www.bwin6099.com-bwin6099亚洲必赢-bwin最新登录网址
做最好的网站

原荣《光纤通信第3版》课件 第3章 光纤通信器件

来源:https://www.loonglo.com 作者:教育资讯 人气:162 发布时间:2019-01-09
摘要:第 3 章 光纤通信无源器件 3.1 连接器 3.2 耦合器 3.3 可调谐滤波器 3.4 波分复用/解复用器件调制器《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著1 3.5 调制器 3.6 光开关 3.7 光隔离器

  第 3 章 光纤通信无源器件 3.1 连接器 3.2 耦合器 3.3 可调谐滤波器 3.4 波分复用/解复用器件调制器《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著1 3.5 调制器 3.6 光开关 3.7 光隔离器 3.8 光环行器 3.9 光分插复用器 3.10 波长转换器 3.11 偏振复用器 3.1 连接器 3.1.1 连接损耗 3.1.2 活动连接器结构和特性 3 1 3接头 3.1.3 接头 3.1.4 连接方法的比较《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著2 连接器插头插座3.1 连接器 连接器是光纤通信中应用最广泛最基本的光无源器件; 连接器是把两个光纤端面结合在一起, 以实现连接器是把两个光纤端面结合在光...

  第 3 章 光纤通信无源器件 3.1 连接器 3.2 耦合器 3.3 可调谐滤波器 3.4 波分复用/解复用器件调制器《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著1 3.5 调制器 3.6 光开关 3.7 光隔离器 3.8 光环行器 3.9 光分插复用器 3.10 波长转换器 3.11 偏振复用器 3.1 连接器 3.1.1 连接损耗 3.1.2 活动连接器结构和特性 3 1 3接头 3.1.3 接头 3.1.4 连接方法的比较《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著2 连接器插头插座3.1 连接器 连接器是光纤通信中应用最广泛最基本的光无源器件; 连接器是把两个光纤端面结合在一起, 以实现连接器是把两个光纤端面结合在光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件;《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著3起, 以实现 对这种器件的基本要求是使发射光纤输出的光能量最大限度耦合到接收光纤; 连接器“跳线” 用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连。 对连接器的要求 连接损耗(插入损耗)小; 回波损耗大; 多次插拨重复性好; 互换性好; 环境温度变化时, 性能保持稳定; 并有足够的机械强度;《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著4 因此, 需要精密的机械和光学设计和加工装配,以保证两个光纤端面和角度达到高精度匹配,并保特适当的间隙。 图3.1.1 连接损耗的机理数值孔径失配数值孔径失配折射率分布失配折射率分布失配《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著5纤芯尺寸失配纤芯不同心(a) 固有损耗 图3.1.1 连接损耗的机理端面间隙端面间隙轴向倾角轴向倾角d《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著(b) 外部损耗6横向偏移菲涅尔反射端面粗糙x 图3.1.2 活动连接器结构和特性套筒插针粘结剂光纤8o芯包皮凸球面PC平面斜面APC《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著7连接器的基本结构包括接口零件、 光纤插针和对中三部分。光纤插针的端面有平面、 球面(PC) 或斜面(APC, Angled Physical Contact)。对中可以采用套管结构、 双锥结构、 V形槽结构或透镜耦合结构。 插针可以是微孔结构、 三棒结构或多层结构。因此, 连接器的结构也是多种多样的。 采用套管结构对中和微孔结构插针光纤固定效果最好, 又适合大批量生产, 得到了 广泛的应用, 如图3.1.2(b) 所示。光纤插针与套筒连接示意图(b)(C) 连接器插头和插座三种常见的物理接触(a)斜面 连接器的种类 两插头与转接器的连接有FC型、 SC型和ST型。FC: 表示用螺纹连接;SC(Square/Subscriber Connector) :表示轴向插拔矩形外壳结构表示轴向插拔矩形外壳结构;ST(Spring Tension) : 表示弹簧带键卡口结构。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著8 通常我们把光纤插针端面结构和两插头与转接器的连接结构结合在一起表示光纤活动连接器的类型, 通常有 FC/PC、 FC/APC、 SC/PC、 SC/APC和 ST/PC 型等。 表3.1.1 各种单模光纤活动连接器的结构特点和性能指标 类型结构和特性FC/PCFC/APCSC/PCSC/APCST/PC插针套管(包括光纤)端面形状凸球面80斜面凸球面80斜面凸球面连接方式螺纹螺纹轴向插拔轴向插拔卡口结构特点连接器形状圆形圆形矩形矩形圆形平均插入损耗(dB) 0.2 0.3 0.3 0.3 0.2《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著9最大插入损耗(dB) 0.3 0.50.50.50.3重复性(dB) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1互换性(dB) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1回波损耗(dB) 40 60 40 60 40插拔次数 100040+800C 100040+800C 100040+800C 100040+800C 100040+800C性能指标使用温度范围用途长距离干线网,用户网或局域网长距离干线网,高速率数字系统或模拟视频系统用户网或局域网用户网或局域网用户网或局域网 3.1.3 接 头 接头是把两个光纤端面结合在一起, 以实现光纤与光纤之间的永久性(固定)连接。接头用于相邻两根光缆(纤)之间的连接,以形成长距离光缆线路以形成长距离光缆线路。 永久性连接般在现场实施, 这种连接是光缆线路建造中的重要技术。 对接头的要求主要是连接(接头)损耗小,有足够的机械强度, 长期的可靠性和稳定性, 以及价格便宜等。