无源光器件学习教案

1、无源光器件无源光器件(qjin)第一页，共56页。系统中起着重要的作用。本讲仅系统中起着重要的作用。本讲仅介绍几种常用的无源光器件的原介绍几种常用的无源光器件的原理及性能。理及性能。第2页/共56页第1页/共56页第二页，共56页。第3页/共56页第2页/共56页第三页，共56页。第4页/共56页第3页/共56页第四页，共56页。第5页/共56页第4页/共56页第五页，共56页。接续点上的不连续接续点上的不连续(linx)现象现象第6页/共56页第5页/共56页第六页，共56页。第7页/共56页第6页/共56页第七页，共56页。第8页/共56页第7页/共56页第八页，共56页。第9页/共56页

2、第8页/共56页第九页，共56页。第10页/共56页第9页/共56页第十页，共56页。lMF型连接型连接(linji)器器用于隧（通）道里敷用于隧（通）道里敷设光缆的缆间接续中，设光缆的缆间接续中，可以对带状可以对带状5芯光纤芯光纤进行一次性连接进行一次性连接(linji)，由于体积小，由于体积小，可以装在标准接头盒可以装在标准接头盒内，实现光纤的高密内，实现光纤的高密度接续，其结构如图度接续，其结构如图所示。所示。第11页/共56页第10页/共56页第十一页，共56页。用器。第12页/共56页第11页/共56页第十二页，共56页。第13页/共56页第12页/共56页第十三页，共56页。棱镜棱

3、镜(lngjng)(lngjng)耦合式耦合式光纤耦合式光纤耦合式Port 1Port 1Port 4Port 4Port 3Port 3Port 2Port 2第14页/共56页第13页/共56页第十四页，共56页。第15页/共56页第14页/共56页第十五页，共56页。图图c c为为8 8路传输路传输(chun sh)(chun sh)型星型耦型星型耦合器合器图图d d为为8 8路反射型星型耦合器路反射型星型耦合器第16页/共56页第15页/共56页第十六页，共56页。第17页/共56页第16页/共56页第十七页，共56页。第18页/共56页第17页/共56页第十八页，共56页。由由12个

4、个22耦合器组成耦合器组成(z chn)的的88星形耦合器星形耦合器 第19页/共56页第18页/共56页第十九页，共56页。第20页/共56页第19页/共56页第二十页，共56页。光合波器和光分波器的类型光合波器和光分波器的类型(lixng) 第21页/共56页第20页/共56页第二十一页，共56页。直通臂直通臂耦合臂耦合臂 1 2P 0 P1 P2熔锥光纤型波分复用器结构熔锥光纤型波分复用器结构(jigu)和特性和特性 公共公共(gnggng)臂臂第22页/共56页第21页/共56页第二十二页，共56页。衍射光栅衍射光栅(gungshn)型波分复用器结构示意图型波分复用器结构示意图光光 纤

5、纤透透 镜镜光光 栅栅 1 2 3 1 2 3 1+ 2+ 3 1+ 2+ 3第23页/共56页第22页/共56页第二十三页，共56页。采用棒透镜采用棒透镜(tujng)(tujng)的光栅型的光栅型WDMWDM光光 纤纤棒棒 透透 镜镜光光 栅栅 1+ 2+ 3 1 2 3+ + 3 1 2 3第24页/共56页第23页/共56页第二十四页，共56页。第25页/共56页第24页/共56页第二十五页，共56页。第26页/共56页第25页/共56页第二十六页，共56页。第27页/共56页第26页/共56页第二十七页，共56页。第28页/共56页第27页/共56页第二十八页，共56页。隔离器工作原

6、理如下图所示。隔离器工作原理如下图所示。 这里假设入射光只是垂直偏振光，第一个偏振器的透振方这里假设入射光只是垂直偏振光，第一个偏振器的透振方向也在垂直方向，向也在垂直方向， 因此输入光能够因此输入光能够(nnggu)通过第一个偏振通过第一个偏振器。器。 紧接第一个偏振器的是法拉弟旋转器，法拉弟旋转器由旋紧接第一个偏振器的是法拉弟旋转器，法拉弟旋转器由旋光材料制成，能使光的偏振态旋转一定角度，例如光材料制成，能使光的偏振态旋转一定角度，例如45，并且，并且其旋转方向与光传播方向无关。其旋转方向与光传播方向无关。 回忆回忆(huy)一下：光偏振一下：光偏振(极化极化) 单模光纤中传输的光的偏振态

7、单模光纤中传输的光的偏振态(SOP：State of Polarization) 是在垂是在垂直于光传输方向的平面上电场矢量的振动方向。直于光传输方向的平面上电场矢量的振动方向。 在任何时刻，电场矢量都可以分解为两个正交分量，这两个正交在任何时刻，电场矢量都可以分解为两个正交分量，这两个正交分量分别称为水平模和垂直模。分量分别称为水平模和垂直模。 第29页/共56页第28页/共56页第二十九页，共56页。偏振器偏振器法拉弟法拉弟旋转器旋转器偏振器偏振器反射光反射光阻塞阻塞入射光入射光SOP隔离器工作隔离器工作(gngzu)原理原理第30页/共56页第29页/共56页第三十页，共56页。 法拉弟

