2013光电信息工程专业英语翻译全文解析

专业英语PartIP1-10第一部分光电子电光调幅图9-3的检查结果显示，电致双折射引起在z=0处一个波发射和他的沿x轴的极化得到一个y轴极化，在x轴分量的距离增长到点i，其中「二n，偏振平行于y变成。如果点i对应于晶体的输出平面并在这一点右偏角插入一个直角偏振器的输入偏振---也就是说，只允许一个Ey通过-在此场下-光束穿过不衰减，而场不存在时(「二0)，输出光束由交叉的输出偏振完全封锁了。这种光能量流的控制通过基础电光调幅实现。一电光幅度调制器的典型排列如图9-4所示，它由两个交叉偏光板，按顺序，相对于电致双折射x和y轴的电光晶体置于呈45度角方位处。具体而言，我们将展示如何使用KDP晶体实现这样的安排。此外，在光路中包括一个自然双折射晶体，引入了一种固定的延迟，所以总延迟「是由于这个水晶和电致引起。这一事件场平行于x在晶体的输入面，因此具有同等在相元件沿x和y，我们以九二Acos3tIx'九二Acos3tIy'或使用复杂的振幅符号，E(0)=AI. .E(0)=AIy'图9-4一个典型的电光振幅调制器。总迟缓「是固定迟缓偏见相关(「B=n/2)的四分之一波片的原因是电光晶体引入的总和。入射强度就是这样I3E•E*=1E(0)|2+|E(0)|2-2A2i x' y' (9.3-1)根据输出面z=l，x和y成分已经获知，根据(9.2-4)，相对的弧度相移，因此，我们可以把它们作为E(l)=A九-，「xE(l)=Ay'(9.3-2)总场从输出偏振出现，是对Ex'(1)和Ey'(1)的y部分之和(9.3-3)对应的输出强度I3

oA2((9.3-3)对应的输出强度I3

oA2Q)E*)]yoyoIL-1)(一注2A2sin212

其中比例常数是相同的，在(9.3-1)。输出强度比率与输出之比是I.J--o=sin2—=sin2I2(9.3-4)(9.3-4)的第二个等式从(9.2-6)中获得。传输因子(IJI)绘制在Fingure9-5反向施加电压。振幅的光信号调制过程也显示在图9-5,调制器通常是一个固定偏置迟缓r=n/2到百分之五十的传输点。小正弦调制电压便会导致的传输强度已接近正弦调制显示.治疗由图9-5数学描述的情况,我们采取兀r=+rsin3t2mm(9.3-5)其中迟缓偏差作为 n/2，和厂是与幅度调制电压?sinwmt(9.2-6)：因此，r=n传输因子作为一种极化电压的电光调制器的功能交叉。调制器是基于这一点t=n/2,导致百分之五十强度传输。一个小应用正弦电压调节有关的偏见传播力度点。利用电光调制的光通信连接。使用(9.3-4),使用(9.3-4),「兀「一十 sm3t(4 2m)I-o=sin2Ii(9.3-6)-1+sin(Tsin3t)]2mm(9.3-7)IfXIfXIisin3t)m(9.3-8)这样强度调制的调制电压vm=sinwt线性副本。如果条件得不到满足，它遵循从数字9-5或从(9.3-7)强度变化扭曲将扭曲,将载有明显较高物类(单数)谐波。对依赖的失真进一步讨论的问题9.3。图9-6中，我们介绍一些信息信号函数f(t)(在这种情况下，留声机笔电输出)如何能够留下深刻印象,电光作为一个幅度调制激光束,并随后由一个光学检测器细节回收的光学检测被认为是在第11章。phase调制光在上一节我们看到了偏振态调制,由光电的影响方式进行线性椭圆型的光束,可以转换,利用极化,为强度调制。这里我们考虑图9-7所示的情况,其中,而不是沿着有相同的诱导双折射轴组件(x和y图9-4),对于想x入射光的偏振平行于其中，在这种情况下。电的应用

阶段不会改变偏振态，而仅仅是改变了输出阶段A。x'3l- Anc x'其中，从（9.1-10），A阶段不会改变偏振态，而仅仅是改变了输出阶段A。x'3l- Anc x'其中，从（9.1-10），A。x'3n3r o-63-El2c z(9.4-1)如果偏置场正弦波，是作为E=Esin3tzm（9.4-2）然后光场的事件（9.2-2）的它在输入（z=0处）晶面如果艾因=Aexp（纬科技提供），将会出现根据九out=Aexp<i3t--+上rEsin3tl263mm/图9-7电光相位调制器。晶体取向和应用方向是适合KDP.光偏振平行于一个电诱导主要介质轴（x'）的。其中L是晶体长度.降低在这里没有结果影响的连续相位因子，我们重写最后方程为(9.4-3)九二Aexp\i(3t+8sin3t)]out m(9.4-3)-3n3rEl 一兀n3rElo63o63—m2co63—m入(9.4-4)被称为相位调制指数.因此光场相位的调制指数以@为调制指数。如果我们使用贝塞尔方程定义，有exp(i8exp(i8sin3tm)二£J(8)exp(in3t)nn二-»(9.4-5)我们可以重写（9.4-3）如九二A£j(8h-i(3+n3m(9.4-6)(9.4-6)n二»所示，带调制指数@的方程形式给出边带能量的分布。我们注意到，对于@=0.j0（0）=1，若Jn（@）=0，n不等于0，另一个好处是（9.4-4）定义的相位调制指数@是（9.2-4）给出的延迟的一半。横向电光调制器由于前两个章节中讨论电光延迟的例子中，电场沿光传播方向应用.这就是所谓的调制纵模。一横电光振幅调制器采用KDP晶体在该领域应用的正常的传播方向。所谓纵模的调制，一种较为理想的运作模式是横向的，在该领域应用的正常传播的方向.原

因是，在这种情况下，外地电极不与光束干扰和迟缓，是成正比外地时代的晶体长度的产品，但是随着晶体加长会增加.I在纵向案件应用中的迟缓，根据(9.2-4),与Ezl=V成正比和独立于晶体长度l.图9-1和9-2建议如何横向发育迟缓可使用如图9-8所示的实际安排一个确定排列的KDP晶体，光传播沿y′方向，它的极化是在x'-z’平面45度偏离z轴。沿z应用的领域迟钝,是由(9.1-10)和(9.1-12)定义,r二。一。x'z31\( 1n3(V)二——(n-nJ+fr—(9.5-1)Co九2631(9.5-1)其中d是沿应用方向的晶体厚度.W我们注意到，T包含一个术语，它不依赖于应用体积。这点的问题将在9-2中讨论。横向电光调制详细例子使用43立方米,立方闪锌矿型晶体，载于附录C。高频调制的考虑在以上3节审议的例子,我们得出低频电场造成的延迟的表达式.在很多的实际情况下调制信号往往是在非常高的频率,为了利用适于激光的广泛频谱,可能会占用大量带宽.在本节中考虑在一系列典型应用情况中最高可用调制频率的基本限制因素。首先考虑由图9-9描述的情况，电光晶体放置在两个频率在w0/2Pi附近调制场的电极之间。Rs是内部阻力的调制源，C代表平板电容由于光学水晶。如果R>(30C)1大多数调制电压降,R是在浪费,因为它不会导致迟钝。这可以得到共鸣的水晶电容和电感L,302=(LC)t如图9-9。止匕外，分流电阻R是以致于3=30的阻抗电路,它平行RC是选择比大多数R的调制电压出现在水晶。这个谐振电路,有一个有限的带宽——也就是说,它只在一个高阻抗频率区间A3/2刀=1/2〃C(集中在4)。因此，最大的调制带宽(频谱被调制信号)必须小于Aw_ 12兀 2兀Re (9.6-1)如果调制场是一个忠实的调制信号。在实践中，调制带宽的大小取决于As/2口中的具体应用。此外，需要一定的顶峰之9.2-4使用rm，讲述一个高峰调制电压Vm=(E))ml，我们可以表明J，,2R 的(9.6-1)，在KDP-type所需的功率是获得一个峰值rm晶体是相关的调制带宽A=A3/2兀一样r2九2AeAvP二——m 4兀Ln6r20 63 (9.6-2)在no1是长度的光路中,A是水晶的截面积正常长度l水晶，£是调制频率30时的介电常数。渡越时间对高频电光调制的限制r=aEl根据(9.2-4)由于光学迟滞的场Er=aEl(9.6-3)高频电光调制的传输时间限制根据（9.2-4）因E场电光迟缓可以写为，其中r=aEl（9.6-3）是在晶体中光路中长度。如果电场E在光穿过晶体的光传输时间（）内明显的变化，公式应变成r（t）=ajx（^^dzr=aEl（9.6-3）是在晶体中光路中长度。如果电场E在光穿过晶体的光传输时间（）内明显的变化，公式应变成r（t）=ajx（^^dz=acJS）dt1t-T（9.6-4）其中c是光速e（t'）是瞬时电场。在第二个积分中，我们用时间积分代替z域积分，认识在t时接触到输出面z=l的这部分波在t-渡传输时间时进入晶体。我们也假设在任何指定时刻e（t）场在晶体内有相同的值。以e（t'）为正弦波，）二e强mm我们可以从（9.6-4）中得到r（t）=acEJ痴/dt'=ronmt-Td-入-汕mTdisTmdr=ac/'）E=alE 3t«1其中o‘'ndmm为波峰延迟，其中3mTd''1。因数（9.6-5）—a-而T