永久性连接一《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著10 光纤1光纤2接头制作方法---热熔连接 把端面切割良好的两根光纤放在V形槽内, 用微调器使纤芯精确对中; 用高压电弧加热把两个光纤端面熔合在一起; 用热缩套管和钢丝加固形成接头;《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著11 接头的质量不仅受光纤公差而且受电弧电流和加热时间的影响。 热熔连接方法在世界范围得到广泛应用。 市场上有多种规格的自 动控制熔接机, 使用方便。 V 形 槽接头制作方法---机械连接 用V形槽、 准直棒或弹性夹头等机械夹具, 使两根端面良好的光纤保持外表面准直;热固化或紫外固化 用热固化或紫外固化, 并用光学兼容环氧树脂粘结加固。并光学兼容氧树《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著12 这种连接方法接头损耗大, 因为纤芯对中的程度完全取决于光纤外径公差和机械夹具对光纤的控制能力。 毛细管粘结连接 把光纤插入精制的玻璃毛细管中, 用紫外固化粘结剂固定, 对端面进行抛光; 在支架上用压缩弹簧把毛细管挤压在一起。在支架上用压缩弹簧把毛细管挤压在《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著13起。 调节光纤位置, 使输出功率达到最大, 从而实现对中, 用光学兼容环氧树脂粘结形成接头。 这种连接方法接头损耗很低。 图3.1.2 把端面切割良好的两根光纤放在V形槽内,微调架对中, 用高压电弧加热熔合在一起光纤1光纤2《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著14铒光纤普通光纤铒光纤普通光纤(a) V 形槽(b) 热熔连接(c) 普通光纤和铒光纤热熔连接 T形 星形3.2 耦 合 器《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著15 耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。 耦合器对线路的影响是附加插入损耗, 可能还有一定的反射和串音。 选择耦合器的主要依据是实际应用场合。 耦合器基本结构T形 星形11+N《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著16T形耦合器是一种 3 端耦合器或 2× 2 耦合器, 它的功能是把一根光纤输入的光功率分配给 2 根光纤。 这种耦合器可以用作不同分路比的功率分路器或功率组合器, 或局域网终端的光输入或光输出耦合器。星形耦合器是一种 NN 耦合器, 它的功能是把 N 根光纤输入的光功率组合在一起, 并均匀分配给 N 根输出光纤。 这种耦合器可以用作多端功率分路器或功率组合器。方向波分N 图3.2.2 用熔拉双锥方法制造的星形耦合器(a)传输型《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著17NN 星形耦合器可以由几个 22 耦合器组合而成。 这种组合星形耦合器的缺点是元件多、 体积大。熔拉双锥星形耦合器是一种紧凑的单体星形耦合器。 这种耦合器的制造技术是把许多光纤部分熔化在一起, 并把熔化部分拉伸形成双锥形结构。锥形部分的作用是把每根光纤输入的信号混合在一起, 并近似相等地分配给每个输出端。(b) 反射型 (c) 由 12 个单模光纤耦合器组合的8× 8 星形耦合器  (a)相位中心星形耦合器外形原理图200500D输入阵列m输出阵列m4.5m图3.2.3 采用硅平面波导技术制成的多端星形耦合器《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著1830 mmP自 由空间区Q (b) 光栅圆中心耦合区原理区原理图图3.2.3 采用硅平面波导技术制成的多端星形耦合器R光栅圆《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著19 oR/2罗兰圆PQ 图3.2.3 采用硅平面波导技术制成的多端星形耦合器输入阵列输出阵列平面波导区ooRs《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著20另一种制造单模光纤星形耦合器的方法是新颖的集成光学结构, 即在扇形的输入和输出波导阵列之间插入一块聚焦平板波导区, 即自由空间区, 该区可用硅平面波导电路技术制成, 它的作用是将输入光功率均匀地分配到每个输出端, 如图3.2.3所示。这种结构的星形耦合器适合构成大规模的NN星形耦合器, 利用这种技术已制成用于 1.55 m 波段的 6464 和 144144 星形耦合器。(b)(a) N   N 星形耦合器外形图 (b) 中心耦合区 3.3 可调谐光滤波器 可调谐光滤波器是一种波长(或频率)选择器件, 它的功能是从许多不同频率的输入光信号中, 选择出一个特定频率的光信号。的光信号。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著21 光频滤波根据其基理可分为干涉型、 衍射型和吸收型三类, 每一类根据其实现的原理又可以分为若干种; 根据其调谐的能力又可分为光频固定滤波器和可调谐滤波器。 3.3 3.3 可调谐光滤波器可调谐光滤波器  3.3.1 3.3.1 法布里  3.3.2 3.3.2 马赫  3 3 33 3 3  3.3.3 3.3.3 布拉格(  3.3.4 3.3.4 阵列波导光栅(阵列波导光栅(AWG  3.3.5 3.3.5 调谐滤波器性能比较调谐滤波器性能比较法布里 珀罗(马赫- -曾德尔(曾德尔(MZ布拉格(布拉格(Bragg布拉格(Bragg珀罗(FPFP) 滤波器) 滤波器MZ) 滤波器) 滤波器Bragg) 光栅滤波器) 光栅滤波器Bragg) 光栅滤波器) 光栅滤波器AWG) 滤波器《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著22) 滤波器 3.3.1 法布里珀罗(FP) 滤波器 基本法布里-珀罗干涉仪(F-PI) (见图3.3.2)由两块平行镜面组成的谐振腔构成, 一块镜面固定, 另一块可移动, 以改变谐振腔的长度。镜面是经过精细加工并镀有金属反射膜或多层镜面是经过精细加工并镀有金属反射膜或多层介质膜的玻璃板, 图中略去输入和输出光纤及透镜系统, 而集中讨论腔体本身。 由光纤输入的光经过谐振腔反射一次后, 聚焦在输出光纤端面上, 借助改变谐振腔的长度达到从波分复用信道中选取所需信道的目的。入射光透射光内 部反射镜面L=/2《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著23 图3.3.1 可调谐光滤波器的基本功能 调谐滤波器 P finf ch Pfout《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著24调谐控制电压fifsf Tffifffi 基本法布里-珀罗干涉仪(F-PI) 由两块平行镜面组成的谐振腔构成, 一块镜面固定, 另一块可移动, 以改变谐振腔的长度。