波分复用元件课件

波分複用元件一、AbsorptioninOpticalFibers二、UtilizingtheFiberBandwidth2025-5-23Opticalfibercommunications二、UtilizingtheFiberBandwidthTDM:在時域對資訊進行快速轉換。通道：channels。WDM:在頻域將不同波長的通道結合起來通道間間隔越大越容易設計建設。2025-5-23Opticalfibercommunications二、1、在實際光纖通信中色散和非線性效應限制光纖的帶寬的應用。a)SMF有材料色散和波導色散b)MMF有橫式色散c)有色散位移光纖和色散平坦光纖，非線性傳播應d)在高容量的光纖中需要對色散進行控制2、WDM可以比TDM更充分地利用光纖帶寬。a)WDM對非線性效應（FWM&XPM）更敏感（TDM）但是可以以應付b)WDM並設有充分地裏利用帶寬。技術上要求在不同的通道間要加保護帶（guardlands）2025-5-23Opticalfibercommunications2025-5-23Opticalfibercommunicationsa)Lowinsertionlossb)Lowpolarizationdependence(waveguidedeviceshavehighPDL)c)Lowtemperaturedependenceofcenterfrequencyandfiltershaped)Flatpassbande)Goodcrosstalkf)LowcostOpticalfilters,multiplexers,andswitchesshouldhave:2025-5-23Opticalfibercommunications一、F-P(Fabry-Pery)腔型光濾波器：解複用A:工作原理多光束干涉有頻率選擇物性當r1r2反射率較高時必須考慮每光束干涉2025-5-23Opticalfibercommunications每一束透射波比前一束在相徑上延遲Φ＝k2l=4πnl/λ0=4πnlf/c而振幅減小須乘以因數r1r2

。令則：2025-5-23Opticalfibercommunications透射光的複振幅為歌詞透射光的疊加若：r1=r2=rt1=t2=t(振幅)功率：R=r2,T=t2

無損耗情況下R＋T＝12025-5-23Opticalfibercommunications

輸出光強：K為常數：為入射光波的光強B)F—P腔的功率傳輸係數(FabryPerotTransferFuction)2025-5-23OpticalfibercommunicationsWhere

諧振頻率：q=1,2,3,……

諧振波長：傳輸係數的最大值：2025-5-23OpticalfibercommunicationsF-P腔光濾波器很適應做FDM／WDM係數的解複用器。將F-P腔諧振調到和所選擇的通道頻率重合即可從組合的眾多通道中選出該通道。

IT和IR雖然都與R有關,但極大值和極小值的位置僅由L決定，IT的極大值在

＝2kx的地方，極小值在

＝（2k＋1）的地方，IR的極大值和極小值位置剛好對調。

R對強度分佈的影響

隨著R的增大，IT的極大的鋭度越來越大，R的增大意味著無窮系列中後面光束的作用越來越不可忽略，從而參加到干涉效應裏來的光束數目越來越多，其後果時使干涉條紋的鋭度越來越大，這一特徵是多光束干涉的普遍規律。在光柵衍射中可以看到。

2025-5-23OpticalfibercommunicationsB.3db帶寬f：表徵F－P腔諧振曲線的鋭度。傳輸係數降為最大值一半時所對應的頻帶寬度

三F－P腔光濾波器的特性參數

A.自由譜線（Free-Spectral-Range)

相鄰兩諧振頻率間的間距由於F－P的多諧性。使用時輸入光波的譜寬不能大於這一頻率範圍，以免造成混淆。2025-5-23Opticalfibercommunications無損耗情況下FR越大精細度越高F－P腔可支持的反用通道數N＝F/6.4D.峰值傳輸功率peakedpassband

在無損耗的情況下。不管R為何值

max＝1。即諧振頻率上的光完全透過。有損耗L＋R＋T＝1

精細度F～

／（L+T）R越大F越小，干涉條紋變鋭（參於干涉的光束越多）C.精細度越大：自由譜線FSR於3db帶寬F之比2025-5-23Opticalfibercommunications

峰值傳輸係數作為FDM／WDM光纖通信系統的解複用器。對F-P腔的要求：1。自由譜域必須大於多通道複用信號的頻道寬度（以免使信號重疊。造成混亂））通道越多通道間隔越寬，要求F－P腔的FSR也越寬。2025-5-23Opticalfibercommunications