8、旋转(xunzhun)器后面跟着的是第二个偏振器， 这个偏振器的透振方向在45方向上，因此经过法拉弟旋转(xunzhun)器旋转(xunzhun)45后的光能够顺利地通过第二个偏振器，也就是说光信号从左到右通过这些器件(即正方向传输)是没有损耗的(插入损耗除外)。 另一方面，假定在右边存在某种反射(比如接头的反射)， 反射光的偏振态也在45方向上，当反射光通过法拉弟旋转(xunzhun)器时再继续旋转(xunzhun)45，此时就变成了水平偏振光。水平偏振光不能通过左面偏振器(第一个偏振器)，于是就达到隔离效果。 然而在实际应用中，入射光的偏振态(偏振方向)是任意的，并且随时间变化，因此必须要

9、求隔离器的工作与入射光的偏振态无关，于是隔离器的结构就变复杂了。 一种小型的与入射光的偏振态无关的隔离器结构如下图所示。第31页/共56页第30页/共56页第三十一页，共56页。一种与输入光的偏振一种与输入光的偏振(pin zhn)态无关态无关的隔离器的隔离器 光纤输出光纤输出(shch)SWP半波片半波片法拉法拉(fl)弟旋转器弟旋转器SWPSOP光纤输入光纤输入(a)光纤输出光纤输出SWP半波片半波片法拉弟旋转器法拉弟旋转器SWP光纤输入光纤输入(b)第32页/共56页第31页/共56页第三十二页，共56页。 具有任意偏振态的入射光首先通过一个空间(kngjin)分离偏振器(SWP: Sp

10、atial Walk off Polarizer)。 这个SWP的作用是将入射光分解为两个正交偏振分量，让垂直分量直线通过， 水平分量偏折通过。 这个半波片的作用是将从左向右传播的光的偏振态顺时针旋转45，将从右向左传播的光的偏振态逆时针旋转45。 因而法拉弟旋转器与半波片的组合可以使垂直偏振光变为水平偏振光，反之亦然。 最后(zuhu)两个分量的光在输出端由另一个SWP合在一起输出。 两个分量都要通过法拉弟旋转(xunzhun)器， 其偏振态都要旋转(xunzhun)45。法拉弟旋转(xunzhun)器后面跟随的是一块半波片 (/2 plate或halfwave plate)。 第33页/共

11、56页第32页/共56页第三十三页，共56页。 另一方面， 如果存在反射光在反方向上传输(chun sh)，半波片和法拉弟旋转器的旋转方向正好相反，当两个分量的光通过这两个器件时， 其旋转效果相互抵消，偏振态维持不变，在输入端不能被SWP再组合在一起，如图所示，于是就起到隔离作用。 环行器除了有多个端口外，其工作原理与隔离器类似。 如图所示，典型的环行器一般有三个或四个端口。 在三端口环行器中，端口1输入的光信号在端口2输出，端口2输入的光信号在端口3输出，端口3输入的光信号由端口1输出。 光环行器主要用于光分插复用器中。第34页/共56页第33页/共56页第三十四页，共56页。 光环行器光环

12、行器 (a) 三端口；三端口； (b) 四端口四端口 132(a)(b)1324第35页/共56页第34页/共56页第三十五页，共56页。第36页/共56页第35页/共56页第三十六页，共56页。机械式光开关机械式光开关(kigun)第37页/共56页第36页/共56页第三十七页，共56页。第38页/共56页第37页/共56页第三十八页，共56页。 微机械(jxi)反射镜开关MEMS(a) MEMS开关的原理； (b) 实例第39页/共56页第38页/共56页第三十九页，共56页。第40页/共56页第39页/共56页第四十页，共56页。第41页/共56页第40页/共56页第四十一页，共56页。

13、第42页/共56页第41页/共56页第四十二页，共56页。第43页/共56页第42页/共56页第四十三页，共56页。第44页/共56页第43页/共56页第四十四页，共56页。第45页/共56页第44页/共56页第四十五页，共56页。第46页/共56页第45页/共56页第四十六页，共56页。第47页/共56页第46页/共56页第四十七页，共56页。光纤光栅光纤光栅(gungshn)的结构图的结构图栅距光栅包层纤芯光纤(a)紫外光掩膜板(b)第48页/共56页第47页/共56页第四十八页，共56页。前景。第49页/共56页第48页/共56页第四十九页，共56页。第50页/共56页第49页/共56页第五十页，共56页。第51页/共56页第50页/共56页第五十一页，共56页。 光锁相环OPLL的原理(yunl)框图 接收信号