r= mdisTmd（9.6-6）表示顶峰延迟的下降是因为有限渡越时间。对于产1,必须满足3mTd"L所以渡越时间3T=兀与最短调制周期相比必须小。R因子在11-17图标出。如果，有些武断，我们对md22t=nl/带入有最高使用性调制的频率，并用d—/C的关系，可以得到G）=—mmax 4nl（9.6-7）C） =5x109Hz这里使用KDP晶体，长度1cm，其频率值mmax行波调制器原则上，一个方法可以克服传输时间限制，包括在行波形式中应用调制信号，如图9-10所示。如果光和调制场相速率相等，这部分的光波前会有同样的瞬时电场。（9.6-9）（9.6-10）r（（9.6-9）（9.6-10）r（t）=r-oel°mTd一cc）1

nmi3Tmd~cncm（9.6-11）图9-10一个行波电光调制器电场,它和在入射面遇到的场相关,当它在晶体中传播时上面所讨论的渡越时间的问题就消除了。这种方式的调制只能用在前面章节所讨论的横向结构的情况下,因为射频场在大多数的传播结构中横向传播都占主导地位。考虑在光波阵面的一个元素，它在位置z=0和时间为t的时刻进入晶体。这个元素的位置z在时刻表达式为（9.6-8）其中c/n是光学的相速度。这个元素的延迟作用公式近似为r（t）=竺J』, 'n其中e□是瞬时调制场，被看作为波阵面的传输。传输调制场公式为九（t',z）=E,m'-kmz］m由9.6-8的公式,我们可以得到J,z（』=E,mt-k\nI5m由于Km=Wm/Cm,其中Cm是调制场的相速度，把公式9.6-10带入公式9.6-9,化简可得其中T0是由于直流场等价于Em引起的延迟。减少因素c）1nm（9.6-12）是的,作为集总常数调制器（9.6-6相同的形式）,只是运输署被替换。若两相速度是平等的,使c/n=厘米，则R=1,获得最大迟缓不管晶体长度。采取最高有用调制频率,如在治疗导致（因为这9.6-7）,这些,遵循G）mmaxG）mmax41n一°ncm（9.6-13）其中，经与（9.6-7比较），显示了在对（1-c/ncm）-1有用的晶体长度频率限额提高。在设计行波电光调制器是在参考资料审议［4-6问题］。为电光调制,包括行波和高频更详细的处理情况下,学生应咨询参考文献［11］以及9.9节处理。光电光束偏转该光电效应也可用于光束偏转［7］。这种光束导流行动是在图9-11所示。想像自己在该晶体光路长度取决于横向位置的光学波前十事件这可以实现具有传播速度-即折射?指数-X上的依赖，在图9-11。到指数的变化是x的线性函数，上线甲“看到”的指数n+，因此在某一刻穿越晶体T=—（n+An）Ac图9-11导流示意图。折射率在x方向依靠N（x）=n0+ax变化。通过晶体轴传递射线B加到射线A上，从而造成了一个角度的波前倾斜。P11-13量子阱激光器的阻抗特性摘要：基于一个简单速率方程的模型，我们得出量子阱激光器阻抗在阈值附近的理论表达式。这些电子激光器特性是由载流子俘获/传输和载流子重新发射的纯的电参数决定的。高速In0.35Ga0.65As/GaAs多量子阱激光器的阻抗晶片上的测量结果显示和这个简单模型一致。我们提取有效载流子的逃离时间和寿命来估计有效载流子的俘获/传输时间。一、介绍为了解释传输、俘获和重新发射对量子阱激光器动态属性的影响，我们提出了几个模型。这些模型主要考虑了中央区域的自由载流子和在量子阱中受限制的相互作用，采用了有效载流子俘获时间tcap和有效载流子逃离时间tesc。为了达到量子阱激光器的最高速，这些时间常数的确定是在最佳操作环境下进行的值Kan和Lau提出了量子阱激光器的另一种同等电路，证明了电阻抗和tcaptesc的值是有十分紧密联系的。我们最近演示了p区掺杂In0.35Ga0.65As/GaAs多量子阱激光器的阻抗和调制响应测量。这些装置的阻抗特性能被描述成一个偏转时间常数t0的简单的RC电路，t0解释了tcap和空间充电电容Csc的混和影响。在这些高掺杂激光器中，以下条件能解释阻抗：1tcap/tesc〈〈1,2）teff/tesc〈〈1，teff代表量子阱的有效载流子寿命。在当前的工作中，基于三个速率公式的一个简单模型，差分二极管的电阻和量子阱激光器频率相关的阻抗。我们把模型预测值和阻抗实验值相比较，这个实验仪器是无掺杂In0.35Ga0.65As/GaAsMQW活动区的激光器，在以下条件：1）充满的2）不再有效的。后者和p区活动层相比较，在未掺杂装置的频率相关阻抗和差分二极管的电阻上有明显区别。测量结果和理论值一致，表明阻抗测量能作为直接提取载流子俘获/传输参数的有效工具。二、速率公式不考虑在中央区域的电寄居和载流子复合，三个等式可以模拟量子阱激光器的动态表现。一个是腔光子密度S，一个是自由载流子数Nc，另一个是量子阱中的受限载流子数：ds/dt=S（rG-1/tp）dNs/dt=-N3（1/teff+1/tesc）+Nc/tcap-SVq3G（1）dNc/dt=I/q-dVc/dt•Csc/q-Nc/tcap+N3/tesc在（1）中tp代表光子寿命，r是限制因子，g（N3,s）是材料增益，I是注入电流，Vc是加在中央的电压，Vq3是量子阱是体积，q是电子电荷。材料增益用非线性耦合系数£可以写成G(Ns,S)=G(Ns)(1+£S)。空间充电电容的影响必须要考虑，为了合适地描述量子阱激光器的动态特性，在体激光器也一样。考虑载流子传输中央区和量子俘获过程，必须注意tcap是有效俘获时间。三、差分二极管的电阻在(1)中的Ns0Nc0S0等的数据解答是由时间导数设为0而且在70〈1的情况下得到的Ns0=I0teff/q和Nc0=I0tcap/q(1+teff/tesc)(2)在阈值下Ns0=Ns,th和Nc0=(I0+teff/tesc•Ith)tcap/q(3)在阈值上其中Ith=qNs/h/teff,Ns,th分别代表阈值电流和量子阱中的阈值载流子数。在高于阈值条件下，材料增益和阈值有很大关系，也和在量子阱中的载流子数Ns,th有很大关系。差分二极管电阻的演算关键步骤是把中心载流子数和加在中央的电压Vc联系起来/不考虑电寄生，这个关系可以写成Nc-evc/mvt其中vt=kT/q(4)M,k,T分别是二极管理想因子，玻尔兹曼常数和绝对温度。差分二极管电阻Rd=dVc0/dI0是把(4)代入(2)和(3)得出来的，然后微分，得出Rd(I0)=mvT/I0在I0<IthRd(I0)=mvT/(I0+teff/tesc•Ith)在I0>Ith(5)(5)预测了差分二极管电阻在阈值的一个下降Rd(I0fIth,I0<Ith)/Rd(I0fIth,I0>Ith)=1+teff/tesc(6)(6)可以用来估计效率teff/tesc,在这个情况下忽略载流子重新复合teff/tesc〈1,(5)简化了传统二极管在阈值附近Rd=mvT/I0的相应表达，注意到在阈值上Rd没有消失，和理想体激光器的表现相矛盾。总之,在量子阱激光器中的终端电压不是在阈值以上,因为中央载流子数在(3)中可看到是甚至比阈值还高的。