L = /2压电陶瓷管 玻璃或陶瓷套管反射镜反射镜《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著25图3.3.2 基本F-P干涉仪图3.3.3 光纤F-P滤波器入射光透射光内 部反射镜面光纤+v 光纤法布里-珀罗(FF-P)干涉仪滤波器 光纤法布里-珀罗(FF-P) 干涉滤波器, 如图3.3.3所示, 光纤端面本身就充当两块平行的镜面。 如果将光纤(即F-P的反射镜面) 固定在压电陶瓷上, 通过外加电压使压电陶瓷产生电致伸缩作用来改变谐振腔的长度, 同样可以从复用信道中选取所需要的信道。 这种结构可实现小型化。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著26 光纤法布里光纤法布里- -珀罗(珀罗(FFFF- -P P) 干涉滤波器) 干涉滤波器光纤光纤压电陶瓷管玻璃或玻璃或陶瓷套管光纤光纤压电陶瓷管玻璃或玻璃或陶瓷套管内 波导《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著27间隙型FF-P滤波器内波导型FF-P滤波器+v反射镜(a)间隙型 FF-P滤波器氧化锆套管+v反射镜氧化锆套管 (b)内波导型 FF-P 滤波器 光纤FF-P调谐滤波器的基本物理机理 与1.3.3节讨论过的光多次干涉和谐振特性类似。 对于无源F-P滤波器, 因为滤波器只能允许满足谐振腔单纵模传输的相位条件的频率信号通过,所以传输特性与波长有关。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著28 ( )T f传输函数光频  Pfinin(a)传输函数fLFSR=fF-P1.00.5图3.3.5 F-P滤波器的传输特性它具有多个谐振峰,每两个谐振峰振峰间的频率间距为自由光谱区FSR《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著f1f2f329输出功率输入功率光频ffchfs Pfoutfch1. 0光频fP1P2P3PNfNf1f2f3fNfi(b)N 个信道经波分复用后加到滤波器输入端的频谱图(c)滤波器输出频谱图 光纤FF-P调谐滤波器每两个谐振峰间的频率间距FSR为:cnLff22LL《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著30 式中, FSR就是滤波器的自由光谱区。 假如滤波器设计成只允许复用信道中的一个信道通过, 如图3.3.5(c) 中的信道的频率正好对准传输特性的谐振峰,所以只有fj = f1的信道才能通过滤波器, 而其它信道被抑制了 。n是构成F-P滤波器的材料折射率, L是谐振腔长度。 F-P滤波器的精细度F 它决定滤波器的选择性, 即能分辩的最小频率差,从而也决定所能选择出的最大信道数。从而也决定所能选择出的最大信道数。 精细度的概念与F-P干涉仪理论中的相同。 假如谐振腔内部损耗忽略不计, 则精细度由镜面反射率R决定FPffFL入射光透射光内 部反射镜面L=/2《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著31 假设两个镜面的R相等,此时:FRR1 传输函数光频 T f1234567i=0光输入光输出第一腔第二腔(a)级联双腔 FP 滤波器(b)单腔 FP滤波器的传输函数(c)级联用的第级联用的第一个滤波器的传输函数是图, FSR=10个FSRfF-P=10F图3.3.6 双腔F-P滤波器级联使联使精细度扩大《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著32光频光频f ffj=0 123456789FP(d)级联用的第二个滤波器的传输函数是图 的, FSR=10FP(e)级联后的复合传输函数(b)1/3(b)1/4的FSRFSRFSRFFfF-P 3.3.2 马赫-曾德尔(MZ) 滤波器3输入121,2 LLLL t延迟输出热敏薄膜 耦合器 3 dB 耦合器 3 dB《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著33 马赫-曾德尔(Mach-Zehnder) 干涉滤波器由两个3 dB耦合器串联组成一个马赫-曾德尔干涉仪,干涉仪的两臂长度不等, 光程差为L 。41 L2 图3.3.7 马赫-曾德尔干涉滤波器3输入121,2 LLLL t延迟输出热敏薄膜 耦合器 3 dB 耦合器 3 dB《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著3441 L2 马赫-曾德尔干涉滤波器的原理是基于两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。  为两臂长度差产生的相位差 式中n是波导折射率指数 复合后每个波长的信号光在满足一定的相位条件下, 在两个输出光纤中的一个相长干涉, 而在另一个相消干涉。 如果在输出端口3,满足相长条件, 满足相消条件, 则输出光; 如果在输出端口4,消条件,满足相长条件, 则输出光。图3.3.7 M-Z干涉滤波器cnLf 234输入121,1 2 LLL t延迟2输出热敏薄膜 耦合器 3 dB 耦合器 3 dB《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著35满足相 图3.3.8 级联M-Z干涉滤波器M-Z2M-Z4M-Z4,,,51,1 35ff《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著36M-ZM-Z2M-Z4M-Z4821,75318642,,,73,62,84,24768fffff 级联M-Z干涉滤波器 这种滤波器要求输入光波的频率间隔必须精确地控制在当波长数为4个时, 需要3个马赫-曾德尔干涉滤波器级联当波长数为8个时干涉滤波器级联, 当波长数为8个时, 需要三级共7个马赫-曾德尔干涉滤波器级联, 而且要使第一级的频率间隔为f,第二级的频率间隔为2f, 第三级的频率间隔为4f, 才能将它们分开, 如图3.3.8 所示。的整数倍。需 Lncf2《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著37 3.3.3 布拉格(Bragg)光栅滤波器 布拉格(Bragg) 光栅由间距为  的一列平行半反射镜组成,  称为布拉格间距,如图3.3.9所示。如图所示 如果半反射镜数量N(布拉格周期) 足够大, 那么对于某个特定波长的光信号, 从第一个反射镜反射出来的总能量约为入射的能量, 即使功率反射系数R很小。inEoutEtotr,E半反射镜《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著38 如果半反射镜数量N(布拉格周期) 足够大, 那么对于某个特定波长的光信号, 从第一个反射镜反射出来的总能量约为入射的能量, 即使功率反射系数R很小。该特定波长强反射的条件是: 布拉格光栅的基本特性就是以共振波长为中心的一个窄带光学滤波器该共振 该共振波长称为布拉格波长半反射镜2/Bn 《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著39图3.3.9 布拉格光栅inEoutEtotr,E 图3.3.10 光纤布拉格光栅光纤布拉格光栅是一小段光纤, 其纤芯折射率经两束相互干涉的紫外光照射后产生周期性地调制, 干涉条纹周调制, 干涉条纹周期由两光束之间的夹角决定。