2025/8/181光纖無源器件微光型器件熔融拉錐型器件光纖光柵型器件集成波導(dǎo)型器件2025/8/1821.微光型器件光纖準(zhǔn)直器(Collimator)光連接器(Conecter)光開關(guān)(Opticalswitch)光濾波器(OpticalFilter)波分復(fù)用器(DWDM)光隔離器(Isolator)光環(huán)行器(Circulator)頻道擴(kuò)展分離器(Interleaver)2025/8/183光器件在通信系統(tǒng)中所占的比重

在DWDM和全光網(wǎng)絡(luò)之前：10％

在DWDM和全光網(wǎng)絡(luò)時代：90％2025/8/184微光學(xué)器件的基本構(gòu)件光纖準(zhǔn)直器(Collimator)結(jié)構(gòu)光纖準(zhǔn)直器由光纖頭與透鏡耦合而成。透鏡可分為兩類，自聚焦透鏡(GRIN-Lens)和普通透鏡(C-Lens)兩種。結(jié)構(gòu)如下圖所示：GRIN自聚焦透鏡光纖輸入平行光束輸出光纖頭2025/8/185光纖準(zhǔn)直器(Collimator)自聚焦透鏡的工作原理(射線矩陣法)自聚焦透鏡介質(zhì)中的折射率橫向的分布：ZZ=0Z=P2025/8/186光纖準(zhǔn)直器(Collimator)úú?ùêê?é-==zzzzTkkaaaaaaacossinsincos2令余弦曲線。在介質(zhì)內(nèi)射線的軌跡是

則得，

zrrrzzzzrrrrraaaaaaacos0cossinsin1cos'0'02022101=\ú?ùê?éúú?ùêê?é-=ú?ùê?é==1自聚焦透鏡的工作原理(射線矩陣法)2025/8/187光纖準(zhǔn)直器(Collimator)取長度為四分之一節(jié)矩(P)的一段自聚焦介質(zhì)就構(gòu)成一個透鏡，(焦距f=P/4)。

光纖準(zhǔn)直器多采用自聚焦透鏡，但并不一定非用它不可，在直徑較大時，也有用一般透鏡的。光纖頭可以是單條光纖的也可以是雙纖或三纖的。光纖頭與GRIN，必須鍍減反射膜。2025/8/188光纖準(zhǔn)直器的性能工作波長 1260-1360，1500-1600nm插入損耗(dB) <0.25偏振相關(guān)損耗(dB) <0.07反射損耗 (dB) >60最大光功率(mW) ~3002025/8/189兩Collimator之間的耦合損耗主要有離軸、偏角和間距三種x

d2025/8/1810兩Collimator之間的耦合損耗2025/8/1811兩Collimator之間的耦合損耗計算結(jié)果分別為光纖中光斑大小和光波長； (d為準(zhǔn)直器之間距；為準(zhǔn)直器間偏角)離軸

x<0.05mm，兩準(zhǔn)直器間的損耗很?。?/p>

x<0.1mm，損耗呈線性變化；

x=0.4mm，損耗達(dá)13.1dB。偏角 兩準(zhǔn)直器間的損耗達(dá)5.7dB。

所以，偏角的調(diào)整是極其重要的。間距

d<20mm時，兩準(zhǔn)直器之間的損耗很小，改變不大。2025/8/1812Collimator的回波損耗RLCollimator的回波損耗RL包含三部1231.單模光纖斜端面的回波損耗RL2GRIN前斜端面的回波損耗3GRIN后端面的回波損耗

2025/8/1813Collimator+光學(xué)元件的RL加匹配油減少反射n2n12025/8/1814光纖準(zhǔn)直器的偏振相關(guān)損耗PDL的定義 介質(zhì)表面反射的p分量與s分量透射光強(qiáng)之比定義為偏振相關(guān)損耗PDL：2025/8/1815光纖準(zhǔn)直器的偏振相關(guān)損耗結(jié)論：在任何情況下PDL對入射角為增函數(shù)入射角則PDL=0PDL隨而變化， 比值越大，PDL也越大。2025/8/1816多界面的偏振相關(guān)損耗的計算當(dāng)有N個界面時將各界面的折射率代入上式求出各界面的PDL，然后求和：