四、频率相关阻抗在小信号下，(1)的解答是由扩大变量I、S、Ns和Nc在它们稳定状态的值下得到的，例如S(t)=S0+S(s)ejst。我们进一步介绍弛豫频率sr=a'S0/tp,在式子中，差分增益G'=VqsdG/dNs,消逝率y=1/teff+sr2(tp+/G')，和偏转电压二极管时间常数t0(I0)=tcap+€•Rd(I0)•Csc(I0),在阈值以下€=tesc/(tesc+teff),在阈值以上€=1。从(5)和(7)可见，注意到t0在阈值附近没有不连续。电子二极管时间常数总结了中央充电存储和耗尽区充电存储效应。用(4)(5)结合小信号解释,频率相关阻抗的最佳表示式可以推出Z(s)=vc(s)/i(s)。但是这个最佳表示式是十分冗长的，因此它的物理解释也十分困难。在弱载流子重新发射的限制中，tO/trscvvI且£-£0<<1,这个表示式可以简化为Z(s)=Rd•1/(1+jst0)•T(s)(8)其中T(s)在阈值下T(s)=(1+jst1)/(1+jsteff)1/t1=1/teff+1/tesc(9)在阈值上T(s)=(sr2+s2+jsy1)/(sr2-s2+jsy)y1=y+1/tesc(10)在阈值下，⑻(9)预测了在两个极点和一个零点下的阻抗功能。在阈值上，在非常低(s<<sr)和非常高(s>>sr)的频率下T(s)=1。等式(8)(10)预测了阻抗在弛豫频率的一个顶点，这个情况下如果tOsyvI,则T(sr)/T(0)=y1/y。在高偏置电压Y1"Y,阻抗的顶点消失。在忽略载流子重新发射Teff/Tesc〈〈1的情况下，仍有关系式Ti=Teff，Y1=Y，因此在阈值附近T（3）=1。在这个情况下的阻抗简化为全部偏置电流对简单RC等效电路的阻抗，时间常数为T0。五、测量为了考察以上模型的确实性，我们在晶片上做了一个实验，用差分二极管的电阻和活动区未掺杂的高速In0.35Ga0.65As/GaAsMQW激光器频率相关阻抗。为了恰当地模拟阻抗的测量值，一个寄居电阻Rd被加入进阻抗，从而推导出等式。图1展示了公式I0dV0/dI0=I0（Rd+Rs）,在公式中V0=VC0+I0•Rs,V0是终端电压，和I0作用相同，所以证明了在（6）中阈值的下降。在改变了电阻的影响后，在阈值附近的测量值可以用来估计teff/tesc心0.8。啊图2展示了频率相关阻抗的测量幅度，还有Mag（Z）和各种偏置电流的频率在阈值附近的关系。在阈值下,曲线证明了（8）和（9）预测的两个极点和一个零点的特性。这图进一步证明了差分二极管电阻在阈值以下不会消失,和（5）相一致。在阈值以上,低频极点消失,阻抗顶点在驰豫频率附近。与精确小信号幅度和相位的实验结果一致,（参见图2的曲线），我们能解出t0,teff,tesc作为偏置电流的值。在阈值以上，teff和tesc为0.3ns和0.45ns,与从Rd的下降中提出的teff/tesc的结果一样。偏置电流从1mA上升到阈值以上，电子时间常数T0从30Ps下降至U10ps,证明了（9）—（11）中的近似值。从（7）中可以看出，以上的结果也符合在高偏置电压下，一个上限为10ps的有效载流子俘获时间TcaP。六、结论总之,我们用一个简单等式推出了量子阱激光器阻抗的理论表达式。根据有效载流子逃离时间,量子阱里的有效载流子寿命,电子二极管时间常数,和在晶片上测量活动区未掺杂的In0.35Ga0.65As/GaAsMQW激光器阻抗结果一致。感谢：感谢W.Ben,J.Fleissner,E.C.Larkins,B.Mattes,A.Schonfelder的帮助，以及他们准备的样本和描述。我们也同样感谢G.Grau和H.Rupprecht的大力资助。PartIIP14-23 .第二部分光信息处理全息术和光学数据存储2.0简介本章节介绍全息术领域的基本概念和一些主要的应用［1-8］。这个领域的起源可以追溯到1948年D.加博尔的报纸，以及利思和乌帕特尼克斯解决了原来存在的一个主要难题。全息术是一种成像技术,它的成像是通过两个相干波在成像介质中的干涉完成的,这两个波是承载图像信息的像波和平面或者球面相干波。强度模式取决于此次相干在成像介质体内（或表面）通过调节折射和接收系数达到最适宜方式。这个模式——全息图——清楚地包含了图像的相位和幅度信息,再现象（再现）是当用一束光波沿与原相干波同方向入射就可以在全息图上重现。全息图的波衍射产生的波在所有必要方面和原始像波是完全相同的,所以观察者

就看到原始成像物体的三维信息。在立体全息图中，可以存储大量图片而且可以分别地观察它们，与其他的图片的串扰可以忽略。2.1全息摄像术的数学基础图14-1举例说明了制作简单全息图的实验图，一束平行平面光束代表将用于制作全息图的物体，一部分光束被平面镜反射(干涉光束)，在感光介质内部与物体反射的光束相干涉。感光介质就曝光并生成全息图。在图像重建过程如图14-2。这是执行的照亮了相同的波长激光束，在相同的相对取向之间的参考光束和感光中存在的全息图。在离全息图较远一侧(B)观察到一个占用与原物体同样空间位置的三维像。理想情况下，这个像与激光照射物体的直接成像是无法区分的。全息成像过程的布拉格衍射解释表17和18讨论更先进的主题，即在非线性光学介质中的动态全息术。这个环节多采用动力学处理。这意味着对全息摄像术主要概念的解释。图14-1：一个物体的全息图：用一束平行平面激光束照射物体，通过感光介质产生相干光。图14-2：原始图像的波前重建通常是与激光束波长相同的照明全息图和相对方向的参考光束来实现的。在远处(B)点的观察者看到一个虚拟的像占据了原主题相同的空间。情况描述如图14-3.我们选择z轴作为感光层内参考平面波和物平面波两个传播方向k和k构成的角的角平分线的方向。x轴包含在纸平面内。这两个方向的电场则为12e (r,t)=Eei(kir―①方)TOC\o"1-5"\h\zobject 1(14.1-1)e(r,t)=Eei(k2r-①t)reference 2(14.1-1)从图14-3和已知的1kli=|k2|=k，我们可以得出(14.1-2)\o"CurrentDocument"k=aksin0+akcos0；1x z(14.1-2)\o"CurrentDocument"k二一aksin0+akcos0；2x z又因k=2n/人，a和a的单位向量分别平行于x轴和z轴.xz总的复振幅就是两束激光的复振幅的叠加,如(14.1-1)和(14.1-2)所表示,可以写成E(x,z)=Eeik(xsin0+zcos0)+Eeik(-xsin0+zcos0) (14.1-3)12如果感光介质是感光乳剂,两束激光的曝光及其后的发展将导致在乳剂中与光场平方的平均时间的银原子显影出每一个点。因而，在显影全息图的银原子的密度正比于E(x,z)E*(x,z)，如(14.1-3)所表示的，假设E1和E2是实数，则E(x,z)E*(x,z)=E2+E2+2EEcos(2kxsin0) (14.1-4)1 2 12因此，全息图可看作带有一对银原子密度的正弦调制。x平面二常数(也就是，平面包