光纤芯包层包层紫外干涉光光栅光栅4321431 《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著40大多数光纤的纤芯对于紫外光来说是光敏的, 将纤芯直接曝光于紫外光下将导致纤芯折射率永久性变化。2用紫外干涉光制作光纤布拉格光栅滤波器这 种 光 纤 布 拉 格 光 栅 的 基 本 特 性 就 是以 共 振 波 长 为 中 心 的 一 个 窄 带 光 学 滤 波器 。(3.3.8)可 知 ,该 共 振 波 长 称 为 布 拉 格 波 长 ,由 式其 值 为 2nB 布拉格光栅inEoutEtotr,E半反射镜布拉格(Bragg) 光栅由间距为的一列平行半反射镜组成, 称为布拉格间距, 如图3.3.9所示。 如果半反射镜数量 N(布拉格周期) 足够大, 那么对于某个特定波长的光信号,从第一个反射镜反射出来的总能量totr,E约为入射的能量《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著41inE , 即使功率反射系数 R 很小。 该特定波长B 强反射的条件是2 /Bn(3.3.8)式中 n 代表布拉格光栅的阶数, 当1n时, 表示一阶布拉格光栅, 此时。 式(3.3.8)表明, 布拉格间距(或光栅周期)应该是B2 /B; 当2n时, 表示二阶布拉格光栅, 此时B波长一半的整数倍, 负号代表是反射。 布拉格光栅的基本特性就是以共振波长为中心的一个窄带光学滤波器。 该共振波长称为布拉格波长。 图3.3.10 光纤布拉格光栅光纤芯紫外干涉光光栅光栅4321431 I P衬底I P衬底InP衬底InP衬底Y1yx1xPAsGaIn《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著就象一个布拉格光栅, 成为光纤光栅42 强激光辐照掺杂光纤时, 光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化, 变化的大小与光强成线性关系。 如用特定波长的激光干涉条纹(全息照相)从侧面辐照掺锗光纤, 就会使其内部折射率呈现周期性变化,包层2 (a) 用紫外干涉光制作光纤布拉格光栅滤波器2 (b) 单片集成布拉格光栅 图3.3.11 光纤光栅带通滤波器 耦合器122输入输出输出输出输出输出147174 4  3 dB《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著43 利用光纤布拉格光栅反射布拉格共振波长附近光的特性,可以做成波长选择分布式反射镜或带阻滤光器 如果在一个22光纤耦合器输出侧的两根光纤上写入同样的布拉格光栅, 则还可以构成带通滤波器共振波长为的布拉格光栅完全相同 的4174 图3.3.12 基于AWG路由器和SOA的数字调谐滤波器 AWG路由器在输入和输出端分别安排2个相同的AWG, 而在中间又集成了 一个半导体了个半导体光放大器(SOA) 阵列与它们相连; 第1个AWG用作波分解复用; 第2个AWG用作WDM复用器, 。SOA阵列AWGAWG123《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著驱动电流44输入输出12n-1n2n 3.3.4 阵列波导光栅(AWG)滤波器 以上介绍的几种滤波器的调谐既可以用改变折射率指数实现, 也可以用机械改变F-P腔的长度实现。 电流注入改变折射率指数调谐速度很快(ns量级)然而电流改变与调谐特性的关系却很难级) , 然而电流改变与调谐特性的关系却很难预见, 也很难重复 机械调谐的速度又很慢 为了 克服以上的这些缺点, 科学家们在InP衬底上开发出基于阵列波导光栅(AWG) 路由器(WGR) 和SOA的数字调谐滤波器《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著45 阵列波导光栅(AWG)滤波器 该单片集成滤波器可以作为信道分出(下载) 滤波器, 信道均衡器, WDM接收机和WDM光源。收机和光源《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著46 波长信道是数字接入, 而间距是由波导光栅路由器(WGR) 的几何尺寸确定,因此具有高的精度和可重复性 在WDM系统中具有广泛的应用。 图3.3.12 基于AWG路由器和SOA的数字调谐滤波器201015/dB/dB输出功率20100/dB/dB输出功率《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著47 (b) 只有一个信道被SOA接通输出频谱 (c) SOA接通输出功率和输入信号波长的关系450波长 /nm15601550.21560.2波长 /nm1570.24030 图3.3.13 WDM 64信道AWG路由数字调谐滤波器18AWG8 1MMISOA第2级 工作原理: 首先, 把64路WDM波长信号分成8组, 每组8个信号,由18 AWG完成。 信道组光频间距为400 GHz, 正好等于前端AWG的FSR。 其次, 8个信号为1组的信号被第1级SOA选通, 并由后端88 AWG解复用AWG解复用。 最后, 8个信号为1组的每个信号被第2级SOA选通, 并通过81 MMI耦合器输出到功率增强SOA。 通常SOA门的数量是2倍WDM信道数的平方根 (这里是2)。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著488 8AWG输入光输出光SOA功率增强第1级SOA 3.4 波分复用/解复用器 3.4.1 棱镜复用/解复用器 3 4 2衍射光栅解复用器 3.4.2 衍射光栅解复用器 3.4.3 阵列波导光栅(AWG) 复用/解复用器 3.4.4 马赫-曾德尔(MZ) 干涉滤波器复用/解复用器《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著49 3.4.1 棱镜波分复用/解复用器件......N21 3N21 3N21 ......n2n1n1n1 n2i ...21 NN21 pN221 ...r紫光红光白光《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著501光从空气以入射角 i射入三角棱镜发生折射时, 折射角 r与介质折射率的关系为nirsinsin   因为任何介质的折射率都大于 1, 所以光从空气射入任何介质, 入射角一定大于折射角。 在图 3.4.1 中, WDM 光是由各种单色光组成的复色光, 假定12 N, 不同波长的光通过同一种介质时,因折射率 n()与波长有关(见图 1.2.9) , 各单色光的偏折角也不同,  1光在玻璃中的折射角最小, 而  N光则最大。 所以, 1光就位于解复用光谱的下端, N 光位于光谱的上端。 其他单色光, 按波长的长短, 依次排列在 1光和 N光之间。 