光纤光学教学ppt课件第十四讲.ppt
27.11.2022,第六章光纤无源及有源器件,27.11.2022,二、 光纤定向耦合器,27.11.2022,27.11.2022,27.11.2022,三、 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。,分类：,27.11.2022,27.11.2022,2、 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,27.11.2022,令,27.11.2022,基模场间的耦合方程：,失谐参量：,耦合系数：,R(0)=1; S(0)=0,27.11.2022,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。,27.11.2022,Y型光纤耦合器,耦合长度：,27.11.2022,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。,27.11.2022,X型光纤耦合器,1端口输出,2端口输出,27.11.2022,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),27.11.2022,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。,27.11.2022,3、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。,27.11.2022,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：,27.11.2022,27.11.2022,光纤复用耦合器,27.11.2022,光纤解复用耦合器,27.11.2022,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,27.11.2022,4、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。,27.11.2022,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。,27.11.2022,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。,27.11.2022,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；,27.11.2022,27.11.2022,三、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。,27.11.2022,3、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,27.11.2022,4、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；,27.11.2022,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,27.11.2022,(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。,27.11.2022,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)|,27.11.2022,四、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,27.11.2022,3、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。,27.11.2022,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。,27.11.2022,4、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)|,27.11.2022,光环行器用作反射镜,谢谢！,
