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6/16/20246/16/2024 HUST 2012第六章光纤无源及有源器件6/16/2024第六章光纤无源及有源器件8/9/202316/16/20246/16/2024 HUST 2012二、光纤定向耦合器6/16/2024二、光纤定向耦合器8/9/202326/16/20246/16/2024 HUST 20126/16/20248/9/202336/16/20246/16/2024 HUST 20126/16/20248/9/202346/16/20246/16/2024 HUST 2012三、光纤定向耦合器1 1、简介、简介光耦合器：传送和分配光信号的无源器件，光从一个端口输入，从另一个或多 个端口输出。对光信号进行合波或以不同的方式（波长、光功率）进行分波。主要特点：器件的主体是光纤；光纤中模式的耦合作用来实现光的功率及方向的分配。光信号的传送方向是固定的。分类：透射型反射型透反型6/16/2024三、光纤定向耦合器1、简介光耦合器：传送和分配光信号的无源56/16/20246/16/2024 HUST 20126/16/20248/9/202366/16/20246/16/2024 HUST 20122、耦合器的工作原理单模光纤：模式耦合理论来分析；多模光纤：弯曲理论来分析。（1）两平行光纤之间的耦合机理：当两光纤的纤芯平行靠近时，一个光纤中的导波场将引起另一个光纤介质极化，导致在光纤激励起传导模，场将相互渗透，相互交叠。光功率的分配将在两光纤的纤芯间谐振光功率的分配将在两光纤的纤芯间谐振6/16/20242、耦合器的工作原理单模光纤：模式耦合理论来分析；76/16/20246/16/2024 HUST 2012令令6/16/2024令8/9/202386/16/20246/16/2024 HUST 2012基模场间的耦合方程：失谐参量：耦合系数：R(0)=1;S(0)=06/16/2024基模场间的耦合方程：失谐参量：耦合系数：R(0)=1;S(96/16/20246/16/2024 HUST 2012 经“L”长度后，从“1”号光纤耦合到“2”号光纤的光功率为：仍留在“1”号光纤中的光功率为：两参数相同光纤间的耦合：弱导阶跃光纤，K可以表示如下：d：为两光纤之间的距离。6/16/2024 经“L”长度后，从“1”号光纤耦合到“2”号光纤的光功率为106/16/20246/16/2024 HUST 2012Y型光纤耦合器耦合长度：6/16/2024Y型光纤耦合器耦合长度：8/9/2023116/16/20246/16/2024 HUST 2012Y型光纤耦合器对相同波长、相同光功率的耦合会产生3dB损耗。6/16/2024Y型光纤耦合器对相同波长、相同光功率的耦合会产生3dB损耗。126/16/20246/16/2024 HUST 2012X型光纤耦合器1端口输出2端口输出6/16/2024X型光纤耦合器1端口输出2端口输出8/9/2023136/16/20246/16/2024 HUST 2012光纤耦合器特性：耦合长度：针对具体的波长，光能量从一个光纤完全进入另一个光纤的长度。耦合的强弱：取决于两光纤纤芯的分离程度。耦合长度与传输的波长紧密相关！不同的传输波长将产生不同的耦合长度。耦合长度与传输的波长紧密相关！不同的传输波长将产生不同的耦合长度。X&Y-光纤耦合器互易原理：用Y-耦合器对相同波长的光进行合波，信号输出时，将引入3dB 的 功率损耗！(输入功率相同的情况下输入功率相同的情况下)6/16/2024光纤耦合器特性：耦合长度：针对具体的波长，光能量从一个光纤完146/16/20246/16/2024 HUST 2012耦合器仅分出小部分的光从一端输出，而在另一耦合器仅分出小部分的光从一端输出，而在另一端仍保留大部分的光，称此耦合器为端仍保留大部分的光，称此耦合器为Tap型耦合型耦合器。器。典型分光比典型分光比:99:1 或或 1%tap耦合器。耦合器。