括角平分线和如图14-3所示的标准平面)对应于等密度平面。图14-3：正弦“衍射光栅”，由两个平面波内的感光乳剂的干扰产生。黑线的密度代表曝光的银原子密度。Z方向被选作在感光乳剂中传播角度的平分线。而不一定是垂直于全息图表面。(14.1-5)这种特殊调制模式的相邻两个尖峰之间的距离，根据14.1-4，即(14.1-5)ksin0 2sin0在波前重建过程中，照明全息图被一个连贯的激光束照亮。由于全息图的三维正弦衍射光栅组成，这种情况直接类似于在12.1里分析的光的声波衍射。运用布拉格衍射结果，把重现光(即全息图中看到的)的波长表示为入，当布拉格条件R八九(14.1-6)2dsin0=一(14.1-6)bnR是图14=4中的入射角和衍射角，是折射率。根据是图14=4中的入射角和衍射角，是折射率。根据14.1—5B将d的值带入，我们得到下式sin0sin0R图14-4：正弦体光栅的布拉格衍射。光栅的周期长度d是光栅结构重复的长度。就全息图而言，我们把图中垂直线当做最大银密度的平面的边缘图。在特例中当入R=3就是说，在全息图与产生它的同样的激光的波长同时观察时，有。B=9以至于波前再现(即衍射)只有在当用来观察的光束是与制作全息图相同角度的光束时发生。衍射光束沿着与原始“物”光束相同的方向(k1)，如此来实现之后的再现。我们可以观察到当全息图制作时由从物体向感光乳剂反射的复合光束，如从微小的不同方向上组成平面波的“包”。每个都是由与参考光束干涉生成的，传播之后，原来的衍射光栅是从其他光栅微小的角度移位。选择在再现中在这些光栅中照明的激光束近似满足布拉格条件(14.1-6)的光束。每个光栅使衍射光束沿着与产生它的物平面波的相同方向，所以在全息图(B)远侧的总场是和物场同一的。基础全息形式按照由上面介绍的观点，全息图可以从体衍射光栅观察，在表示基础物理原理非常有用。一个微小的不同的方法是把入射到光敏介质的总场当做A(r)=A1(r)+A2(r)(14.1-8)A1(r)是表示各个反射波的复合幅度，而A2(r)是参考光束的复合幅度。A2(r)不一定局限于平面波，可以对应更复杂的波前。 2总辐射场的强度可以通过(14.1-4)计算，正比于(14.1-9)AA*=A1A1*+A2A2*+A1A2*+A1*A2(14.1-9)第一项A1A「是从对象到达的光强度。如果对象是漫反射的，它的漫反射强度I1可以认为是全息图体积。A2A2*是反射光的强度I2。全息图的振幅透射的改变量固等同于曝光强度，也就是AT31+1+AA*+A*ATOC\o"1-5"\h\z1 2 12 1 2全息图的再现可以通过利用曝光时的参考光A2照射全息图实现。限制对所接触传播波修改部分，可以得到R=AAT3(I+I)A+A*AA+IA (141-10)2 1 2 2 1 22 21 .第一部分对应于正比于参考光束的波前。第二部分非正比于A1,可以被认为是非期望噪声.由于I2是常量，I2Al对应正比于A1的传输波，因此R是是一个物体的波前重建。2.2体积全息照相的耦合波分析 1~~在这一节，我们将进一步分析14.1部分的定性动态参数并且获得用于分析特定全息应用的分析表达式。我们、首先对记录过程描述，然后对全息重建的耦合波分析。我们将通过限制它为两个平面波来简化问题。一个是A1是像场，A2r是参考波。结果可以推广到更复杂的像场。记录相位时的总场用下式表示1 "E(r)=Re[(Ae-ik；•r+Ae-ik2・r)eiwt]

1 2其中下标r代表参考波，我们假设全息介质的折射率(而不是吸收)的改变量正比于光强度I(r)I(r)3[(Ae-ikjr+Ae-ik2*r)eiwt(c.c.)]1 2r (14.2-1)=1A|2+|A|2+AA*e-(4-k2)・r+A*Aei(4-勺')・厂1 2r 12r 12r我们因而可以求出全息图折射分布的指数，根据：n(r)=错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。(14.2-2)n-«lAjAJocJI工K=错误!未找到引用源。(14.2-3)全息图n1(r)的图形演示如图14—5所示。图14-5：(a)全息照相记录在一个中等感光的两个相干光束在中间橡胶产生的驻波模式。全息图的光栅矢为K=错误!未找到引用源。(b)布拉格条件错误!未找到引用源。满足，K1是颜射波的传播载体，相互作用涉及独立波A1和A2,因而我们可以写总场在长的中全息图在全息图重建的过程中，它被沿着K2传播的参考波A2e照亮。我们的任务是获得“图形”波的表达。我们前面知道了布拉格条件错误!未找到引用源。满足，错误!未找到引用源。是绕射波的传播因子，加上相互作用波的振幅错误!未找到引用源。，我们可以得到长的中等全息领域的方程：E(r)=错误!未找到引用源。(r)错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。(r)错误!未找到引用源。+c.c. (14.2-4)这两束光波在折射率受到调制的介质中相遇，全息图如14.2-2所示。总光场服从亥姆