例隔離器(下圖)的PDL由12個界面的求和

1231285102025/8/1817光開關(guān)光開關(guān)種類：目前常用的是機(jī)械光開關(guān)光纖M-Z光開關(guān)晶體(電光、聲光、磁光)光開關(guān)平面波導(dǎo)AWG

熱動光開關(guān)平面集成MEMS

光開關(guān)2025/8/1818機(jī)械光開關(guān)一般介紹(與電路開關(guān)一樣光路的開關(guān)也有：1x1(on/off)；1x2；2x2；1xN；MxN等)插入損耗

<0.5dB隔離比

>45dB響應(yīng)時間

4~10ms偏振相關(guān)的損耗 ~0.2dB反射損耗 60dB2025/8/1819機(jī)械移動式光開關(guān)1x2光開關(guān)例子inputOutput1Output2可移動的三棱鏡2025/8/1820機(jī)械移動式光開關(guān)

另一種1x2光開關(guān)例子使用三芯光纖頭的Collimator3122025/8/1821機(jī)械移動式光開關(guān)特性工作波長 1260-1360，1500-1600nm插入損耗(dB) <0.5偏振相關(guān)損耗(dB) <0.07反射損耗 (dB) >55CrossTalk(dB) >60重復(fù)性 0.02最大光功率(mW) ~300工作電壓v/電流mA 5/312025/8/1822機(jī)械移動式光開關(guān)2x2光開關(guān)的舉例123412432025/8/1823機(jī)械移動式光開關(guān)另一種2x2光開關(guān)

移動反射鏡2025/8/1824DesignofSwitch(2x2)1144332214322025/8/1825142x(1x2)232025/8/1826機(jī)械移動式光開關(guān)1xn光開關(guān)用1x2開關(guān)級聯(lián)用1xn轉(zhuǎn)盤開關(guān)2025/8/1827機(jī)械移動式光開關(guān)NxN光開關(guān)2x2光開關(guān)級聯(lián)4x4級聯(lián)光開關(guān)(其他類推)2025/8/1828光纖Mach-Zehnder干涉儀開關(guān)基本結(jié)構(gòu)1234相位控制器采用壓電陶瓷或電加熱方法使光纖長度產(chǎn)生變化，當(dāng)相位變化0°或180o時,形成光開關(guān)兩個狀態(tài)的變化，即1x2光開關(guān)。2025/8/1829平面波導(dǎo)M--Z光開關(guān)用平面光波導(dǎo)代替光纖同樣構(gòu)成M-Z干涉儀型的2x2光開關(guān)兩臂間的相位差為通過電極改變兩臂的相位完成開關(guān)功能1423電極2025/8/1830晶體光開關(guān)基本結(jié)構(gòu)