从主干线传输光信号功率中分出一小部分光功率从主干线传输光信号功率中分出一小部分光功率供监控等应用。供监控等应用。6/16/2024耦合器仅分出小部分的光从一端输出，而在另一端仍保留大部分的光156/16/20246/16/2024 HUST 20123、波分复用光纤耦合器主要应用于：波分复用光纤通信系统；光纤放大器中。属于非对称形式耦合器，选择光纤参数不同，耦合分光比不仅与耦合长度有关，而且与信号波长有关。6/16/20243、波分复用光纤耦合器主要应用于：波分复用光纤通信系统；166/16/20246/16/2024 HUST 2012传播常数差为：将其在处展开，耦合分光比：不同波长、相同光纤间的耦合：6/16/2024传播常数差为：将其在处展开，耦合分光比：不同波长、相同光纤间176/16/20246/16/2024 HUST 20126/16/20248/9/2023186/16/20246/16/2024 HUST 2012光纤复用耦合器6/16/2024光纤复用耦合器8/9/2023196/16/20246/16/2024 HUST 2012光纤解复用耦合器6/16/2024光纤解复用耦合器8/9/2023206/16/20246/16/2024 HUST 2012波长可选择的耦合器和分波器：对EDFA注入光功率（泵浦光信号光）对简单的 WDM系统作波长分离对DWDM系统增加管理信道6/16/2024波长可选择的耦合器和分波器：对EDFA注入光功率（泵浦光信216/16/20246/16/2024 HUST 20124、耦合器的性能参数及制备工艺1.性能参数 耦合比：输入信道 i 耦合到输出信道 j 的功率之比。附加损耗：输出信道功率之和与输入信号功率之比。6/16/20244、耦合器的性能参数及制备工艺1.性能参数 耦合比：输入226/16/20246/16/2024 HUST 2012信道插入损耗：输入信道i到指定输出信道j的损耗。隔离度：透射式同侧端口之间，非指定信道输出功率Pk与输入功率Pi之比。6/16/2024信道插入损耗：输入信道i到指定输出信道j的损耗。隔离度：236/16/20246/16/2024 HUST 2012除此之外：对等比耦合器、应考察耦合器的均匀性、反向散射（回波损耗）、工作波长（波长）、偏振敏感度。耦合器制备方法：浸蚀法：腐蚀液、匹配液、胶合；磨削法：磨、匹配液、对拼、精确对位、胶合；熔锥法：按所要求的端数、一定的耦合矩阵将光纤胶合在一起，加热拉伸成 双锥形，控制过程中监控光功率。6/16/2024除此之外：对等比耦合器、应考察耦合器的均匀性、反向散射（回波246/16/20246/16/2024 HUST 2012内容小节光纤耦合器及特点：定向、全光纤、模式耦合相同波长的光信号功率分配不同波长的光信号波长路由相同波长、相同光纤、相同光功率耦合3dB损耗不同波长的光信号完全耦合波长间隔越大，完全耦合的作用长度越小；波长间隔越小，完全耦合的作用长度越大；6/16/2024内容小节光纤耦合器及特点：定向、全光纤、模式耦合相同波长的光256/16/20246/16/2024 HUST 20126/16/20248/9/2023266/16/20246/16/2024 HUST 2012三、光隔离器1、简介定义：光隔离器只允许光波沿着一个方向传输，而光的另一个方向的传输是禁止的。一种光非互易传输耦合器。光信号沿着指定正方向传输时损耗低，光路被接通；光信号沿着反方向传输时损耗大，光路被阻断。2、应用半导体激光器防止反馈，降低误码率；半导体光放大器，防止回波，提高稳定性；掺杂光纤放大器（如：EDFA）；光纤激光器中，确保环形激光器的单向激射。6/16/2024三、光隔离器1、简介定义：光隔离器只允许光波沿着一个方向传输276/16/20246/16/2024 HUST 20123、原理：法拉第磁光效应 光波通过置于磁场中的法拉第旋光片时，光波的偏振方向总是沿与磁场（H）方向构成右手螺旋方向旋转，而与光波的传播方向无关。正、反方向两次通过法拉第旋光片时，偏振方向旋转角度将迭加而不抵消。