霍兹方程。霍兹方程。(14.2-5)错误!未找到引用源。(14.2-5)错误!未找到引用源。（r）错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。［错误!未找到引用源。+（错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。（14.2-6）假设错误!未找到引用源。《k错误!未找到引用源。将式14.2-4和式14.2-6代入式14.2-5得到错误!未找到引用源。+c.c.+错误!未找到引用源。+c.c.+错误!未找到引用源。u错误!未找到引用源。［错误!未找到引用源。+（错误!未找到引用源。+c.c）］义［错误！未找到引用源。+错误！未找到引用源。+c.c.］=0（14.2-7）通过研究发现，当满足布拉格条件时，K2-K1=K （14.2-8）空间累积的能量交换就会发生。只保持同步项（近似指数项）不变，并用各向同性介质中错误!未找到引用源。回代入式14.2-7，有助于我们化简为错误!未找到引用源。二-错误!未找到引用源。+i错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。二-错误!未找到引用源。+i错误!未找到引用源。（14.2-9）其中舍弃的项错误!未找到引用源。1,2是由于异常的吸收作用。错误!未找到引用源。是自由空间波长，2错误!未找到引用源。是K1与K2的夹角，Z是沿二等分线的测量距离，因此Z=r1。使用定义错误!未找到引用源。表示振幅和相位项的大小，我们可得到式2错误!未找到引用源。14.2-10（式中，我们取K1-K2+K=0,满足布拉格条件）。错误!未找到引用源。二一a错误!未找到引用源。-错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。）错误!未找到引用源。=-a错误!未找到引用源。-错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。）(14.2-10)引用源。+错误!未找到引用源。）(14.2-10)注意在r点处的耦合取决于本地相位错误!未找到引用源。。如果相位错误!未找到引用源。/2，此时变化值为最大。根据公式14.2-4和14.2-5，错误!未找到引用源。/2条件相当于用对应于波长1，2的强度干涉模式的四分之一周期替换光栅。最常见的场景，单波，比如说光波1是光栅的入射波，光波2是衍射波。在这种情况下，它遵循第二个方程式14.2-10，光波2对应于相位错误!未找到引用源。，错误!未找到引用源。，即错误!未找到引用源。取最大值处。当错误!未找到引用源。，错误!未找到引用源。时，14.2-10的解为错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。（0）错误!未找到引用源。（错误!未找到引用源。）错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。（0）错误!未找到引用源。（错误!未找到引用源。） （14.2-11）因此当光栅长度为错误!未找到引用源。时，衍射效率为错误!未找到引用源。exp（-错误!未找到引用源。）错误!未找到引用源。（错误!未找到引用源。） （14.2-12）当要解释包含固定体积光栅和全息照相的大量试验数据时这个公式是非常有用的。多重全息记录及读出串扰在一个全息图中记录大量体全息信息是有可能的。根本原因是在一个大容量，尺寸〉Lc,只有在布拉格条件，K2-k1=K,满意的情况（见脚注2）才能重建图像。像图所说这里k2和K1是在重建过程中行波的传输矢量，K代表全息图。如果代表不同的全息图的向量K有很大不同，我们能够从其他微不足道的串扰中读取信息，因为所有其他全息图，布拉格条件的强烈作用。定量的考虑这个问题，分析在图14-6描绘的情况，两个全息图n1（r），n2（r）记录在两个参考方向不同错误!未找到引用源。但图片方向K1一致的相同容量中。n（i）（r）3、Il（i）/1（i）sin（K⑴.r+。（1））1 l1 2n（2）（r）311（2）/1（2）sin（K（2）.r+。（2）） （14.2-13）1 *1 2其中K（1）=K⑴一K21K（2）=K（2）-K （14.2-14）21如果我们想重建图片1，我们照亮了相应的参考波幼（即相同的参考波用来记录它）全息图，如上所述。这将遇到参考波在晶体中，不仅所需的全息图n1（注册商标），而且也全息n1（注册商标）。从全息图n1分散的任何光线（r）在这样的k1构成（噪音）串扰，从而影响了图片1的信息内容的方向。这种串扰重视数量的全息图的基本限制和所存储的信息内容。为了量化这一论点，我们会得出一个沿k1由于就业（k2）的关闭“错误”的图片2全息图-n1参考光束不良散射辐射的功率表达式（注册商标）。该方程描述了这一进程衍生（14.2-9）和转载的事件（A2）和衍射（格A1）这里横梁dA 兀n（2）,—1=i 1——Aei（k1-k21）+k22）-k1）.rdz入cos02dA.兀n（2）,（14.2-15） 2=i 1 Aei（k1-k21）+k22）-k1）.r（14.2-15）dz入cos01如光栅矢量错误!未找到引用源。=错误!未找到引用源。（全息图2），我们令错误!未找到引用源。=0.则k1是，根据图14-6,但是双方都n11相同（r）和N12的（R）的，因为“图片”的方向对所有记录全息图相同。我们重写方程（14.2-15）为dA1r=ikAe-i8Z

dz2（14.2-16）dA2=ikAe-i§z（14.2-16）dz1

5三k⑵一k（i）5三k⑵一k（i）2z2zk= 1——九cos0其中，为简单起见，我们假设没有a=0光学损失。P24-29图14-6 这两幅图A⑴和A⑵，分别作为体积全息图伴随着方向上的特定的参考波，被11记录了。在图中，我们可以在同样的体积中记录相当多的图片信息。这个步骤完全可以重复，从而在同一个体积中可以有成百上千个全息图的记录。我们注意到，如果k（1）=k（2），方程（14.2-16）导致了布拉格的解决方案（14.2-11）22匹配条件。有串扰的情况下，k（1）中k（2）。在这种情况下，5W0，并且在全息图z=L的输22出端，方程组（14.2-16）的正常解是（sL）+一sin（sL）

sA（l）=A（0）e（sL）+一sin（sL）

s（14.2-17）（14.2-18）A（L）=iA（0）ei5LKsin（（14.2-17）（14.2-18）12ss2=k2+52在这里，我们使用了边界条件A（o）=o。因此，只有参考波A（o）在输入时是当前121Ai（L）|2"I的。这输出领域A（L）构成了我们的串扰。由1Ai（L）|2"I其"5， 5》k（14.2-19）我们能因此通过使用一个较大的5减小这些功率到一个可以被接受的程度。用定义式5=k2-k1，我们发现通过在2个参考波k⑴和k（2）之间用一个有效的大方向分隔角度2z2z 2 25。，我们能较小这个串扰。在某种程度上，选择第二零点的位置作为必要选择的措施，我们要使5=k⑵―k⑴=K⑵―K⑴>2n （142-20）2z2zzzL体积的数据的存储方法是将K⑴矢量添加到k空间中，每个矢量展现一个单独的全息图，

AK>过,AK>型,AAK>过,AK>型,AK>出且被分离为 xLyLzLxyz其中L，L，L都是全息图的维xyz度。我们因此需要给每个全息图分配一个体积8口3 8口3d3K=LLL=Vxyz holog（14.2-21）在K空间中

总的数量是为了避免串扰，这些总的全息图可以被存储到相应的K空间且不重叠的全息图，TotalvolumeinKspace（1\4n 您——k3V holog（2兀）log Volumeperhologram3*8兀3在我们的平面波全息图试例中，每个全息负载为每个信息量为1比特。这个全息图要么存在（“1”），要么不存在（“0”），因此存储的比特数量等于全息图的数量。可以存储的总的比特V数量为（14.2-22）数量为（14.2-22）bits人3根据公式（14.2-22），如果我们令入=1um，可存储的比特数量为1012每立方厘米。这个存储密度是相当大的，并且能帮助说明全息图数据的性质。图14-8显示了一个在LiNbO晶体里面记录了一些1000角度复用的试验系统图。3波长复用（11）另一个波分全息复用方法使用了图14-9中的几何证明。此处有一个被给定的全息图是用两个相同波长的相反行波记录的。每个全息图用不同的波长记录。这种方法的K矢量空间重现在图14-9（a）中显示。一个给定图像的重现，比方说i，是通过用波长为九.的参考波照明全息图实现的，正如图14-9（b）所显示的。这种记录方法正是波分复用。这种方法最好地利用了K空间并减少了串扰，而这种效果只有当全息图的信息内容是得它们分散到虚拟K空间地址并且在与相邻全息图时接触时才能获得。图14-10显示了大量波分复用全息图的反射量VS.九。在数据轴承全息图中的串扰（12）在这个小节我们只考虑平面波全息图。在有维度Li（i=1,2,3）的记录体积中，我们显示这些全息图需要在K空间中以AK=0分隔以避免串扰。iLi图14-7：全息图的K空间表示。每个全息图，n（r）8sin（Kr+①），是在K代表为中心的模糊量。模糊性反映了有限维立Lx，Ly，Lz的全息图。平面波全息图，如g，n和t，是最理想的是作为代表在K空间点。小“模糊”卷显示代表在K由于全息有限体积蔓延。在与单个全息图K空间相关单位体积显示。图14-8：通用示意图体积全息图的光学角多路设置;。两个全息图显示在同一感光货量录得全息图，但每使用不同的方向参考光束。

