耦合模理论及器.pptVIP

模式展开模式的完备性缓变函数忽略耦合方程耦合系数：模式（m,q）（n,p）之间的振幅耦合系数波导的纵向非均匀性引起了各传导模式之间的耦合，随着模式在波导内的传输，各模式交换携带的能量模式耦合方程！！！乘横截面积分模式正交性，且当两波导的间距足够大时，各自模式场分布形式不会改变，称两波导之间为弱耦合。01在弱耦合条件下，波导之间光场的横向耦合可用各波导独立时传输模式间的模式耦合方程来描述。02在两个正规光波导互相平行靠近时，波导之间会发生横向耦合，其物理过程可以看成是：波导1中的模通过进入公共层的电磁场使波导2中的介质极化，从而影响了波导2中的模03考虑两波导中都只有单模存在的情况，单模的传输常数分别为两波导中模场的表达式分别为则耦合后的总电场可以写为定义模式沿波导正向传输时，p,q=+.则耦合模方程变为：由模式耦合方程所规定的模耦合系数，具有对称性。当两光波导折射率完全相同时，则耦合模方程进一步变为：其通解为：设初始条件为：如果，则传输功率在两个波导之间周期性交替传递光从波导1完全耦合至波导2的长度为耦合长度，在其奇数倍长度处也可实现完全耦合光耦合器件光耦合器Mach-Zehnder干涉仪Mach-Zehnder型电光调制器Interleaver光滤波器微环谐振滤波器有机聚合物微谐振环电光调制器光耦合器件（一）——耦合器功能：对同一波长的光功率进行分路或合路类型：Y型、X型2?2耦合器、1?N型、M?N型分类：光纤熔锥型耦合器集成光波导型耦合器将两根(或两根以上)除去涂覆层的光纤以一定的方式靠拢在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成锥体形式的特殊波导结构，实现传输光功率耦合。多根光纤一起熔融技术难度大，主要是众多光纤之间的耦合响应控制比较困难熔融拉锥法最常用于制作2*2耦合器耦合光功率P2跟以下参数有关：拉伸区长度2L+W拉伸区内逐渐变小的光纤半径r耦合区中两根光纤的半径差Dr总拉伸长度光约束在纤芯中传播光纤半径减小V明显减小部分光在纤芯外传播发生耦合P3P1P2P0光输入后向反(散)射光直通功率耦合功率火焰宽度决定拉伸时决定其中S为散射矩阵，sij=|sij|exp(-jfij)为耦合系数e为光功率从端口1到端口2的耦合比例优点：(1)极低的附加损耗，目前利用熔锥法制作的标准X(或Y)型耦合器的附加损耗已低于0.05dB。(2)方向性好。这类器件的方向性指标一般都超过60dB，保证了传输信号的定向性，并极大地减少了线路之间的串扰。(3)良好的环境稳定性。在经过适当保护后，受环境条件的影响可以限制到很小的程度。(4)控制方法简单、灵活。可以方便地改变器件的性能参数。(5)制作成本低廉、适于批量生产。缺点：波长依赖性不便于大规模集成沉积、光刻、扩散。缺点:价格高，一般为拉锥型耦合器的几倍插入损耗大主要用途：功率分配PASSIVESPLITTER证明：当时，经过中间单模光纤的传输：M-Z干涉仪的两输出是互补对称的。电光调制是基于线性电光效应（普克尔效应）即光波导的折射率正比于外加电场变化的效应。电光效应导致的相位调制器中光波导折射率的线性变化，使通过该波导的光波有了相位移动,从而实现相位调制。单纯的相位调制不能调制光的强度。由包含两个相位调制器和两个Y分支波导构成的马赫－泽德（Mach-Zehnder）干涉仪型调制器能调制光的强度。*Mach-Zehnder型电光调制器xy△Φ为调制器两臂对光引入的相位差，驱动电压将改变调制器两臂的折射率，改变△Φ，进而改变输出光功率，实现调制LiNbO3晶体具有电光效应，即折射率会随着施加电压而改变Y形波导:将光分成功率相等的两路Ti-LiNbO3波导共平面条形电极V?/21V?2V3t4调制电压5透射光强6电光调制的透过率(调制器被偏置在V?/2点上)7偏置电压的选择很重要！8消光比可以超过20dB驱动电压：3-5V最高调制带宽已达75GhzMach-Zehnder型电光调制器是目前光通信系统中最为常用的调制器！使用Interleaver的目的是为实现50GHz间隔的密集波分系统同时避免器件技术的过分复杂和太高成本。Interleaver的作用就是交错滤波，Interleaver复用器是将两路分别包含多个波长的光信号合并成一路波长间隔减半的光信号；解复用是将一路多波长信号分成