基本材料（磁光介质）:钇铁石榴石(YIG:Yttrium-Iron-Garnet)康宁（康宁（Corning）8363号玻璃等号玻璃等6/16/20243、原理：法拉第磁光效应 光波通过置于磁场中的法拉第旋光286/16/20246/16/2024 HUST 20124、结构（1）偏振有关的光隔离器：由一对偏振方向成 的偏振片和 偏振旋光片构成。正向：偏振方向旋转 ，与检偏器相平行光路通；反向：偏振方向也旋，但与检偏器垂直光路断；6/16/20244、结构（1）偏振有关的光隔离器：由一对偏振方向成 296/16/20246/16/2024 HUST 2012缺点：光隔离器是偏振相关的对任意偏振态注入的光，将损失50的光功率如果光信号是特定的偏振态，有可能损失全部的光功率若光的偏振态是随着时间变化的，这种变化将体现在对光的衰减上，因而将产生很大的噪声H6/16/2024缺点：光隔离器是偏振相关的H8/9/2023306/16/20246/16/2024 HUST 2012(2)偏振无关的光隔离器：由一对偏振分光镜、法拉第旋光片，互易旋光片组成：YIG与波片的前后位置有关，正向：法拉第旋光片与互易 旋光片对两偏振方向的角度互相抵消，输入光的偏振方向一致。反向：法拉第旋光片与互易旋光片对两偏振方向的角度相迭加，输入光与输出光的偏振方向相垂直。6/16/2024(2)偏振无关的光隔离器：由一对偏振分光镜、法拉第旋光片，316/16/20246/16/2024 HUST 2012关键：YIG总是向右旋转，而与光的行进方向无关，而互易波片是与传播方向有关的。光 隔 离 器性能参数：插入损耗：a=-10lg(Pout/Pin),(正向输入)隔离比：I=-10lg(Pout/Pin),(反向输入）回波损耗：Ib=-10lg(Pback/Pin)通带带宽：Dl偏振灵敏度：S=-10lg1-|(Pmax-Pmin)/(Pmax+Pmin)|6/16/2024关键：YIG总是向右旋转，而与光的行进方向无关，而互易波片是326/16/20246/16/2024 HUST 2012四、光环形器 1、定义：光由环行器的一个端口（如端口 1）输入，沿着环形器传输，将从端口2输出；由端口2输入，则由端口3输出。光总是按规定的路径传输。2、应用6/16/2024四、光环形器 1、定义：光由环行器的一个端口（如端口 1）336/16/20246/16/2024 HUST 20123、基本结构：Polarising Beam Splitter Cube，Birefringent“Walk-off”Block(YVO4)，Faraday Rotator and Phase Plate由端口1输入的光，被第一双折射镜(block A)分成偏振方向互相正交的两束光。这两束光的偏振方向均发生90的旋转。在第二双折射镜(block A)处，两光束再次折射并合成。6/16/20243、基本结构：Polarising Beam Splitte346/16/20246/16/2024 HUST 2012n由2端口向1端口传输的光，首先由block B进行分光，两束互相正交的偏振光经45法拉第旋光片与互易旋光片后，两束光的偏振态维持不变，由block B输出后，两光束通过反射棱镜和偏振分光镜作合并，最终由3端口输出。6/16/2024由2端口向1端口传输的光，首先由block B进行分光，两束356/16/20246/16/2024 HUST 20124、光环行器性能参数：插入损耗：a=-10lg(P2,3/P1,2),(顺序输入)隔离比：I=-10lg(P1,2/P2,3),(逆序输入）回波损耗：Ib=-10lg(Pback/Pin)通带带宽：Dl偏振灵敏度：S=-10lg1-|(Pmax-Pmin)/(Pmax+Pmin)|6/16/20244、光环行器性能参数：插入损耗：a=-10lg(P2366/16/20246/16/2024 HUST 2012光环行器用作反射镜6/16/2024光环行器用作反射镜8/9/202337谢谢！谢谢！38
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