棱镜就是这样完成解复用的。 3.4.2 衍射光栅解复用器 光纤硅衍射光栅d普通透镜 123123硅光栅渐变折射透镜 光纤1231233入射光波dsind12L12y2y1《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著51光栅成像平面(a) 透射光栅(b) 普通透镜反射光栅(c) 渐变折射率透镜反射光栅 输入的多波长复合信号聚焦在反射光栅上; 光栅对不同波长光的衍射角不一样, 从而把复合信号分解为不同波长的分量; 然后由透镜聚焦在每根输出光纤上。 图3.4.2 光栅型解复用器 光纤硅衍射光栅d普通透镜 123112233硅光栅渐变折射透镜 光纤123入射光波d12 L12y2y1《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著52 (a) 透射光栅 (b) 普通透镜反射光栅 (c) 渐变折射率透镜反射光栅123dsin光栅成像平面 3.4.3 阵列波导光栅(AWG)复用/解复用器星形耦合器星形耦合器星形耦合器星形耦合器L = 常数neff《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著53输入输出12N......12N...N12R/2R光栅圆罗兰圆oQ 自 由空间区 阵列波导光栅(AWG)复用/解复用器工作原理 这种光栅相邻波导间具有恒定的路径长度差L, 如图3.4.3所示。 输入光从第一个星形耦合器输入, 该耦合器把光功率几乎平均地分配到波导阵列输入端中的每一个波导, 由于阵列波导中的波导长度不等, 相位延迟也不等, 由式(1.2.8) 和式 (1.3.17) 可知,邻波导间的相位差为邻波导间的相位差为:其相波导光栅星形耦合器星形耦合器输入输出12N......L = 常数neff12N...N12《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著54 AWG光栅工作原理是基于马赫-曾德尔干涉仪的原理(见3.3.2节) , 即两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。 所以输出端口与波长有一一对应的关系, 也就是说,由不同波长组成的入射光束经阵列波导光栅传输后,依波长的不同就出现在不同的波导出口上。Ln eff2 3.4.4 马赫-曾德尔(MZ) 干涉滤波器复用/解复用器M-Z1M-Z2+M-Z31212《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著55每个M-Z干涉仪的一臂比另一臂长,相移。 光程差的选择要使不同波长的两个输入端的总功率只传送到一个指定的输出端, 从而可以制成更有效的波分复用器。整个结构可以用波导制作在一块硅片上。使两臂之间产生与波长有关的 +4+4 3 123 34 3.5 调制器 3.5.1 电光调制器(MZM) 3 5 2电吸收波导调制器(EAM) 3.5.2 电吸收波导调制器(EAM) 3.5.3 QPSK光调制器《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著56 3.5 光调制器 直接调制信号直接调制光源的输出光强 外调制信号通过外调制器对连续输出光进行调制《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著57 调制有直接调制和外调制两种方式。直接调制是信号直接调制光源的输出光强。外调制是信号通过外调制器对连续输出光进行调制。图3.5.1 调制方式比较激光器 输出调制光电信号直接调制《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著58用直接调制来实现 AM 和 ASK 时, 注入电流的变化要非常大,并引入不希望有的线性调频(啁啾) 。激光器幅度或相位调制器 输出调制光电信号连续光信号外调制 图3.5.1 调制方式比较激光器 输出调制光信息电信号连续光信号外调制器激光器 输出调制光信息电信号《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著59信息电信号输出调制光波输出 连续光LD信息电信号输出调制光波直接调制(a)外调制(b)010 10010 10 直接调制不能用于高速系统 直接检测接收机不能用于高速系统、 相干系统或波分复用系统中。 因为激光器出现的线性调频使输出线宽增大,信道能量损失, 并产生对邻近信道的串扰, 从而成为系统设计的主要限制。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著60 如果把激光的产生和调制过程分开, 就完全可以避免这些有害影响。 激光器幅度或相位调制器 输出调制光电信号连续光信号外调制外调制 外调制方式是让激光器连续工作, 把外调制器放在激光器输出端之后放在激光器输出端之后。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著61 用承载信息的信号通过调制器对激光器的连续输出进行调制。 只要调制器的反射足够小, 激光器的线宽就不会增加。 为此, 通常要插入光隔离器。 最常用的调制器是电光调制器和电吸收调制器。 3.5.1 电光调制器电光调制基于晶体和各向 异性聚合物中的线性电光效应, 即电光材料的折射率 n 随施加的外电场E 而变化即E 而变化, 即LiNbO3这样的电光材料, E Ennn n 像1.0归一化透光强度T《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著62, 像它的折射率明显随施加的外电压而改变, 从而实现对激光的调制。1.02.03.04.00.00.20.40.60.8反向偏置电压V( V)n或 图3.5.2 横向线线偏振入射光圆偏振出射光zVdxxEyExxEyEaExy晶体n1n2《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著63 当EY沿横轴传输距离L后, 引起相位变化, 于是Ex和Ey产生的相位变化为:VdLrn2230212Lz 横向线性电光效应相位调制器 施加的外电压在两个电场分量间产生一个可调整的相位差, 因此出射光波的偏振态可被施加的外电压控制。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著64 可以调整电压来改变介质从四分之一波片到半波片, 产生半波片的半波电压对应于180o。 横向线性电光效应的优点是我们可以分别独立地减小晶体厚度 d 和增加长度 L, 前者可以增加电场强度, 后者可引起更多的相位变化。 图3.3.2 马赫-曾德尔幅度调制器  tV共平面条形电极调制信号t0输出输出光信号调制电信号《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著65LiNbO3偏振光输入波导3LiNbO-Ti输出DCABEa+--ABt0 图3.5.3 横向线性电光效应强度调制器入射光VaExy晶体起偏器检偏器 探测器II0Q光强波片4《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著66 当外加电压为零时, Ex和Ey分量在晶体中通过相同的折射率传输, 因此晶体的偏振输出与输入相同, 因起偏器和检偏器成正交状态, 所以探测器探测不到光。 