输损耗； 光纤端面形状畸变引起的损耗 光纤结构参数失配引起的损耗 光纤连接器的损耗 光纤的连接损耗（插入损耗） 两光纤相对位置偏离引起的损耗 横向偏移: 多模梯度光纤可简化成： 单模光纤的传输模场近似为高斯分布时，可简化成： 角度偏移 阶跃多模光纤倾斜损耗： 梯度多模光纤倾斜损耗： 单模光纤倾斜损耗： 当要求 L? 0.1dB 时， 多模光纤? 0.7?， 单模光纤? 0.3?。 纵向偏移，两连接光纤端面间有间隙，只有部分能量进入接受光纤 阶跃多模光纤端面间隙损耗： 单模光纤端面间隙损耗： 光纤端面形状畸变引起的损耗 阶跃多模光纤端面间隙损耗： 光纤结构参数失配引起的损耗 两光纤直径不同引起的连接损耗，设多模光纤发射纤芯半径为a1，接受纤芯半径为a2，则有： 两单模光纤： 两光纤数值孔径不同引起的连接损耗： 两光纤折射率分布不同引起的连接损耗 设多模光纤发射纤芯半径为a1，接受纤芯半径为a 2，则有： 6.2 光耦合器 全光纤耦合器原理 拼接法（磨抛法）：关键是控制光纤包层磨抛量 优点：通过改变光纤拚合角度和磨抛量调整耦合强弱。 缺点：热和机械稳定性差 熔锥法：严格控制拉锥长度、熔区形状、锥体光滑度。对输出光功率在线控制，性能好，成本低。 耦合器分类 全光纤型： 在锥形区变细处，高阶模入射角超出临界角，经纤芯—包层边界进入包层，成为包层模在包层中传输，锥形区又变粗后高阶模又重新耦合进纤芯成为导模。 由于锥形区包层相同，因而高阶模功率均匀分配到两根光纤的输出。 低阶模在纤芯中传输。 总分光比取决于锥形耦合区长度和包层厚度。 作用：将N个输入功率复合后再平均分配到M个输出端口。用熔锥法形成，适合于多模光纤； 耦合特性对模式敏感，输出端口功率变化大； 用单模光纤难于精确调整多根光纤间的消逝场。 微型元件型： 集成光波导型： 光源与光纤的耦合 6.3 光滤波器 用于波分复用技术 基于干涉原理的滤波器： Fabry-Perot滤波器、 马赫—曾德尔滤波器、 多层介质膜滤波器； 基于光栅原理的滤波器： 体光栅滤波器、 阵列波导光栅滤波器（AWG）、 光纤光栅滤波器、 声光可调谐滤波器。 Fabry-Perot滤波器 结构：两平行介质板，内表面为镀高反射膜的镜面，反射系数各为 r1, r2，透射系数各为 t1, t2。 透射波由幅振幅为At1， At2 At3 --- 光束组成。 存在透射率为最大的峰值波长?0或峰值频率?0； 峰值波长或频率等间隔排列，谐振峰间的波长或频率间隔： 峰值波长或频率在谐振腔中形成驻波，驻波的数量为N； 自由谱区FSR( Free Spectral Range )—— 相邻两谐振频率间隔， 3dB带宽ΔF —— 传输系数降为最大值的一半所对应的频带宽度。 锐度（精细度）： F = FSR / ΔF 无损耗时： 用于波分复用的解复用器选频，但输入信号带宽不能大于FSR； 激光器的纵模 气体激光器由两反射镜构成谐振腔，半导体激光由半导体晶体的解理面作为反射镜构成谐振腔，谱峰与谐振级次对应； 纵模数量： 窄带激光器必定是单纵模的； 动态单模激光器：调制后仍能保持单纵模状态的激光器，如分布反馈激光器DFB（Distributed-FeedBack Laser diode），在谐振腔长度方向制作一个布拉格光栅，起选频作用。 光纤F-P 滤波器 光纤波导腔，腔长厘米到米量级 空气隙腔，腔长小于10微米 改进型波导腔，腔长100微米到厘米量级 马赫—曾德尔滤波器（Mach-Zehnder） 马赫—曾德尔干涉仪 HM：半透半反镜 M：全反射镜 光路1的光程：S1=nL1 光路2的光程：S2=nL2 光路1的相位变化： 光路2的相位变化： 设半透半反镜两个方向的振幅反射率分别为： 振幅透射率为： 若只有一个通道输入，即B1 = 0，则Aout输出光强度为： 输出光强是波长倒数的周期 函数，具有滤波功能； 滤波峰值波长为： （N=0,1,2,- - -） 马赫—曾德尔光纤滤波器 功能：分