1x2光開關(guān)用電光晶體，聲光晶體或磁光材料來構(gòu)造晶體開關(guān)。這類開關(guān)的開關(guān)響應(yīng)時間遠(yuǎn)比機(jī)械開關(guān)小，但價格也比較貴。聲光偏轉(zhuǎn)器2025/8/1831光開關(guān)的主要應(yīng)用帶有空分開關(guān)的解波分復(fù)用器(D-WDM)2X22X22X22X2D-WDMfilter2025/8/1832光濾波器目前光纖通信中常用的光濾波器有:微光薄膜(filmfilter)濾波器光纖干涉型或環(huán)型諧振腔濾波器光纖光柵濾波器FBG體衍射光柵Bulkdiffractiongratings平面波導(dǎo)濾波器AWG2025/8/1833光學(xué)濾波器的分類基本分類：根據(jù)物理機(jī)制的不同，光學(xué)濾波器可分為干涉型和衍射型。根據(jù)具體實施方案的不同，可籠統(tǒng)劃分為：光纖濾波器，薄膜濾波器，諧振腔型濾波器，體光柵和列陣波導(dǎo)光柵等。沿用數(shù)字信號處理中的分類方法：帶通濾波器，帶截止濾波器（高通、低通），帶阻濾波器，全通濾波器等。根據(jù)濾波器在DWDM系統(tǒng)中的作用，又可分為：信道選擇和分插復(fù)用濾波器，增益均衡濾波器，色散補(bǔ)償濾波器等。2025/8/1834DWDM通信系統(tǒng)中的光學(xué)濾波器光學(xué)濾波器是DWDM通信系統(tǒng)的一個關(guān)鍵器件，主要利用其幅度響應(yīng)進(jìn)行信道選擇（帶通濾波器）和增益均衡（損耗濾波器），也可利用其相位響應(yīng)進(jìn)行色散補(bǔ)償（全通濾波器等）。在DWDM通信系統(tǒng)還有一類十分重要的光學(xué)濾波器，即：可調(diào)諧光學(xué)濾波器。2025/8/1835光學(xué)濾波器在DWDM系統(tǒng)中的作用信道上下線（OADM---分插復(fù)用）色散補(bǔ)償光放大器的增益均衡是構(gòu)造更復(fù)雜的DWDM器件的功能模塊（例如：密集型波分復(fù)用器，光源的波長鎖定，分插復(fù)用器，Interleaver等）。2025/8/1836薄膜干涉型濾波器定向耦合器加光柵型FBG濾波器微環(huán)諧振腔型光纖諧振腔型體光柵信道選擇和分插復(fù)用濾波器2025/8/1837基本結(jié)構(gòu)在兩個Collimators之間,插入filter形成光纖濾波器。其基本結(jié)構(gòu)如下圖示：微光薄膜(filter)濾波器2025/8/1838薄膜(filter)濾波器的結(jié)構(gòu)玻璃基板一級腔二級腔三級腔玻璃基板空間間隔層HLHLHLHHLHLHLHL2025/8/18391234光譜形狀與多腔filter的級聯(lián)2025/8/18402025/8/1841密集型波分復(fù)用器使用的截止型濾波器

n透射反射T12025/8/1842雙纖Collimator單纖Collimator

1

2

3

4

3

2

1

4密集型波分復(fù)用器件DWDM(II)2025/8/1843

這種形式的DWDM的最大缺點是多級串接之后，后級的插入損耗將比前級的損耗大得多。不可能做成多級的DWDM。密集型波分復(fù)用器件DWDM(II)2025/8/1844光纖干涉型或環(huán)型諧振腔濾波器光纖(Mach—Zehnder)干涉型濾波器在兩個光纖耦合器之間形成光程差L21234L1電極加熱級聯(lián)M-Z干涉儀濾波器2025/8/1845光纖環(huán)型諧振腔濾波器基本形式12n2025/8/1846InterleaverInterleaver利用某些具有梳狀通帶特性的濾波器將密集波分復(fù)用的信道分成奇數(shù)的和偶數(shù)的相間信道相互分離的兩組。這兩組信道的間矩也將擴(kuò)大一倍。Combfilter2025/8/1847CombfilterCombCombInterleaverInterleaver的級聯(lián)下圖表示通過兩級Interleaver將8波分復(fù)用轉(zhuǎn)化為四個2波分復(fù)用系統(tǒng)。2025/8/1848Interleaver原理dL1L2PinPout當(dāng)

(L1+L2)/d=0.5L2=L1+d/2歸一化的傳輸強(qiáng)度:Gires-Toumois諧振器2025/8/1849接上頁

MichersonInterleaver2025/8/1850MichersonInterleaver2025/8/1851MichersonInterleaver2025/8/1852MichersonInterleaver通過調(diào)諧M1、M2來滿足

0.5d=L1–L2M1M2ARR2025/8/1853Fabry-Perot型InterleaverTIX2025/8/1854F-P型Interleaver存在的問題Fabry-Perot型Interleaver存在下列問題：當(dāng)R較小時，T與I兩曲線的最低點與最高點出現(xiàn)很大的差異。T與I兩曲線的線寬也出現(xiàn)很大的差異。因此，釆用簡單的F-P干涉儀是不行的。必需在增加F-P干涉儀中，另加一個GT諧振器以改善Interleaver的性能。2025/8/1855Interleaver性能通道間隔25,50,100,200GHz信道數(shù)16,32,(80+80ch.)信道隔離 <-30dB(相鄰信道)信道隔離 <-35dB(非相鄰信道)頻率精確度 +/-500MHz溫度穩(wěn)定性 50MHz2025/8/1856Flat-topInterleaverFilter(Planarlightwavecircuit-typelatticestructure)EL20thJuly2000Vol.36No.15pp.1299-1300.inputOutput1Output2Couplers耦合比為~50,70~10%