2。為了在一個自由譜內容納更多的通道，要求通道間距小，特別是在FDM光纖通信系統中，通道間距小與1Nm。甚至為幾個GHZ這就要求F-P腔有較窄的帶寬⊿F。

三.級聯F-P腔濾波器將多個F-P腔串聯使用。2025-5-23Opticalfibercommunications四.光纖F-P性光濾波器page196

2025-5-23OpticalfibercommunicationsF-P腔的選頻位相差

以准單色平行光入射時i=

由於多光束干涉，使得在很寬的光譜範圍內只有某些特定的波長附近出現極大T=0時

相鄰極強的頻率是等間隔的，間隔為每條譜線

k

或

k稱為一個縱模

F-P腔對輸入的非單色光起挑選波長，壓縮線寬，從而提高單色性的作用。2025-5-23Opticalfibercommunications

光濾波器分振幅法產生雙光束干涉TwoDirectionalCouplers:DC1DC2分光比1：1耦合距離L遠小於二耦和器之間的距離，（L1,L2)

L=L1-L2Input(1)(2)Output(3)(4)

若有(1)端（or)輸入頻率為f1,f2的混合信號，當L取得合適時可將這兩個頻率的光信號分開，使各從（3）（4）端輸出。七.MachZehnderInterferometers2025-5-23OpticalfibercommunicationsA.原理：雙光束干涉

(1)>(3)(L1)(1)>(4)(L1)(1)>(3)(L2)(1)>(4)(L2)f1加強f2相消f1相消f2加強B.(1)-(3),(1)-(4)的功率傳輸係數13和

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定向耦合器的傳輸矩陣

設(1)端輸入信號的電場強度為E1(3)(4)端輸出信號的電場強度為E3,E42025-5-23Opticalfibercommunications2025-5-23Opticalfibercommunications

設(1)端輸入功率為P1,(3)(4)端輸出功率為P2,P3

2025-5-23OpticalfibercommunicationsC.M-Z干涉儀的頻率回應2025-5-23OpticalfibercommunicationsM-Z光濾波器只能分開兩個不同頻率的光信號，對多通道的FDM/WDM光纖通信系統須增加M-Z光濾波器的組數M-Z元件是可逆的，如反轉使用也是複用器，可不同頻率的光信號合成。2025-5-23OpticalfibercommunicationsA原理：多光束干涉＋單縫衍射狹縫衍射光柵有N個寬為a，間隔為d的狹縫構成，d：光柵常數八.DrffractionGratings

2025-5-23Opticalfibercommunications

主極強：主極強的位置於縫數N無關，但他們的寬度隨N減小。相鄰主極強有N-1條暗紋。相鄰主極強有N-2條次極強。P點光強2025-5-23Opticalfibercommunications2025-5-23Opticalfibercommunications

角色散本領只說明不同波長出射角分離的程度，還未能說明能否被分辨。B.分辨本領

1.角色散本領：單位波長間隔的散開角度2025-5-23Opticalfibercommunications

光柵的刻槽數N越多，光譜級次K越高，光柵的分辨本領越強，為了減少波分複用系統的鄰道干涉光柵的

min必須遠大於相鄰通道的波長間隔。C.BlazedGratings2。角分辨本領:在波長

附近，光柵可辨別的最小波長間隔。2025-5-23Opticalfibercommunications1.採用第一種照明方式:沿槽面法線n方向入射

1級閃耀波長2dsin

=

1b2級閃耀波長2dsin

=

2b通過閃耀角

的設計,使光柵適用於某一特定波段的等級光譜上2.第二種照明方式:沿光柵平面法線N入射Problem1:Gratingdemultiplexer用閃耀光柵設計一WDM的解複用元件名,中心波長在1.55um(見圖），假定入射角度為0。閃耀角（中心波長）為600。2025-5-23Opticalfibercommunicationsa)光柵的週期d為多少（提示：可能不止一個正確答案，最好寫出所有可能的的正確答案）。b)光柵的尺寸為多少，c)你能否設計一個更小的解複用器，改變那些參數來減小光柵的尺寸（若相鄰通道間隔為0。8nm)a)d(sin

I-sin

d)=k

b)Fornormalincident

i=0