光纤通信中的无源器件和子系统

1、光纤通信中的无源器件和子系统万助军万助军华中科技大学南五楼华中科技大学南五楼309309室室2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST2光无源器件和子系统从原理到工程实践全光网络中的动态光器件2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST3传输系统中的光器件光纤光纤掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFAEDFA）复用复用/ /解复用器解复用器半导体激光器半导体激光器光探测器光探测器2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST4EDFA中的光器件光隔离器光隔离器泵浦泵浦WDMWDM动态增益均衡器动态增益均衡器2022-4-8by Z.J.Wan, NG

2、IA-HUST5全光网络中的子系统ROADMROADM可重构光分插复用器可重构光分插复用器复用复用/ /解复用器解复用器集成光学（集成光学（PLCPLC）分路器）分路器OXCOXC光路由器光路由器2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST6ROADM节点中的光器件光开关光开关光纤耦合器光纤耦合器可调光衰减器（可调光衰减器（VOAVOA）2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST7光无源器件和子系统2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST8光有源器件和无源器件光有源器件光有源器件: : 存在光存在光电、电电、电光或者光光或者光光转换光转换电电 光

3、转换：半导体激光器光转换：半导体激光器光光 电转换：光探测器电转换：光探测器光光 光转换：掺铒光纤放大器，波长转换器光转换：掺铒光纤放大器，波长转换器光无源器件光无源器件: : 不存在光不存在光电、电电、电光或者光光或者光光转换光转换光开关、光开关、POADMPOADM、VOAVOA、可调滤波器等：需要电子控制，但是、可调滤波器等：需要电子控制，但是不存在光不存在光电、电电、电光或者光光或者光光转换，属于光无源器件光转换，属于光无源器件2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST9光无源器件和子系统从原理到工程实践全光网络中的动态光器件2022-4-8by Z.J.Wan, NG

4、IA-HUST10偏振相关型光隔离器20cosII Malus Law2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST11偏振无关型光隔离器oecnnarctaneooennnn21arctanmax22222tan1tan1taneoeonnnn位移晶体位移晶体位移晶体型位移晶体型2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST12偏振无关型光隔离器渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜的变型渥拉斯顿棱镜的变型楔角片型楔角片型tanarcsineonn 2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST13位移晶体型与楔角片型的对比dxdyEdxdyEdxdyEET

5、22212*212022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST14光环形器的外观2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST15实用光环行器的工作原理2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST16实用光环行器的改进方法2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST17偏振光合束器的改进方法缩小尺寸缩小尺寸降低成本降低成本2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST18无处不在的光纤准直器?2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST19光纤准直器的装配工艺预装配预装配反射式装配工艺反射式装配工艺透射式装配工艺透射

6、式装配工艺理论与工程实践完美吻合理论与工程实践完美吻合2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST20光隔离器的工程实现隔离器芯结构隔离器芯结构1 1隔离器芯结构隔离器芯结构2 2装配步骤装配步骤1 1装配步骤装配步骤2 2由三部分之间的对准简化为两部分之间的对准由三部分之间的对准简化为两部分之间的对准2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST21光环行器的工程实现典型的三部分之间互调典型的三部分之间互调光环行器芯光环行器芯2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST22WDM器件的反射端口装配工艺器件的反射端口装配工艺滤波片滤波片n,21nmm,1

7、121m公共端公共端反射端反射端透射端透射端预装配预装配- - 根据空气隙的干涉条纹根据空气隙的干涉条纹来判断贴装平整度来判断贴装平整度光学对准：光学对准：保护结构保护结构 自聚焦透镜与金自聚焦透镜与金属管之间不接触，以免破坏已属管之间不接触，以免破坏已对准的光路对准的光路2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST23熔融拉锥光纤耦合器的装配工艺熔融拉锥区域被两个胶团熔融拉锥区域被两个胶团以桥式悬空保护以桥式悬空保护小 金 属 管小 金 属 管 尾 纤 为尾 纤 为250um250um外径的裸光纤外径的裸光纤大 金 属 管大 金 属 管 尾 纤 由尾 纤 由900um900um

8、外径的套管保护外径的套管保护ABSABS封装盒封装盒 尾纤由外尾纤由外径径2-3mm2-3mm的皮线保护的皮线保护光纤耦合器外封装照片光纤耦合器外封装照片2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST24光波导结构铌酸锂铌酸锂磷化铟磷化铟绝缘体上硅绝缘体上硅聚合物聚合物2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST25光波导制作工艺硅基二氧化硅硅基二氧化硅(SiO(SiO2 2/Si)/Si)光光波导工艺波导工艺玻璃光波导玻璃光波导工艺工艺2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST26光无源器件和子系统从原理到工程实践全光网络中的动态光器件2022-4-

