第四章 光子器件I.ppt

第四章 光电子器件I 光电子器件II 光纤定向耦合器 光调制器 光复用器 光放大器 衰减器、环形器、隔离器和连接器 光滤波器 光开关 光电子器件II 光纤定向耦合器 光调制器 光复用器 光放大器 衰减器、环形器、隔离器和连接器 光滤波器 光开关 光电子器件II 光纤定向耦合器 光调制器 光复用器 光放大器 衰减器、环形器、隔离器和连接器 光滤波器 光开关 光时分复用 光波分复用 光频分复用 光码分复用 3、复用技术 尽管目前光纤通信单信道实用化系统的传输速率发展到了10Gbit/s，线路的利用率有了很大提高，但与光纤巨大的带宽潜力相比还微不足道。 波分复用(WDM)－全光网关键技术 WDM的工作原理 在1300~1600 nm光谱范围内，以一定的间隔隔开的多个波长可以在同一根光纤中独立传播。 例： 这两个低损耗波长 窗口可以容纳 290 个40-Gb/s PSK信号 点到点的波分复用系统 波分复用器 100 GHz间隔的WDM信道频谱 基于相位阵列的WDM器件 相邻波导 长度差DL 阵列波导光栅 AWG是MZI的扩展 N×N * * 光器件与电器件的类比 1、光纤定向耦合器 P2 P1 P0 将光信号按照一定比例进行功率分配 光纤定向耦合器 一、分类： 标准耦合器(40nm) 宽带耦合器(80nm) 双窗口宽带耦合器(1310/1550nm) 二、原理 熔锥型 磨抛型 波导 耦合器的分类 光纤耦合器 波导耦合器 衬底 SiO2 研磨法光纤耦合器原理示意图 2×2 光纤耦合器 耦合区 W 锥形区 L 锥形区 L 拉伸区 2L + W L：由拉伸时决定 W：由加热的火焰宽度决定 P1和P2跟什么因素有关? 耦合器内的光功率分布：随位移的变化 假设耦合器无损耗 k 是耦合系数 f1=f2-p/2 f1=f2-p/2 P1和P2与拉伸区宽度有关 z 耦合器内的光功率分布：随波长的变化 P1和P2与入射波长有关 例如成品上会标注：1550 nm 50 : 50 影响耦合光功率的参数 注入光束的波长 拉伸区长度2L+W 光纤折射率分布 拉伸区内逐渐变小 的光纤半径r 耦合区中两根光纤的半径差Dr 耦合光功率 2×2光纤耦合器的参数 1 1 N M 星形耦合器 光耦合器 N×N 1×N P1/N P1/N P1/N 2×2 N×N 星型耦合器 多根光纤一起熔融技术难度大，主要是众多光纤之间的耦合响应控制比较困难，因此难以制作大规模的光耦合器 P P/N 级联的办法构造大规模光耦合器 构成一个N×N耦合器所需3 dB耦合器的数量： 一个N×N星形耦合器附加损耗： 级联光耦合器的损耗 其中FT (0~1) 为通过每个3 dB耦合器的附加损耗比。 2、光调制 基带 信源发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始 载波 载波是指被调制以传输信号的波形，一般为正弦波。载波的频率远远高于调制信号的带宽，否则会使传输信号失真 调制 调制就是对信号源的信息进行处理，使其变为适合于信道传输的形式的过程 Why ？ RS-232串口通信最远距离是15米 标准波特率4800 、 9600 、 19.2Kbps 、33.6Kbps 、 56Kbps 调制 加大传输距离 提高传输速率 串口按位（bit）发送和接收字节（基带信号） 光调制器 利用LiNbO3 晶体的线性电光效应或声光效应，通过外加激励引起光波导介质折射率变化，进而引起导波光传播的相位变化，所形成的器件称为LiNbO3 波导相位调制器 光纤调制器：在纤芯两侧包层区做2个金属电极，利用光纤材料的Kerr效应，当电极上有外加电压时，纤芯中将引起双折射效应，从而构成光相位调制器。石英材料的Kerr效应很弱，但可以利用光纤长作用区获得足够大的相移。 电光相位调制器 结构 输入偏振光场: 应用KDP晶体的纵向电光效应，也可以获得相近的效果。 原理 输出光场: Integrated Mach-Zehnder Optical Modulators 器件结构 z x y 工作原理 Bias Voltage Modulator Construction LiNbO3 Material cuts: Z-cut +- 0.7 fixed chirp X-cut Zero chirp, or small fixed chirp applications Z Z-cut Z + - - + - - X-cut Waveguide Electrode Electric Field Modulator: System Implementation Modulator Optical Input From Laser Mod