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单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,8/30/2024, HUST 2012,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六章光纤无源及有源器件,8/30/2024,第六章光纤无源及有源器件9/5/2023,1,二、 光纤定向耦合器,8/30/2024,二、 光纤定向耦合器9/5/2023,2,8/30/2024,9/5/2023,3,8/30/2024,9/5/2023,4,三、 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,8/30/2024,三、 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,5,8/30/2024,9/5/2023,6,2、 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,8/30/2024,2、 耦合器的工作原理单模光纤：模式耦合理论来分析；,7,令,8/30/2024,令9/5/2023,8,基模场间的耦合,方程,：,失谐参量：,耦合系数：,R(0)=1; S(0)=0,8/30/2024,基模场间的耦合方程：失谐参量：耦合系数：R(0)=1; S(,9,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。,8/30/2024,经“L”长度后，从“1”号光纤耦合到“2”号光纤的光功率为,10,Y型光纤耦合器,耦合长度：,8/30/2024,Y型光纤耦合器耦合长度：9/5/2023,11,Y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。,8/30/2024,Y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。,12,X型光纤耦合器,1端口输出,2端口输出,8/30/2024,X型光纤耦合器1端口输出2端口输出9/5/2023,13,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。,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),8/30/2024,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,14,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Tap型耦合器。,典型分光比 : 99:1 或 1% tap耦合器。,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。,8/30/2024,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,15,3、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。,8/30/2024,3、波分复用光纤耦合器主要应用于：波分复用光纤通信系统；,16,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：,8/30/2024,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,17,8/30/2024,9/5/2023,18,光纤复用耦合器,8/30/2024,光纤复用耦合器9/5/2023,19,光纤解复用耦合器,8/30/2024,光纤解复用耦合器9/5/2023,20,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,8/30/2024,波长可选择的耦合器和分波器：对EDFA注入光功率（泵浦光信,21,4、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。,8/30/2024,4、耦合器的性能参数及制备工艺1. 性能参数 耦合比：输入,22,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,P,k与输入功率,P,i,之比。,8/30/2024,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：,23,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。,8/30/2024,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,24,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；,8/30/2024,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,25,8/30/2024,9/5/2023,26,三、,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。,8/30/2024,三、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,27,3、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（Corning）8363号玻璃等,8/30/2024,3、原理：法拉第磁光效应 光波通过置于磁场中的法拉第旋光,28,4、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；,8/30/2024,4、结构（1）偏振有关的光隔离器：由一对偏振方向成,29,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,H,8/30/2024,缺点：光隔离器是偏振相关的H9/5/2023,30,(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。,8/30/2024,(2) 偏振无关的光隔离器：由一对偏振分光镜、法拉第旋光片，,31,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 = -10,lg (P,out,/P,in,), (正向输入),隔离比： I =,-10,lg(P,out,/P,in,), (反向输入）,回波损耗： I,b,=,-10,lg(P,back,/P,in,),通带带宽：,Dl,偏振灵敏度： S = -10lg1-|(P,max,-P,min,)/(P,max,+P,min,)|,8/30/2024,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,32,四、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,8/30/2024,四、光环形器 1、 定义：光由环行器的一个端口（如端口 1）,33,3、基本结构：,Polarising Beam Splitter Cube ，Birefringent “Walk-off” Block,(YVO,4,)，,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。,8/30/2024,3、基本结构：Polarising Beam Splitte,34,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。,8/30/2024,由2端口向1端口传输的光，首先由block B进行分光，两束,35,4、光环行器性能参数：,插入损耗：,a = -10,lg (P,2,3,/P,1,2,), (顺序输入),隔离比：I =,-10,lg(P,1,2,/P,2,3,), (逆序输入）,回波损耗：I,b,=,-10,lg(P,back,/P,in,),通带带宽：,Dl,偏振灵敏度：S = -10lg1-|(P,max,-P,min,)/(P,max,+P,min,)|,8/30/2024,4、光环行器性能参数：插入损耗：a = -10lg (P2,36,光环行器用作反射镜,8/30/2024,光环行器用作反射镜9/5/2023,37,谢谢！,谢谢！,38,
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