9、8by Z.J.Wan, NGIA-HUST27全光网络中的动态光器件WSS WSS 波长选择开关，进行波长粒度的光交换波长选择开关，进行波长粒度的光交换WC WC 波长转换器，减少波长阻塞波长转换器，减少波长阻塞TODC TODC 可调光学色散补偿器，进行波长粒度的动态色散补偿可调光学色散补偿器，进行波长粒度的动态色散补偿OPM OPM 光性能监控模块，用于全光网络的管理光性能监控模块，用于全光网络的管理TOF TOF 可调光学滤波器，是可调光学滤波器，是OPMOPM中的关键器件中的关键器件OXCOXC节点节点ROADMROADM节点节点全光网络中需要什么器件？全光网络中需要什么器件？202

10、2-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST28什么是WSS？WSSWSS波长色散分离元件波长色散分离元件空间光调制器空间光调制器反射式闪耀光栅反射式闪耀光栅透射式相位光栅透射式相位光栅阵列波导光栅阵列波导光栅液晶阵列液晶阵列LCOSLCOS（硅基液晶）芯片（硅基液晶）芯片MEMSMEMS微镜阵列微镜阵列2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST29基于液晶技术的WSSCoadna液晶液晶双折射楔角片双折射楔角片线偏振光经过楔角片时发生折射，偏角取决于楔角片的折射率，控制线偏振线偏振光经过楔角片时发生折射，偏角取决于楔角片的折射率，控制线偏振光的偏振方向，以光的偏振方向

11、，以o o光或者光或者e e光通过时，折射率分别为光通过时，折射率分别为n no o或者或者n ne e，因此偏角不，因此偏角不同。多个液晶芯片和楔角片叠加，对一束线偏振的入射光得到多个可能的折同。多个液晶芯片和楔角片叠加，对一束线偏振的入射光得到多个可能的折射输出方向。射输出方向。采用反射式结构则可以对光路进行折叠，得到更加紧凑的器件结构。采用反射式结构则可以对光路进行折叠，得到更加紧凑的器件结构。透射式结构透射式结构反射式结构反射式结构2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST30基于液晶技术的WSSCoadna闪耀光栅和空间光调制器分别位于透镜的前后焦面上，构成一个闪耀光

12、栅和空间光调制器分别位于透镜的前后焦面上，构成一个2 2f系统。系统。偏振转换组件：将一束随机偏振光转换为两束相互平行的同偏振态的线偏振转换组件：将一束随机偏振光转换为两束相互平行的同偏振态的线偏振光（液晶只能控制线偏振光）。这两束光在系统中以完全相同的方偏振光（液晶只能控制线偏振光）。这两束光在系统中以完全相同的方式传输，只在空间光调制器反射时，二者的光路相互倒换。式传输，只在空间光调制器反射时，二者的光路相互倒换。2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST31基于液晶技术的WSSCoadna空间光调制器的芯片，不能通过空间光调制器的芯片，不能通过PCBPCB控制板（温度稳定

13、性不好）固定在光控制板（温度稳定性不好）固定在光学平台上，而是必须通过玻璃基片来学平台上，而是必须通过玻璃基片来定位。定位。系统调试时，以调节架抓住玻璃板进系统调试时，以调节架抓住玻璃板进行调节，因此理论设计时下端留出约行调节，因此理论设计时下端留出约1mm1mm间隙，调试完成之后，塞入玻璃间隙，调试完成之后，塞入玻璃板，以胶水固定。板，以胶水固定。作为输入作为输入/ /输出端口的光输出端口的光纤准直器是逐个调试的，纤准直器是逐个调试的，以楔形玻璃板逐个固定。以楔形玻璃板逐个固定。2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST32基于LCOS芯片的WSSEngana Pty Fin

14、isar每个光束入射在每个光束入射在LCOSLCOS芯片上的不同位置，光斑覆盖一定数量的像素，通过芯片上的不同位置，光斑覆盖一定数量的像素，通过这些液晶像素对反射光的波面进行调节，即可控制波面法线的方向（即反这些液晶像素对反射光的波面进行调节，即可控制波面法线的方向（即反射光的方向），其功能与扭镜相似。射光的方向），其功能与扭镜相似。2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST33基于LCOS芯片的WSSEngana Pty Finisar2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST34基于MEMS微镜阵列的WSSBell Laboratories2022-4-8b

15、y Z.J.Wan, NGIA-HUST35基于MEMS技术的WSS解决方案HUST & SIMIT原理图之俯视图原理图之俯视图原理图之侧视图原理图之侧视图2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST36基于MEMS技术的WSS解决方案HUST & SIMITMEMSMEMS微镜阵列微镜阵列2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST37基于MEMS技术的WSS解决方案HUST & SIMIT光路图光路图2022-4-8by Z.J.Wan, NGIA-HUST38基于MEMS技术的WSS解决方案HUST & SIMIT封装平台封装平台2022-4-8by Z.J.Wan, N