当施加的外电压在两个电场分量间产生相位差时, 离开晶体的光变成椭圆偏振光, 因此就有一个沿着检偏器轴线传输的光场分量到达探测器, 其强度与施加的电压有关z450V2 V 强度调制器起偏器和检偏器的偏振化方向相互正交。 起偏器偏振化方向与 y 轴有 45o角的倾斜, 所以进入晶体的 Ex和 Ey光幅度相等。 当外加电压为零时, Ex和 Ey分量在晶体中传输, 经历着相同的折射率变化, 因此晶体的偏振光输出 I0与输入相同。 根据马吕斯(Malus) 定律, 检偏器的输出光强为20cosII , 由于检偏器和起偏器成正交状态,  = 90o, 所以探测器探测不到光。 当施加的外电压在两个电场分量间产生相位差在 0o和 45o之间变化时, 离开晶体的光《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著, I 达到最大。 所以, 强度调制器需要使外加电压等于 V/2。 67就变成椭圆偏振光(见 1.3.8 节) 。 因此, 就有一个沿检偏器轴线传输的光强分量, 通过检偏器到达探测器, 其强度与施加的电压有关 201sin2II 或 )2(sin220VVII  (3.5.6) 式中,0 I是传输光强曲线(b) 所示。 由式(3.5.6) 可知, 当施加的电压为 V/2时,)/2(sin20 II , I 达到最大。 所以, 强度调制器需要使外加电压等于 V/2。式中,0 I是传输光强曲线(b) 所示。 由式(3.5.6) 可知, 当施加的电压sin20II 为 V/2时,)/2( 利用横向线性电光效应制成的行波马赫-曾德尔调制器PIC《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著68 LiNbO3  tV共平面条形电极偏振光输入调制信号波导3LiNbO-Ti输出DCAB电光调制器工作原理两个理想的背对背相位调制器, 在外电场的作用下, 能够改变两个分支中待调制传输光的相位。 由于加在两个分支中的电场方向相反, 所以在两个分支中的折射率和相位变化也相反, 例如若在 A 分支中引入2的相位变化, 那么在 B 分支则引入2相位的变化,因此 A因此 A、 B 分支将引入相位 的变化。假如输入光功率在 C 点平均分配到两个分支传输, 其幅度为 A, 在输出端 D 的光场为分支将引入相位 的变化《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著69(3.3.2)  tAtAtAEcoscos2coscosoutput(3.3.1)输出 功率与2outputE成正比, 所以由式(3.3.1)可知, 当0时输出功率最大, 当2 时, 两个分支中的光场相互抵消干涉, 使输出功率最小, 在理想的情况下为零。于是  02outoutPcosP LiNbO3  tV共平面条形电极偏振光输入调制信号波导3LiNbO-Ti输出DCAB电光调制器工作原理《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著70 由于外加电场控制着两个分支中干涉波的相位差, 所以外加电场也控制着输出光的强度, 从而对幅度进行了 调制。 外腔调制器的性能由开关比( 消光比) 和调制带宽度量。 调制器的消光比大于20, 调制带宽可达 20 GHz。 图3.5.4 x切割集成相位调制器  tV共平面条形电极偏振光输入x调制信号EEd缓冲层  tV调制信号x电极《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著2171它是在 LiNbO3 晶体表面扩散进钛(Ti) 原子, 制成折射率比高的掩埋波导, 加在共平面条形电极的横向电场 通过波导, 两电极长为L, 间距为d, 由于珀克效应, 产生与施加电压有关的折射率变化 。产生相移 :LiNbO3L波导yz3LiNbO-TiaLiNbO3波导y3LiNbO-TiVdLrn22302 图3.5.5 马赫-曾德尔幅度调制器LiNbO3  tV电极偏振光输入调制信号输出AB波导3LiNbO-TiDCEa+-AB《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著72当两臂间的相位差等于180o时, 在D点出现了 相消干涉, 输入光强为零;当两臂的光程差为0或 180o的倍数时, 干涉仪相长干涉, 输出光强最大;当调制电压引起A、 B两臂的相位差在0 ~ 180o之间时, 输出光强将随调制电压而变化。由此可见, 加到调制器上的电比特流在调制器的输出端产生了 波形相同的光比特流复制。(b) 调制电压施加在单臂上 图3.5.5 马赫-曾德尔幅度调制器 外加电压引入相位的变化可以转换为幅度的变化  tV共平面条形电极调制信号Ea+--AB《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著73LiNbO3偏振光输入输出DCAB波导3LiNbO-Ti(a) 调制电压施加在两臂上 i-MQWpnn+衬底绝缘层电极pn电极Lp+dww波导1.02.03.04.00.00.20.40.60.81.0归一化透光强度T反向偏置电压V/V《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著74 图3.5.6 电吸收波导调制器的结构 图3.5.7 电吸收调制器透光率和反向偏压的关系 电吸收调制器(EAM) 是一种P-I-N半导体器件, 其 I 层由多量子阱(MQW) 波导构成, 如图3.5.6所示。 I 层对光的吸收损耗与外加的调制电压有关, 如图3.5.7所示。 鈦扩散鈮酸锂电光效应调制器, 工作频率16GHz16GHz,《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著75波长1550nm,最大调制电压20V 3.3.2 电吸收波导调制器+pinpin入射光入射光hhMQWttPP00tV0-V调制电信号VV《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著76 电吸收调制器(EAM, Electro Absoption Modulator)是一种p-i-n半导体器件, 其 i 层由多量子阱(MQW) 波导构成。对光的吸收损耗与外加的调制电压有关。 当调制电压使 p-i-n 反向偏置时, 入射光完全被 i 层吸收, 相当于输出 “0” 码; 反之, 当偏置电压为零时, 势垒消失, 入射光不被 i 层吸收而让其通过, 相当于输出 “1” 码, 从而实现对入射光的调制。