兩條光延時線的光程差為L和2L-

通帶間隔200Ghz,1dB帶寬140Ghz2025/8/1857磁光器件概述磁光效應(yīng)的光學(xué)非互易性 磁場作用下鐵磁材料的磁導(dǎo)率張量呈現(xiàn)非對性變化，與聲光、電光等物理效應(yīng)十分不同。這造成磁光法拉第旋轉(zhuǎn)方向只與磁場方向有關(guān)與光的傳播方向無關(guān)。利用磁光效應(yīng)造成的隔離器與環(huán)行器成為不可替代的器件，既特殊又重要。2025/8/1858磁光效應(yīng)的原理在磁場B的作用下磁光材料的折射率張量呈非對稱的變化：當(dāng)線偏振光沿磁場方向(縱向)通過磁光介質(zhì)時偏振面產(chǎn)生法拉第旋轉(zhuǎn)： 其中V為磁光系數(shù)，B為磁場強(qiáng)度，L為厚度。2025/8/1859磁光效應(yīng)的原理當(dāng)磁場強(qiáng)度B確定時，偏振面的法拉第轉(zhuǎn)角的大小與方向便確定了，而不管光線的方向是正向還是反向。這就是磁光效應(yīng)的非互易性，也是隔離器和環(huán)行器的物理基礎(chǔ)。磁光效應(yīng)的非互易性是獨特的，不能用其他物理效應(yīng)來替代。2025/8/1860磁光隔離器的原理

與偏振有關(guān)的光隔離器原理圖FRPAB反射光正向光光隔離器芯子2025/8/1861磁光隔離器的原理磁光隔離器由偏振器P(0°)和分析器A(45°)，中間插入一個縱向的磁光介質(zhì)(調(diào)整磁場B使FR轉(zhuǎn)角θ=45°)構(gòu)成。從磁光介質(zhì)出射光正好沿45°方向無衰減的通過分析器A而輸出。反射光經(jīng)A也成為45°的偏振光，這個偏振光經(jīng)過磁光介質(zhì)時，其偏振面將按磁場B的方向繼續(xù)轉(zhuǎn)45°(與光的傳播方向無關(guān))成水平偏振光。它正好與起偏振器P相互垂直，而被隔離開了。光纖作為尾纖的光隔離器已成為當(dāng)今光通信技術(shù)中不可缺少的器件。2025/8/1862磁光隔離器與偏振無關(guān)的磁光隔離器的結(jié)構(gòu)FR旋轉(zhuǎn)90°AB2025/8/1863磁光隔離器與偏振無關(guān)的磁光隔離器的結(jié)構(gòu)FR永磁環(huán)楔角雙折射晶片Collimator2025/8/1864磁光隔離器的性能波長范圍(nm) 1530-1565隔離度(dB) >=45插入損耗(dB) 0.5反射損耗(dB) >60偏振相關(guān)損耗(dB) <0.15偏振模色散(ps) <0.05最大承受功率(mW) 300工作溫度 0-70oC 2025/8/1865磁光隔離器應(yīng)用舉例帶有隔離器的DFB-LDDFB-LD

在光放大器EDFA中作隔離

PUMPPUMP2025/8/1866光纖環(huán)行器光環(huán)形器也是利用磁光的非互易特性制成，它具有如下的特性。在磁場B的作用下由１口輸入的信號只傳到２口發(fā)射出去，從２口反射回來的信號則只能傳到３口輸出，因此環(huán)行器可地發(fā)射信號與接收信號分離。這種環(huán)行器已廣泛地應(yīng)用于光纖通信技術(shù)之中，但目前價格還比較高。2025/8/1867天線接收機(jī)(微波)環(huán)行器功能的例發(fā)射機(jī)2025/8/1868光環(huán)行器原理圖1234雙折射晶體FR±45o玻璃片1/2波片oeeoPA2025/8/1869E-TEK’sopticalcirculator?波片,和Faradayrotator,Displaces,2025/8/1870光纖環(huán)行器的應(yīng)用舉例