图14-9：全息摄影的数据由波分多路复用存储。(a)那些在轴线Kz上的黑点相当于“空白的”(无信息的)全息图。那些横向的半圆形弧线相当于全息图携带图示信息时矢量K(i)(由入记录)顶端的轨迹。(b)用来说明k(i)image的有尖角扇面怎样因存储的信息而使K⑴的轨迹延伸的一个解释。(在引用[11]后。)图14—10：就波长20的多路复用全息图来说，衍射(反射)效率与人相对。如果图片波先到达晶体，穿过透明，或空间光调制器,它是调制空间，可以不再是一个简单的平面波代表。如果波事件在透射率Alexp(-ikz)和透射率为t(x,y)的透射，那么在全息中波事件可以视为Epicture=A1错误!未找到引用源。exp[i(kx+ky)+i(Jk2-k2-k2z]t(k,k)dkdk (14.2—23)无y 无y无y这里的t(x,y)=0(k,k)exp[i(kx+ky)]dkdk有t(x,y)的空间傅立叶变换’(k尤飞y)。由(14.2—23)，图片波不再是单一的平面波，而是连续波等，每一个幅度aAA=~ t(k,k)dkdk都沿传播方向％k+yk+zyk2-k2-k2进行传播。无y无y 无 y1%y如图14—11所示，我们绘制如同14-9(b)一样的以K为载体的K全息图，在K上的向量小费现已占有量，而不是一个点。如果在透明度最小特征尺寸为a,那我们就以为t(k,k)xy的值明显上升到~eJmax~兀/a,(kJmax~兀/a,所以一般来说，在K空间量必须避免重8兀3/叠全息图现在已不再 llL微光如在平面波(无信息)全息图的情况，但却成为■'xyz。这减少了，可以记录下来，从微不足道的串扰〜微光全息图编号〜LLL:九3(见xyz-14.2-22)到〜a3,；九3。如果我们现在结合具有体积为a3(具有最小特征的体积)的单比特信号,会发现可以被记录和小串扰读取的总比特数量是在没有集线器的条件下,总共能记录的可辨认的比特数为：N=NbitshologN=NbitshologXbitsperhologram=(v=LLListhehologramvolume)xyz上式结果和公式14.2-22中在平面波的情况下可以被储存的总比特数量是相同的。这仅仅是全息图数据存储的基本极限~V.；入3是与空间调制方式无关的这个事实的一个表现而已。比如说,单比特平面波或者储存多比特页面信息的全息图。图14-11：一段平面波通过一透明薄片在输出光班上面产生一连续平面波。P30-32光敏基于全息光栅复用器叠加摘要——一个光敏基于两个重叠全息光栅解复用器的结构，提出并首次展示。分路器由两相干光束集得一个全息记录来构造。在拟议的计划，两个不同的渠道，光学信号的耦合通过衍射方法两光栅叠加成一个共同的单模光纤（SMF）。耦合光谱通道通过调整单模光纤的空间位置进行选择。两个连接到相同光纤上的光谱通道之间的波长分离可以通过改变全息光栅形成的角度来控制。关键词汇——解复用器，光敏，叠加全息光栅。一．引言在光通信领域，密集波分复用多路复用（DWDM）系统中已经提出，试图以增加数据容量光波通信，由于多渠道同时维持在现有的通信网络，因此无需额外的光纤。许多技术可用于多路解复用器。自由空间（散装）光栅最近引起广泛注意。这种设备与其他设备如光纤光栅相比，优点是它们不需要任何环形，并增加通道数以及非常低的串扰。值得注意的是，在以波分复用叠加为目的的红外光聚合物全息光栅已经成功报道。高性能多路器和复用器使用这种全息设备将被网络变得更加复杂的DWDM系统所需要。在这段文字中，一个DWDM系统的双波段信号分离器的新方案被提出并实验证实。为解复用的全息光栅已被几个研究小组，包括我们组建议使用。在全息分路器的基础上，感光树脂具有制作简便，高信道容量，低串扰的各种优势。我们的全息光栅，通过两个信号干扰一个参考光束光束在一个光敏进行记录。在弱调制制度下，由于单次散射现象使每个光栅折射波独立。对于单波长，衍射光栅有两个不同方向的入射光。由于入射波波长多渠道，叠加两个全息光栅，然后分成两个组，其中有两个不同波长的传播渠道，可以在同一个方向。因此，该设备可以作为一个双频段分路器并且连接两种波长组成部分纳入相同的输出光纤。建议的结构可能会发现DWDM系统的各种应用。图1。配置的叠加全息光栅。（a）叠加记录方法。（b）布拉格双频衍射条件。对于单波长光波，衍射光栅使其衍射至在两个不同方向.对于入射波的多波长的情况，两个全息光栅叠加，然后分成两个组，其中有两个不同波长的传播渠道，可以在同一方向。因此，该设备可以作为一个双频段分路并提出了相同的输出结构的光栅.拟议的结构可能会发现在密集波分复用系统的各种应用。二．基本配置图1（a）所示的全息信号分离器装置。光栅按顺序将一个的参考光束和两个信号光是复用成两束不同入射角的出射光。在图1（a），。表示的参考光束和信号光束1的角度差。第一光栅的角度不同是由这两个光束干扰形成的，其中的信号光束角度相对于第一信号光束的角度在此处改变了一些.第二个光栅，其中的信号光束角度略有改变从第一个信号4。光束角度，在第一个光栅被记录的位置重叠.通过这种处理，两个光栅都记录在相同的光敏胶片上.注意图1（b）中的两个光栅矢量的方向略微不同。在这个部分，两种不同的波长信道向同一方向衍射，发生双通道衍射。图1（b）阐明了发生同步双通道衍射所需的布喇格条件。在传播方向相同的叠加光栅上有两种不同波长（即波矢不同）的光波入射。实线11和虚线12表示光聚合物平面的法线方向。入射光线的矢量用k1和k2表示。叠加光栅中有两种不同的矢量光栅K1和K2。光聚合物的布喇格光栅的空间分布特点取决于入射光线的波长。因此，每个光栅都会向特定的方向衍射发出一定的信号。由于波长对于光栅衍射的方向影响极大，因此光栅可以用作多路解调器[7],[9]。衍射的角度取决于沿全息图边界限的相位匹配条件，尽管也有一些垂直于边界方向的相位不匹配［图1（b）中的Aki,^kZ］存在。虽然相位不匹配会使衍射效率降低，但是由于光聚合物的厚度（〜38um）相对于全息图的宽度（〜cm）较小，相位不匹配的影响并不大［10］。因此，每个波均可以通过叠加光栅以相同的衍射效率向两个不同的方向衍射。在特定情况下，不同波长的波衍射角度可能一致。这种情况可以通过下面的布喇格条件公式进行解释：公式（1）公式（2）事实上，（1）和（2）是矢量波ki到光栅K1,矢量波k2到光栅K2的布喇格条件。注意，在ki,k2中入射角度（。i）是一样的。。ii和。12分别是光栅矢量Ki和K2的衍射角度，△。是信号光线i和2的入射角度之差。因为光栅矢量Ki垂直于li,所以。ii和。i大小相等。因此,要将两个不同波长的衍射置于同一个输出,它们必须有相同的衍射角度。将这个条件应用于（i）和（2）并取近似值，就可以得到在单模光纤双重叠的波长通道（即△入）和记录的角度差△。之间的关系。公式（3）其中入i和入2是单模光纤中耦合光谱的峰值波长，入r是用来记录全息图的波长，。是第一次写入光栅信号光线i与其参照之间的记录角。从公式（3）中可以看出，当入r一定时，△人是。和△。的复合函数。同时，如果叠加光栅的数量增加到3个及以上，衍射角度相同的波长数也会增加。据此可以制作出多波段多路解调器。三．实验所使用的光敏膜的厚度和大小分别为38um和30Xi00mm,第一个记录的角度。和纪录角度差值△。分别设置为25.0°和0.0040°。该记录激光波长为532nm,检索波长设为i550nm。在此情况下，峰值差别△入为3.0nm,光栅的衍射效率约7%〜8%。通过增加光敏厚度,衍射效率进一步提高。然而,由于信号分离器带宽同光敏厚度成反比,所以信号分离器带宽将减少。为了对耦合进单模光纤的光信号光谱进行精确测量,我们使用掺铒光纤放大器放大光信号。图2显示了解复用过程中叠加的全息光栅的检索设置。使用消色差显微镜的目的是进行外耦合镜头。为了使每个解复用信道的3-dB带宽都大于0.3nm,我们选择了准直和外耦合镜头。