i 层 图3.3.3 电吸收波导调制器的结构图电极pn电极L《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著波导77i-MQWpnn+衬底绝缘层n电极p+dw 图3.3.6 电吸收调制器吸收系数和波长的关系0吸收收系数1cm()0V《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著7820004000波长014000-2V-4V(nm) 3.3.4 电吸收调制器透光率和反向偏压的关系电 吸 收 调 制 器 (EAM,ElectroModulator)是一种p-i-n半导体器件, 其 i 层由多量子阱(MQW)波导构成。吸收损 耗与外加的调制电压有关。当调制电压使 p-i-n 反向 偏置时向 偏置时, 入射光完全被 i 层吸收, 相当于输出 “0” 码;Absoptioni 层对光的入射光完《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著791.02.03.04.00.00.20.40.60.81.0归一化透光强度T反向偏置电压V( V)反之, 当 偏置电压为零时, 势垒消 失, 入射光不被 i 层吸收而让其通过, 相当 于输出“1” 码, 从而实现对入射光的调制。 EA 调制器的优缺点 高速和啁啾特性方面不如 LiNiO3调制器。 但体积小, 驱动电压低, 通过这种调制器与激光器进行单片集成, 不仅可以发挥调制器本身的优点, 激光器与调制器之间亦不需要光耦合装置, 并且可以降低损耗, 从而达到高可靠性和高效率。 目前已有将 EA 调制器和 MQW DFB 激光器集成在一起的器件, 工作波长为 1.5m, 调制速率为 2.5Gb/s, 内置光隔离器、 检测光电二极管、热敏电阻和热电制冷器 。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著80 3.5.3 QPSK光调制器 高速光纤传输系统面临的最大挑战是, 采用传统的调制方式, 高比特率传输导致的物理损害非常突出。 以色散为例, 采用非归零(NRZ) 调制, 色散随着速率呈指数增长, 40 Gb/s线 Gb/s串行线倍。 一项被广泛视为40 Gb/s, 乃至串行100 Gb/s的先进的调制方式是差分正交相移键控(DQPSK) 。 这种调制技术同时调制信号的强度和相位, 以尽可能减轻色散的影响。 但DQPSK调制方式在实现的过程中需要一种QPSK光调制器。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著81 图3.5.10 马赫曾德尔单边带调制器  tV偏振光输入调制信号输出1BCI( )V光强《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著82(a) MZM单边带调制结构原理图(b) MZM输出光强和所加调制电压的关系LiNbO3或 InGaAsP0.50AVV QPSK光调制器构成 QPSK光调制器的构成其实很简单, 它可以由4个马赫曾德尔调制器(MZM) 构成。 它们是在0.1 mm厚的铌酸锂(LiNbO3) 基板上制作的参数相同的双平行马赫曾德尔调制器参数相同指的是均为单边带调制器器, 参数相同指的是均为单边带调制器、 均采用频移键控(FSK) 和行波共平面波导电极等。 MP-MZM DQPSK光调制器包含两个主MZ干涉仪, 每一个主干涉仪又内嵌两个子干涉仪。 对于差分正交相移键控DQPSK调制, 两个2进制数据流分别加到两个子MZI(MZA和MZB)插拔电极, 以便控制同相 I 成分和正交Q成分。均采《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著83 图3.5.11 使用双平行马赫曾德尔调制(DPMZM) 的DQPSK光调制器II同向成分光输出光输出光输入光输入MZ90 度光相差的偏压A《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著84(a) DPMZM调制结构原理图(b) 四电平正交幅度调制信号星坐图QQDQPSK信号正交成分MZDPMZMB 图3.5.12 使用偏振复用马赫曾德尔调制器(DP-MZM) 的DQPSK光调制器PM-QPSK信号Q S 信号X极化 数据LDIX 极化数据QPM-MZM《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著85 同时调制信号的偏振和相位; 接收端使用相干检测, 能够实现在现有10 Gb/s光纤线 Gb/s信号, 而且不需要任何光色散补偿。Y极化数据IY极化数据QPBSPBC/2/2 图3.5.13 RZ-DQPSK马赫曾德尔光调制器设计图13246511BPSK-1RZRZ热光相移器Y 分叉耦合波导个相移 调制器MZM6/2《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著86 在鈮酸锂波导上制作的6个相位光调制器、 有12耦合器的2个平面光波电路(PLC) 和一个U形调谐波导。 该调制器具有良好的111 Gb/s归零码DQPSK调制性能。1291087PLC-LPLC-RBPSK-2LiNbO 3形调谐波导U芯片 波导波导芯片 波导 3.6 光开关 3.6.1 MEMS微机械光开关 3 6 2电光开关 3.6.2 电光开关 3.6.3 热光开关(TOS) 3.6.4 磁光开关《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著87 3.6 光开关 光开关的功能是转换光路, 实现光信号的交换。的交换。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著88 对光开关的要求是插入损耗小、 串音低、重复性高、 开关速度快、 回波损耗小、消光比大、 寿命长、 结构小型化和操作方便。 光开关分类 机械光开关包括微机械光开关 波导光开关 波导光开关利用电光、 磁光、 热光和声光效应《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著89 图3.6.1 机械式光开关光纤准直头固固定输出光纤1234光纤光纤反射镜《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著90移动臂NN旋转轴输入光纤-1(a) 1N移动光纤开关( b) 12 移动反射镜开关 机械式机械式光开关《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著91(c) 1x N 多通道光开关 机械光开关优缺点 在插入损耗、 隔离度、 消光比和偏振敏感性方面具有良好的性能; 但开关时间较长(几十毫秒到毫秒量 但开关时间较长(几十毫秒到毫秒量级) ; 开关尺寸较大, 而且不易集成。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著92 微机电系统 微 机 电 系 统 (MEMS ,Systems)构成的微机电光开关已成为DWDM网中大容量光交换技术的主流。Micro-Electro-Michanical 它是一种在半导体衬底材料上, 用传统的半导体工艺制造出可以前倾后仰、 上下移动或旋转的微反射镜阵列, 在驱动力的作用下, 对输入光信号可切换到不同输出光纤的微机电系统。 