作上下線復(fù)用器OADMFBG接收機(jī)發(fā)射機(jī)2025/8/1871光纖環(huán)行器的應(yīng)用舉例

用于光纖通信的RAMAN放大器發(fā)射機(jī)接收機(jī)PUMPPUMPOUT2025/8/1872OADMUsingopticalswitchsdropoutinaddDWDMDemuxDWDMMux2x2該系統(tǒng)的優(yōu)點是A/D的通道數(shù)隨意可調(diào)，缺點是需要兩套DWDM和n個2x2開關(guān)…2025/8/1873OXC的基本形式兩種典型的OXC

波長路由的OXC (wavelengthpathWP)

波長變換的OXC (virtualwavelengthpathVWP)2025/8/1874熔融拉錐光纖器件

2.熔融拉錐型器件2025/8/1875熔融雙錐耦合器工作原理

當(dāng)拉長加熱光纖時，會減少它的纖芯直徑，這意味著V值變小。V值定義為其中2a=d是光纖的纖芯直徑，λ是工作波長，n和△分別是平均折射率和相對折射率。在加熱和拉長時，公式中除2a外都是常數(shù)，所以2a變小時V也變小。

V值決定光能量被限制在光纖的纖芯中。換句話說，V值越小，模場直徑(MFD)超過光纖纖芯直徑越多。因此，借助于減少纖芯直徑，允許光模式場的更多部分在包層中傳播，這個光模式場穿越包層耦合到其它光纖的纖芯中去。2025/8/1876規(guī)一化頻率V與模場半徑的關(guān)系2025/8/1877熔融雙錐耦合器工作原理光能量耦合原理

光纖正常工作時模場集中在芯子中,只有很小部分泄漏到包層中去。當(dāng)纖芯子拉細(xì)則有很大的模場泄漏到包層中去而進(jìn)入鄰近的纖芯子中去。1.00.50.5熔融耦合區(qū)2025/8/1878熔接雙錐耦合器工作原理

隨輸入模式的模場直徑在下行漸細(xì)區(qū)變得越來越大，耦合到另一光纖的能量也逐漸增大。在耦合區(qū)內(nèi)，因為兩個纖芯非常接近，從一個纖芯的輸入光模式能量耦合到另一個纖芯的能量也達(dá)到最大。在上行漸細(xì)區(qū)，光纖直徑增大，光模式越來越被限制在纖芯內(nèi)，最終兩個分離的模式離將保持在兩條已分離開的光纖中并輸出。2025/8/1879耦合器是用光纖中熔融組合而成的光器件。將兩根或更多的光纖熔融拉成漸細(xì)的雙錐并熔合一個區(qū)域、這樣將能量從一根光纖耦合到相鄰接的另一根光纖。P1P2S熔融雙錐耦合器工藝簡圖2025/8/1880模式耦合方程

兩個正規(guī)光波導(dǎo)相互平行靠近時，它們光場的橫向耦合用模式的橫向耦合來描述。在弱耦合條件下，兩波導(dǎo)的間距足夠大而且不改變各自模式場分布形式的條件下，可以證明，存在線性的模式耦合方程組。其中K21與K12為相互耦合的交叉項系數(shù),當(dāng)兩光纖相同時

K21=K12*=k2025/8/1881

光纖耦合器的傳輸特性,可以用矩陣方程來表示：

通常認(rèn)為，光纖耦合器的直通臂傳輸系數(shù)α

耦合系數(shù)為k=1-α耦合方程2025/8/1882熔融雙錐耦合器特性曲線在某一波長下分束比0.2:0.8分束比0.5:0.5P1

成梳狀況透射峰P2在相鄰波長成梳狀透射2025/8/18832025/8/1884光纖分路/合路器件

光纖耦合器使光信號能量實現(xiàn)分路/合路的器件。按光纖種類，分為多模光纖耦合器和單模光纖耦合器。單模光纖耦合器又可分為窄帶耦合器和寬帶耦合器。

2x2光纖耦合器是對某一波長的光功率進(jìn)行分路或合路，因此這種光纖耦合器又稱為分路器、合路器。按端口可分為1xn光纖分路器和nx1光纖合路器。2025/8/1885分路器2x2分路器 除通信應(yīng)用之外,也用于光傳感器,光纖信號處理等場合。nxn耦合分路器12342025/8/18861XN樹叉分路器1x8樹形分路器 主要應(yīng)用于單一 波長的CATV,PON,接入網(wǎng)等123456782025/8/1887波分復(fù)用器