全息光栅和外耦合镜头之间的距离设为25cm。在实验中，一个波长为人i的入射光通过叠加光栅被衍射为两个方向。衍射波集中在外耦合镜头焦平面的不同点上,因为每个经过光栅的衍射波都具有不同的衍射角。当不同波长的衍射波沿同一方向传播时,光束可被耦合进同一单模光纤中。图3显示了耦合进同一单模光纤光信号的光谱。不同的指标显示了沿x轴方向的不同点的单模光纤耦合光谱。它们的位置相距i2um。在这种条件下，相邻通道间隔大约是0.6nm。耦合进同一单模光纤的通道间隔为3nm。实验结论与公式（3）相符合。每个通道的串扰大约为-20dB。每个通道的3-dB带宽约为0.35nm。图3连续5时,两个不同的输出波长同时每个输出耦合光纤采用了双波段信号分离器。（输入源;可调谐激光器.沟道间距：0.6nm.__line：第一AMF.—line：第二单模光纤光谱解复用输出........行：第三SMF.line：提出SMF.line：第五单模光纤）图4解复用输出光谱菲埃纤维产量连续五年在两种不同波长的同时再加以每双频段分路器光纤输出时间。（输入源工0-通道分布反馈激光器..信道间隔：i.0nm.__line：第一AMF.line：第二单模.….…行：第三SMF.line：提出SMF.line：第五单模光纤）可以看出，可以看出，光谱特性维持在SMF的不同地点。也可以通过改变角差的控制耦合到SMF的通道间隔。这种控制的方便性是建议计划的优势之一。图4显示了通过双班分路器的光信号解复用频谱,这是用不同的记录方法得到的（从为图3）。在这种情况下价值被设置为0.066.,利用分布式反馈（DFB）激光源范围从i540到1549nm以i纳米为间隔，因为DFB激光器广泛应用于DWDM系统。为耦合的不同频率分别为0,20,40,60和80um选择沿x方向的SMF的空间位置。从图4可以看出，两个渠道的5nm的差异事件源耦合到同一SMF.这信道间隔也与（3）有良好的协议。注意到，拟议双频信号分离器的光谱特性和传统的信号分离器的不同。拟议的设备被设计为多路不同波长为了让他们耦合到分离的smf中以及在同一时间同一根光纤耦合进两不同波长的光，通过叠加下面的例子：在smf前插入一个空间光调制器，根据编码模式可用于需要频谱编码的一个应用程序［11使用］就有可能选择一个特定的波长集。在一些其他编码方法上它将有兴趣进行设备的进一步研究。此外，运用［12］这个双频光栅这些多重波长可以转嫁光纤与光纤，它可以用来实现循环波长编码器［13］。因此，这种多波长信号分离器可以修改，作为可调编码器，这将对各种系统有益。结论首先就我们所知，我们已经建议和编造一个双频段分路基础上的光敏聚合物的叠加全息光栅。建议双频分路器设计和分析可以利用光敏全息图布拉格条件。双频段分路器可以很容易地制造的光敏全息的方法。以叠加两个以上的光栅，必要时增加较厚的聚合物衍射效率。使用这种方法，我们可以期待建立一个任意频段分路器，可用于光学编码方案的各种应用，这非常有用。PartIIIP33-41第三部分光通信光接入网络和组成（综述）摘要：高速增长的通信传输让商业和个人客户的需求增长，同时也对电信网络产生了巨大的压力。由于长距离超大型网络的发展迅猛，他们的容量要求超额，对提供客户全球通信基础施舍的局域网产生极大压力。创造一个宽带网络能实现大容量传输，这是现在网络工作者的主要任务。一个关于宽带网络的简介描述，可以得出以下结论：对于“最后一个英里”的问题，只有有线光网络能作为一个迅速的未来解决方法。在讨论光接入网络的分类后，我们把焦点集中在Pon网络上，因为Pon是一个现代的主要科技，从网络这个观点来看，我们主要研究Pon操作的原理，建设，拓扑，协议和标准，设计要点和网络操控及服务。我们也研究Pon的主要问题和WDM技术的应用。从硬件来看，我们研究有源和无源组成。我们分析这些组成的结构和元素，包括它们的科学特性。关键词：光通信，宽带网络，无源光网络。一、宽带接入网高速增长的通信传输让商业和个人客户的需求增长，同时也对电信网络产生了巨大的压力。由于长距离超大型网络的发展迅猛，他们的容量要求超额，对提供客户全球通信基础施舍的局域网产生极大压力。创造一个宽带网络能实现大容量传输，这是现在网络工作者的主要任务。我们把接入网定义为：在一个用户居住处，从设备到最近的交换设备之间的联络，例如，电话公司的中央办公室（CO）,CATV的HE，ATM或以太网的交换机，或者任何其他能连接全球电信网的接口。一个接入网是连接用户站到提供者站点的任何网络。传统接入网的一个好例子是：电信连接个人电话到中央办公室的双绞线网络。“宽带”这个名词现在被应用的网络或个人传输连接中，提供高速传输。问题是，：“高速”是什么意思？对于一个传输4khz声音信号的传统电话线来说，工作在600kbit/s的DSL调制器就是一个宽带连接。宽带接入网可以分成两类：有线和无线。有线网络，利用现存的，DSL可以广泛部署的设备，比如电话线。另一个的铜线连接是电线，这个应用还在研究发展阶段，有线电视的混合同轴光纤网络也属这个范畴，有线调制解调器技术在美国能和DSL相竞争。光接入网络用光纤个光电子器件传输电信通信，它属于有线网络这个范畴。有线网络现在依靠三种不同的科技，有电磁场谱线的区别分类。第一种也是最成熟的科技使用无线电通讯频率和微波带宽。第二种无线接口依靠最新的成果，使用谱线的太赫兹，这个技术在研究开发阶段。第三种无线技术是自由空间光连接。宽带接入网的需求是巨大的，需要继续法杖更多在线应用和服务，但是，在美国只有20%的家庭拥有宽带连接，主要使用有线调制解调器和DSL的形式。业界公认，在这个阶段只有有线光网络能作为一个快速的，未来的方案解决“最后一英里”的问题。但是光接入网络必须从零开始建造，在美国少于10%的商业建造中连接上CO,HE或通过光纤的其他接口。因此，有线光纤接口网必须克服很多问题，从安装外部设备开始,成为电信世界中的主要应用技术。二、光纤接入网的分类从一个供应商的观点来看,所有的用户可以分成两类：（1）大公司,其能支持建设大型光纤网络,而且能把它们接入全球网络中。（2）中小型商业和居民用户,需求高速度但是低价格的通过电信世界的连接,研究第二种分类的好处是这篇论文的目的。光接入网络包含四个不同的种类：有线无源，有线有缘，混合光纤电缆（HFC），自由空间（无线）光纤网络。在前十年中，HFC网络被安装来传输有线电视到居民。这些网络会被宰后十年重新安装，用有线调制解调器技术在后十年重新安装。自由空间光接入仍在宽带发展的初级阶段,尽管服务的广告做的很多。有线光纤网络正在发展而且必须部署成两个主要版本：无源光网络（PON）和有缘光网络。这个网络也可以被称为FTTx，x代表了家，办公室和其他地方。需要强调的是，FTTx网络没有标准的定义，因此，一些术语代表不同的意思。例如，FTTP网络被普遍认为是FTTcPON伪建筑，用常规绞线的DSL调制解调器实行最后一个“下降”。PON建筑显示了有缘部分分为组成只是在光线终端和光纤网络终端。OLT和DNT在网络连接的终点。OSP也称光纤部分网络（OND）是无源的，因此得名》（参见图1,2,3）一个有源光纤网络不需要有这种限制，因此分布有源智能组成了从CO或HE到用户房屋的通道。这些有源装置放置在分布网络的边缘,也就是说,靠近用户的房屋,这是为了提供传输不同服务。和达到需求特色的很大灵活性。在任何情况下,光纤接入网络现在在美国和其他发达国家的部署过程中。这篇论文集中在无源光纤网（PON）因为PON是一个主要的商业技术。我们省略讨论涉及光纤通信技术,这种讨论在很多书都有。三、无源光纤网结构PON的基本结构是相对来说简单的：光纤线路终端（OLT）通过光纤传输光信号。使用ONT（也可称为ONG），光信号可以被转换成电子格式。值得注意的是设计ONT可以贮藏成属于个人用户的单元。同时ONG代表了能服务很多用户的有源组成。这些器件的输出提供了电信号变成用户入户设备（CPE）。