信息与通信第三章 光波导耦合器

第三章 光波导耦合器教师：宋军光功分器思考：空间光学如何实现光的分束预思考：我们学过的知识里哪用过分束器？预思考：我们学过的知识里哪用过分束器？什么原理？什么原理？思考：集成光电子技术里可以用于功分器的原理 Y分支分支星型耦合星型耦合多模干涉多模干涉定向耦合定向耦合思考：如何将光纤中的光耦合入波导？球透镜耦合结构球透镜耦合结构 自聚焦透镜耦合自聚焦透镜耦合思考：能量耦合的初略计算E1高斯光高斯光高斯光耦合进入单模平板波导后高斯光耦合进入单模平板波导后怎么传输？有多少能耦合进去？怎么传输？有多少能耦合进去？如果这个波导有如果这个波导有两个模式呢？两个模式呢？E2哪个模式能量多？哪个模式能量多？思考：两根光纤靠得非常近是否有损耗？只间隔10微米光耦合器的基本参数1.附加损耗附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值。该值以分贝(dB)表示的数学表达式为 式中：Pouti为第i个输出口的输出功率；Pin为输入光功率。10lg()outiiinPELdBP 思考：对除星型耦合器外其他三种，附加损耗的主要来源 Y分支分支星型耦合星型耦合多模干涉多模干涉定向耦合定向耦合2.插入损耗插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值。该值通常以分贝(dB)表示，数学表达式为 其中：ILi是第i个输出端口的插入损耗；Pouti是第i个输出端口测到的光功率值；Pin是输入端的光功率值。.10lg()outiiinPI LdBP 什么是什么是3dB耦合器？耦合器？3.分光比分光比(Coupling Ratio，CR)是光耦合器所特有的技术术语，它定义为耦合器各输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比，在具体应用中常用数学表达式表示为 例如对于标准X形耦合器，1 1或50 50代表了同样的分光比，即输出为均分的器件。.100%outioutiiPC RP一起设计Y分支耦合器最终四束光功率分别为0.244、0.244、0.2095、0.2095分光比和附加损耗 最终四束光功率分别为0.244、0.244、0.2095、0.2095 输出总功率为0.90700.907010lg()0.42391ELdBdB 附加耗：=26.9%26.9%23.1%23.1%0.2440.2440.2095 0.2095分束比：0.9070 0.9070 0.9070 0.9070：思考:如何制作一个1:2的耦合器？能否用此结构，利能否用此结构，利用分支用分支1:2的宽度差的宽度差实现实现1:2分束比，为分束比，为什么？什么？宽的一端和宽的一端和窄的一端哪窄的一端哪个走的能量个走的能量多？多？可以通过改可以通过改变两分支宽变两分支宽度比来改变度比来改变分光比，但分光比，但并不是成比并不是成比例的例的使用这样使用这样的渐变结的渐变结构是否可构是否可行？行？如果两端口尺寸完全一样折射率不同会如何？右端折右端折射率差射率差0.01左端折左端折射率差射率差0.011思考：哪端光强思考：哪端光强更大，为什么？更大，为什么？下端折下端折射率差射率差0.01思考：继思考：继续增大两续增大两端折射率端折射率差会有什差会有什么现象么现象右端折右端折射率差射率差0.01左端折左端折射率差射率差0.1下端折下端折射率差射率差0.01用用Rsoft来尝来尝试验证一下试验证一下思考：如何设计一个分光比可调的Y分支功分器？思考：可思考：可调分光可调分光可以有什么以有什么应用？应用？思考:如何制作一个1:2的耦合器？拍长/kOptical powerPropagation distance3dB direction coupler思考：这个器件是否与波长有关？为什么？1550 nm1310 nm思考：这有什么用？思考：这有什么用？思考：定向耦合器是否可逆？1W0.5W0.5W0.5W0.5W?光纤定向耦合器思考：能否想出更简单的结构用波导实现3dB定向耦合器？现在让我们一起基于现在让我们一起基于Rsoft软件来设计这个结构软件来设计这个结构思考：这个器件是否可逆？多模干涉耦合器自映像现象 思考：如何才能成像？不用透镜能成像的手段有哪些？物理光学：泰伯效应物理光学：泰伯效应这里的多模干涉也是一种不用透这里的多模干涉也是一种不用透镜的成像现象镜的成像现象思考：如何让多模干涉后的像更清晰？从干涉的基本原理从干涉的基本原理思考思考思考：多模干涉现象是否与波长有关？让我们一起用让我们一起用Rsoft软件来验证，软件来验证，根据现象来思考原因根据现象来思考原因1550 nm1310 nm马赫泽德干涉仪思考：如何用集成光电子元件实现马思考：如何用集成光电子元件实现马赫泽德干涉仪的结构？赫泽德干涉仪的结构？使用两个使用两个任意结构任意结构的的3dB耦耦合器连接合器连接都可以构都可以构成马赫泽成马赫泽德干涉仪德干涉仪发挥你的想象发挥你的想象力，看这个结力，看这个结构可以用来干构可以用来干什么？什么？让我们一起实践使用让我们一起实践使用Rsoft软件来设计一个光学软件来设计一个光学传感器传感器总结 了解耦合器的原理、性能评价指标和常用结构 能够灵活设计耦合器，并解释相关现象 能理解耦合器的各种应用