波分復(fù)用器(合波器)一般將兩條(或多條)光纖傳送來的不同波長的信號耦合到一條光纖輸出.

光纖解復(fù)用器(分波器)將來輸入的兩個(或多個)波長分別耦合到兩條(或多條)光纖輸出,每根光纖輸出一個波長。采用波長復(fù)用器可以進(jìn)一步擴(kuò)大光纖通信系統(tǒng)的容量。波分復(fù)用器2025/8/1888波分復(fù)用器解復(fù)用器復(fù)用器DMUXMUXλ1

λ2----λnλ1

λ2

λnλ1

λ2----λnλ1

λ2

λn----------2025/8/1889OADMUsingopticalswitchsdropoutinaddDWDMDemuxDWDMMux2x2該系統(tǒng)的優(yōu)點是A/D的通道數(shù)隨意可調(diào)，缺點是需要兩套DWDM和n個2x2開關(guān)…2025/8/1890無源光纖環(huán)

將一個輸出端與一個輸入端連接起來，實現(xiàn)了光反饋就構(gòu)成了一個無源光纖環(huán).它具有諧振特性,稱為光纖環(huán)形諧振腔。將光纖耦合器的兩個輸出端連接成光纖環(huán),被稱為Sagnac光纖干涉環(huán),用于光纖陀螺儀。非線性光學(xué)環(huán)鏡。無源光纖環(huán)是一種重要的光纖基礎(chǔ)器件。2025/8/1891光纖環(huán)形諧振腔2025/8/1892復(fù)式腔與格子形式12n光纖環(huán)形諧振腔濾波器2025/8/1893Flat-topInterleaverFilter(Planarlightwavecircuit-typelatticestructure)EL20thJuly2000Vol.36No.15pp.1299-1300.inputOutput1Output2Couplers耦合比為~50,70~10%

兩條光延時線的光程差為L和2L-

通帶間隔200Ghz,1dB帶寬140Ghz2025/8/1894光纖Sagnac環(huán)形鏡T=0R=1

cwccw2025/8/1895光纖環(huán)形反射鏡

反射率 RFLR=(Er1/Ei1)2=4k(1-k)

透過率 T=(Er2/Ei1)2=(1-2k)2=1-4k(1-k)

討論

1.RFLR與波長或頻率有關(guān)

2.

T+RFLR=1(在理想時) 3.作為反射鏡要求RFLR=1,則k=0.5 5.

計及光纖耦合器的插損和光纖環(huán)損耗的環(huán)鏡 反射率

RFLR=4k(1-k)(1-r)(1-ξ)exp(-2αL)2025/8/1896SAGNAC干涉儀Sagnac干涉儀是由順針向cw與反針向ccw的二束光干涉。其光程分別為 R為環(huán)半徑，Ω為Gyro的轉(zhuǎn)動角速度，t為轉(zhuǎn)動一周的時間。正反向光的時差為A為光纖環(huán)的面積，若Gyro的光纖環(huán)有N匝，則光程差和相位差分別為：式中L=2πRN為光纖長度。因此從相移變化的測定即可求出系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動角速度,這就是光纖陀螺的物理原理。2025/8/1897光纖陀螺儀Sagnac干涉儀是由環(huán)內(nèi)兩轉(zhuǎn)動方向相反的順針向cw與反針向ccw的二束光之間的干涉。其光程差引起的相位差為： 式中，R為環(huán)半徑，Ω為Gyro的轉(zhuǎn)動角速度，L=2πRN為光纖長度(N為光纖環(huán)匝數(shù))。因此，測出Gyro系統(tǒng)的相移變化ΔΦ即可求出系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動角速度Ω。這就是光纖陀螺的物理原理。

cwccwDSP2025/8/1898非線性光纖環(huán)鏡(NOLM)