通常微反射镜的尺寸只有140m150m, 驱动力可以利用热力效应、 磁力效应和静电效应产生。 这种器件的特点是体积小、 消光比大(60dB左右)、对偏振不敏感、 成本低, 其开关速度适中(约5ms),插入损耗小于1 dB。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著93 图3.6.2 可升降微反射镜 MEMS 光开关入射光沟渠波导顶视图《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著94可升降悬臂微反射镜波导硅衬底通过光( a) 平行连接状态电极侧面图V=0PLC 图3.6.2 可升降微反射镜 MEMS光开关入射光微反射镜波导顶视图《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著95沟渠波导硅衬底反射光( a) 交叉连接状态静电力电极侧面图VPLC 图3.6.3 可旋转微反射镜 MEMS 光开关微反射镜射镜输出波导波导1出 射光取向1取向2《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著96输入波导衬底控制信号V入射光出 射光输出波导2 图3.6.4 可立卧微反射镜 MEMS 光开关微反射镜输出光纤1入射光出 射光光纤《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著97硅衬底PLC控制信号输出光纤2镜面旋转轴 微机械光开关优缺点 具有机械光开关和波导光开关的优点,却克服了 它们所固有的缺点; 采用了 机械光开关的原理, 但又能象波导开关那样集成在单片硅基上导开关那样, 集成在单片硅基上; 基于围绕微机械中枢转动的自 由移动镜面。 主要开发商有美国Lucent、 德克萨斯仪表公司和康宁等公司。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著98 微机械光开关进展 用贝尔实验室开发的 MEMs 技术(微透镜) , 已实现 256256 的光交叉连接(交换能力 10 万亿比特/s) , 是世界上第一个10 G 全光交叉连接系统;10 G 全光交叉连接系统; 2001年已达到 10241024; 它可以运行在任何光层速率, 包括 40Gb/s以及更高的速率。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著99 波导开关 开关时间短(毫秒到亚毫秒量级) ; 体积非常小, 而且易于大规模集成;《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著100 但插入损耗、 隔离度、 消光比和偏振敏感性指标都比较差。 图3.6.5 马赫-曾德尔11光开关  tV共平面共平面条形电极Ea+--控制信号控制信号  t  tVV《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著101LiNbO3偏振光输入波导3LiNbO-Ti输出DCABtt输出 光 波导光开关原理原理利用电光效应原理也可以构成波导光开关。 由两个 Y 形 LiNbO3波LiNbO3  tV共平面条形电极偏振光输入波导3LiNbO-Ti输出DCEa+--AB控制信号控制信号tt输出 光  tV tAE coscos2output《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著102导构成的马赫-曾德尔 11 光开关, 与幅度调制器类似, 在理想的情况下, 输入光功率在 C 点平均分配到两个分支传输, 在输出端 D 干涉, 其输出幅度与两个分支光通道的相位差有关。 当 A、 B 分支的相位差2 时, 两个分支中的光场相互抵消, 使输出功0时输出功率最大, 当率最小, 在理想的情况下为零。 相位差的改变由外加电场控制。 3.6.3 热光开关(TOS) 在图3.6.5表示的电光波导开关中, 用一个薄膜加热器代替加控制电压的电极, 就可构成热光开关(TOS, Thermo Optic Switches) , 如图3.6.6(a) 所示。 它具有马赫 曾德尔干涉仪(M ZI) 结构形式 它具有马赫-曾德尔干涉仪(M-ZI) 结构形式,包含两个3 dB定向耦合器和两个长度相等的波导臂。 波导芯和包层的折射率差较小, 只有0.3%。 波导芯尺寸为8 m  8 m,m。 每个臂上具有Cr薄膜加热器, 其尺寸为50 m宽, 5 mm长。 该器件的尺寸为303 mm。《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著103包层厚50 图3.6.6 热光波导开关 在电光波导开关中,用一个薄膜加热器代替加控制电压的电极,就可构成热光开关(TOS) ; 其交换原理是基于在硅介质波导内的热-电效应; 不加热时, 器件处于交叉连接状态; 但在通电加热Cr薄膜时, 引起它下面波导的折射率和相位变化,切换到平行连接状态。1234薄膜加热器ABLLCr《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著104W加热AB薄膜衬底截面图(a) 俯视图波导波导薄膜Si(b)  图3.6.6(c) 表示热电光开关的输出特性和驱动功驱动功率的关系。1.00.40.60.8相对输出功率/W《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著热电光开关响应曲线热驱动功率/W(c) 2 2x 3.6.4 磁光开关 把非旋光材料如玻璃放在强磁场中, 当平面偏振光沿着磁场方向入射到非旋光材料时, 光偏振面将发生右旋转, 这种效应就称作法拉第(Faraday) 效应;效应就称作拉第HL 《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著 106y效应; 如果反射光再一次通过介质, 则旋转角增加到2。 它由Michael Faraday在1845年首先观察到。 旋转角 和磁场强度H与材料长度L的乘积成比例:HL 图3.6.7 法拉第磁光效应yHH法拉第介质反射镜镜E光源源偏振器EEE磁场《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著107 磁场由包围法拉第介质的稀土磁环产生 起偏器由双折射材料如方解石担当 法拉第介质可由掺杂的光纤或者具有大的维德常数的材料构成, 如钇铁石榴石晶体。反射光2L 图3.6.8 磁光式光开关EEOO21光纤光纤透镜透镜线VOOOOO+E光纤光纤透镜线圈施加电压- 时晶体起偏器检偏器棱镜玻璃块102030端口端口传输损耗/dBO+EGd:YIG5V1-31-2《光纤通信》 (第3版) 原荣 编著 10823光纤透镜方解石1起偏器方解石2检偏器方解石3透镜透镜电磁铁棱镜玻璃块Gd:YIG晶体 石英旋转器(a)1光纤检偏器EOEE31光纤 透镜透镜0505施加电压(V)45o-表 3. 6. 1 磁光式光开...

https://www.loonglo.com/jiaoyuzixun/30.html

最火资讯