有源光电设备放置在发（OLT）和接（ONU）的端点，然而光纤分布网络只包含无缘组成。PON物理代表不需要场维持，因此操作费用是很小的。OLT放置CO和HE,外部传输是由PSTN,因特网，CATV,WAN和MAN运送的。入口的传输时由当地传输运送进入家或者办公室。所有在OLT和ONU的智能设备能用PON设置。PON结构和操作的主要介绍见参考书（参考图1，2，3）基本PON结构的参作原理需要共享的最大用户教的网络设备，能吧安装和维修费用分开来。还有，PON的开放结构根据需要允许添加新的用户。事实上，PON部署有几种变量：他们从FTTH到FTTB到FTTC再到FTT（ab模型）。（参见图1）在FTTH情况下，ONT直接安装到用户家中，因此光纤几乎连接到用户的办公桌上。在FTT（ab）情况下，光纤在远终端（ONU）处结束，因此通过DSL技术运用双绞线传输到用户，其他情况根据从ONU到用户的双绞线长度而变化，在这个发展阶段，没有允许操作者消除使用双绞线的实际方法，但是，由于通过铜线传输距离非常短，DSL系统的高速版本，也叫VDSL，可以提供覆盖所有用户的带宽。无源PON是广播网络，它必须形成一个非循环拓扑结构来避免反馈，例如树形，线形，星型。现在大多数应用物理PON拓扑结构是树形。此外，简单星型.分层星型和线性拓扑也用在PON中。（图1共线PON结构变量）问题PON系统的部署遇到了几个问题。最主要的困难是经济适用性；但是我们主要集中在技术问题上。生命线服务和能量供应一个PON部署的关键问题是生命线服务，就像拨号电话那样。这个问题归结于提供电力。由于光纤是绝缘体，通过它不能传递电力。因此ONU必须独立于PON在用户家里被提供电力。如果用户用用传统的电力，断电就会使他失去电信联系。由于PON必须传输声音和提供24/7,所以这个情形十分严格。可能的解决方法有：储藏直流发电机，太阳能电池或传统电池。但是，对居民来说，这可能有问题，因为很少用户会希望在家里或公寓里保存一个额外电池。这个问题是公司决定选择FTTP的主要困难。在这个情况下，通过电缆，电力传输从CO到办公室。然后从办公室到CPE，通过双绞线传输。因此用户不需要担心独立电源的问题。生存性生命线服务的需要时PON生存性问题的一部分。因为PON无源，在外部光纤设备中没有有源保护和存储机制。唯一可以用来控制和保护操作的站点时OCT和ONU。幸运的是，这个问题有一些解决方法。一是让网络不受保护。这个方法基于个人用户传输不严格和用户可以等待直到线路用技术存储起来这样的假设。毕竟，这就是传统电话线的维修方法。在APON网络中此方法可行。但是当用户需要高可靠性时，PON保护必须要提供。基于PON几种保护方式，在ITU-T中可以用两种。第一种复制OLT，主要区别是反馈光纤，第二种复制从OLT到ONT的整个网络。第一种只保护大部分共享设备，第二种保护整个光网络。但两种机制都有反馈：第一种未保护没有覆盖个人ONT。第二种增加用户花费，但是这个方法提供了50ms存储时间的1：1保护。此外，由于这种模式包括两种信道，它允许传输优先，高优先的输送占据主要通道，低优先的从次级通道传输。尽管有这些高端成果，但是生存性期待它的最终解决方案。物理层综述现在PON网络有四种基本类型：APON,BPON,GPON和EPON。这些网络的主要特点在表1可见。尽管不同类型PON有不同波长带，事实传输发生在1490nm的上升方向和1310nm的下降方向（声音和数据），以及1550nm（影片服务）。协议PON协议管理传输就像其他类型网络协议一样。我们需要他们支持和控制传输、提供需要的参数（列如带宽和QoS）。从一个协议来说，所有PON可以分成两组：一个事基于ATM的，包括APON、BPON、和GPON，另一个是基于以太网的，包括EPON。基于ATM的PON和给予以太网的PON：概论基于ATM的可以把它的发展归因于FSAN的萌芽，FSAN集团是21个世界领先电信公司，包括运行公司和设备公司。通过ITU-T，FSAN提供YPON的结构、设备和传输要求。FSAN发展了PON的三个版本：APON、BPON、GPON。APON是使用ATM使PON传输声音和数据的，BPON代表了原始网络加入了传输容量和额外服务。GPON能使传输速率在12Gbit/s.所有这些基于ATM都有ITU-T标准支持。当PON发展开始的时候，这个额外的方法，通过OLT译码数据在APON内完成。DES被用作这个目的。但是BPON产生了另外一种安全性操作：在OLT数据交换和ONU的数据重排的重置功能。系统提供了在OLT和OUT之间的交换，简单言之，也用基于DES的译码。另外这种译码形式AES在EPON的使用中可以考虑。ATM开始在数据网络中成为普遍技术。但是近年来以太网成为全球接受的数据通信标准，从LAN到MAN甚至WAN都有应用。看起来应用以太网接入网络非常合理，因此，覆盖了数据通信的所有领域。这就是为什么制造部建立另一个PON：EPON的原因。（图2在PON传输中的波长的应用：1）基本2）扩充）基于ATM的PON基于ATM的PON是用ATM作为持有者协议书的网络。传输下行是用PLOAM的155.52或622.08Mbit/s的两个元素的持续ATM流。下行元素可用于所有的ONT，每个ONT提取应用到其中的元素，抛开其他的。（图3用对称的155Mbit/s速率传输的ATM-PON上行，下行框架的例子）传输框架和MAC协议在上行方向，基本框架包含了53个APON包裹，也叫时隙，每个有56bytes长。每个时隙包含53个ATMbytes和3个系统开销，悬空的3bytes用来重新同步消耗，在OLT接收器中相位锁定，它也用过临近时隙的保护时间。对于上行传输，APON提供了一个DMA机制，通过这种方法，每个ONU在一个特定时间发送数据回到OTL。TDMA通过一个请求允许机制实现。对于每个在ONU传输等待的ATM单元，带宽请求发送到OLT。OLT允许ONU即ATM单元授权即时传输。这个允许基于网络未用带宽和特殊ONU长度。因此，每个ATM上行单元有传输安排时间，这就是为什么在3.3中距离变化可以用来均衡延迟。MBS方法发送请求；每个PLOAM发送26个请求。表2总结了这个讨论：PON型服务需求->目标操作传输框架协议如何传APON：声音和数共用媒体->防止ONT请求->OLT下行：54ATM单下行：在PLOAM据要求的影片碰撞，最优化网允许->ONT授权元+2PLOM单元中传送允许BPON：^，数据影片GPON：声音和数据（ATM）声音/影片/数据UPN络表现传送A-PON的特殊时间->安排时间->距离变化->56个单元上行：APON：ATM单元+3byte系统开销->56byte中的53APON包括1MBS时隙上行：用MBS传送请求EPON：m部分参见3.5.43.5.2GPONGPON是最近FSAN提升PON在1Gbit/s以上比特率操作的结果。GPON用来满足以下要求:1）支持所有服务，包括声音，以太ATM，电线，影片的所有版本。2）支持最小20km的传输。3）支持同一协议书的不同比特率。目标比特率包括155/622Mbit/s,1.25Gbit/s,2.5Gbit/s下行和1.25Gbit/s上行。4）提供强OAM特性，例如终端对终端服务控制。5）提供下行传输的安全性，不管PON传输的多传输本质。6）GPON基于GSR，是先进服务提供商的一系列要求。GPON有新的ITU-I标准支持,包括GSR；ITU-T和IEEE是这个工作的延续。在现发展阶段，GPON使数据包在Gbit/s比特率的有效传输有了QoS保障。GPON也使用GEM方法。3.5.3安全性（机密性）由于PON是传输系统，OLT传输所有通道到每个ONU，所以必须提供安全性，除了用MAC协议选择合适的框架以外。3.6EPONEPON和ATM-PON，包括OLT、ONU和DDN。EPON被定义为用光纤和分接口实施的P2MP拓扑。这里，OLT是一个典型的以太网交换或