(NonlinearOpticalLoopMirror)

NOLM結(jié)構(gòu)示意圖cwccw信號泵浦檢測2025/8/1899非線性光纖環(huán)鏡(NOLM)當(dāng)k=0.5時,在不注入泵浦光的條件下,Φ(t)=0

所以當(dāng)注入泵浦光將XPM引入光纖環(huán)產(chǎn)生非線性相移,因此cw與ccw將不平衡而引入相移輸出信號T將從輸出端口出射而檢測到。2025/8/181003.光纖光柵型器件2025/8/18101光纖光柵濾波器分類1.線性FBG(FiberBraggGrating)；2,非線性啁啾光纖光柵；3.相移光纖光柵；4.切趾(apodizing)纖光柵；5.啁啾莫爾光纖光柵；6.切趾啁啾光纖光柵。2025/8/18102光纖光柵濾波器的基本原理corecladdingUV紫外激光Λn2n1Incidentλ0Reflectedλ0摻GeO2光纖折射率周期性變化2025/8/18103光纖光柵濾波器的基本原理corecladdingUV紫外激光Λn2n1Incidentλ0Reflectedλ0摻GeO2光纖Mask2025/8/18104FBG的特點與用途特點插損低<4dB在中心頻率±10GHz非常低的串話crosstalk(<25dB)非常低的熱漂移(<0.5pm/oC)通道ch.間隔可達(dá)25GHz2025/8/18105FBG的反射光譜Rλ（μm)1.00通過改變光柵周期Λ實現(xiàn)對濾波器中心波長λ0的控制。λ02025/8/18106光柵與FBG的用途在半導(dǎo)體激光器中作DFB與DBR選頻反射器FBG光濾波器Add/Drop復(fù)用器色散器件與色散補(bǔ)償器件2025/8/18107FBG作Drop復(fù)用器λ1

λ1,λ2---

λn

λ2,λ3---

λnCirculator2025/8/18108光A/D復(fù)用器

（OpticalAddDropMultiplexers)λ1，λ2

λ1,λ2---λnCirculatorCirculator

λ1,λ2---λnλ1，λ2λ1

λ2DropAddInputOutputFBG1只反射λ1FBG2只反射λ2

2025/8/18109單路A/D復(fù)用器這是一個價格低廉的方案

λ1,λ2---

λn

λ1,λ2---

λn截止形濾波器截止形濾波器AddDrop

2025/8/18110平頂和零色散光纖光柵濾波器用于WDM通信系統(tǒng)的光學(xué)濾波器應(yīng)該具有：插入損耗小、平頂、斜率陡、零色散，避免因濾波器色散引起信號衰減進(jìn)而造成傳輸功率代價（penalty）。實現(xiàn)平頂和零色散光學(xué)濾波器的兩種方式：基于啁啾-莫爾光纖光柵的傳輸型光學(xué)濾波器和speciallyapodisedFBG濾波器。2025/8/18111平頂和零色散多通帶光學(xué)濾波器

（啁啾-莫爾光纖光柵）2025/8/18112基于啁啾-莫爾光纖

光柵的傳輸型濾波器基于反射型光纖光柵的濾波器必須借助光環(huán)行器或MZI干涉儀。本文報道了一種基于啁啾-莫爾光纖光柵的傳輸型濾波器。2025/8/18113平頂和通帶零色散

切趾光纖光柵濾波器Fouriertheory適于分析弱光柵（R≤50%）的光譜響應(yīng)。該濾波器的折射率調(diào)制：Gaussionapodised+Sinc-shapedrefractiveindexprofile）2025/8/18114平頂和零色散（通帶）

切趾光纖光柵濾波器（續(xù)）說明：由于Sinc-函數(shù)的邊峰在主峰兩側(cè)是無限延伸的，采用有限長光柵，會在阻帶邊緣出現(xiàn)Gibbs現(xiàn)象,即：阻帶邊緣反射增強(qiáng)。對于給定帶寬，為了實現(xiàn)平頂和滾降特性優(yōu)化可以選用加長光柵。2025/8/18115可調(diào)諧色散補(bǔ)償用FBG2025/8/18116可調(diào)諧色散補(bǔ)償用FBG2025/8/18117相移光纖光柵的應(yīng)用相移FBG由N個長度分別為Li的線性光柵和N-1個相移組成，每兩段光柵之間有一個相移。為了得到準(zhǔn)平頂傳輸譜，應(yīng)該按照如下規(guī)則設(shè)計濾波器：L1=Ln,L2=Ln-1,--相移均為Pi/2。合理選擇光柵長度比，可以得到無抖動的群延遲曲線。相移LPG在EDFA增益均衡中的應(yīng)用：通常LPG的傳輸譜只有一個單坑(dip)，改變光柵參量可以修正坑的形狀，要均衡增益譜的所有峰則需多個LPG串接，器件較復(fù)雜。錢景仁教授的新構(gòu)想：在LPG的中央引入一個相移，LPG的傳輸譜由單坑變?yōu)殡p坑，坑的形狀由相移量的大小決定。2025/8/18118相移光纖光柵的應(yīng)用（續(xù)）2025/8/18119用FBG制造的Interleaver性能：」通道間隔25,50,100,200GHz信道數(shù)16,32,(80+80ch.)信道隔離<-30dB(相鄰信道)信道隔離<-35dB(非相鄰信道)頻率精確度 +/-500MHz溫度穩(wěn)定性 50MHz2025/8/18120Flat-topInterleaverFilter(Planarlightwavecircuit-typelatticestructure)EL20thJuly2000Vol.36No.15pp.1299-1300.inputOutput1Output2Couplers耦合比為~50,70~10%

兩條光延時線的光程差為L和2L-

通帶間隔200Ghz,1dB帶寬140Ghz2025/8/18121用Interleaver作波分復(fù)用器1x2InterleaverDMUX1x2InterleaverMUX

λ1λ2

---λn

λ1λ2

---λn

λ1λ5

λ9

λ13

λ1λ5

λ9

λ13InputOutputDropAdd2025/8/18122集成波導(dǎo)型器件

(MEMS,AWG陣列波導(dǎo)光柵)SiO2

集成波導(dǎo)器件Si集成波導(dǎo)器件GaAs集成波導(dǎo)器件InP集成波導(dǎo)器件2025/8/18123集成波導(dǎo)MZI開關(guān)

Mach-ZehnderInterferometerCr電極,TiO23dB耦合器光纖1集成MZI波導(dǎo)開關(guān)2在MZI兩臂的電極上加熱形成0

π的相移2025/8/18124光開關(guān)的主要應(yīng)用帶有空分開關(guān)的解波分復(fù)用器(D-WDM)2X22X22X22X2D-WDMwavelength-converterλ1λ2λ3λ4AB甲乙丙丁λ1λ2λ3λ42025/8/18125體反射光柵波分復(fù)用器體光柵的DWDM插損<3dB,均勻性<1dB信道間crosstalk<-30dB

λ1λ2

---λn

λ1

λ2

--

λn體反射光柵2025/8/18126體反射光柵波分復(fù)用器體光柵的DWDM插損<3dB,均勻性<1dB信道間crosstark<-30dB

λ1λ2

---λn

λ1

λ2

--

λn體反射光柵2025/8/18127體透射光柵波分復(fù)用器λ1λ2

---λnθ

λ1

λ2

--

λnΛd2025/8/18128AWG的引入(薄三棱鏡)

ArrayedWaveguideGratinginputoutput2025/8/18129AWG的引入薄棱鏡產(chǎn)生色散出射波前U2(x,y)為

U2(x,y)=Tp*U1(x,y) =A1e(ikxsin-ik(n-1)αx)出射角θ”sib”()=sin-(n()-1)α sin=sin”()-sin

()≈-(n()-1)ααTp=exp(-ik(n-1)αx

U1(x,z)=A1exp(ikαx)2025/8/18130陣列波導(dǎo)光柵AWG基本結(jié)構(gòu)Rowland圓INPUTOUTPUT光柵波導(dǎo)L+mLL-mL2025/8/18131LD1LD2LD3LD