光纤通信中的无源器件和子系统.ppt

1、光纤通信中的无源器件和子系统,万助军华中科技大学南五楼309室,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,2,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,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,3,传输系统中的光器件,光纤,掺铒光纤放大器（EDFA）,复用/解复用器,半导体激光器,光探测器,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,4,EDFA中的光器件,光隔离器,泵浦WDM,动态增益均衡器,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,5,全光网络中的子系统,ROADM

2、可重构光分插复用器,复用/解复用器,集成光学（PLC）分路器,OXC 光路由器,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,6,ROADM节点中的光器件,光开关,光纤耦合器,可调光衰减器（VOA）,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,7,光无源器件和子系统,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,8,光有源器件和无源器件,光有源器件: 存在光电、电光或者光光转换 电 光转换：半导体激光器 光 电转换：光探测器 光 光转换：掺铒光纤放大器，波长转换器 光无源器件: 不存在光电、电光或者光光转换 光开关、POADM、VOA、可调滤波

3、器等：需要电子控制，但是不存在光电、电光或者光光转换，属于光无源器件,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,9,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,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,10,偏振相关型光隔离器,Malus Law,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,11,偏振无关型光隔离器,位移晶体,位移晶体型,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,12,偏振无关型光隔离器,渥拉斯顿棱镜,渥拉斯顿棱镜的变型,楔角片型,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-

4、HUST,13,位移晶体型与楔角片型的对比,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,14,光环形器的外观,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,15,实用光环行器的工作原理,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,16,实用光环行器的改进方法,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,17,偏振光合束器的改进方法,缩小尺寸,降低成本,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,18,无处不在的光纤准直器?,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,19,光纤准直器的装配

5、工艺,预装配,反射式装配工艺,透射式装配工艺,理论与工程实践完美吻合,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,20,光隔离器的工程实现,隔离器芯结构1,隔离器芯结构2,装配步骤1,装配步骤2,由三部分之间的对准简化为两部分之间的对准,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,21,光环行器的工程实现,典型的三部分之间互调,光环行器芯,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,22,WDM器件的反射端口装配工艺,预装配- 根据空气隙的干涉条纹来判断贴装平整度,光学对准：,保护结构 自聚焦透镜与金属管之间不接触，以免破坏已对准的光路,2

6、020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,23,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以桥式悬空保护,小金属管 尾纤为250um外径的裸光纤,大金属管 尾纤由900um外径的套管保护,ABS封装盒 尾纤由外径2-3mm的皮线保护,光纤耦合器外封装照片,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,24,光波导结构,铌酸锂,磷化铟,绝缘体上硅,聚合物,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,25,光波导制作工艺,硅基二氧化硅(SiO2/Si)光波导工艺,玻璃光波导工艺,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUS

7、T,26,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,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,27,全光网络中的动态光器件,WSS 波长选择开关，进行波长粒度的光交换 WC 波长转换器，减少波长阻塞 TODC 可调光学色散补偿器，进行波长粒度的动态色散补偿 OPM 光性能监控模块，用于全光网络的管理 TOF 可调光学滤波器，是OPM中的关键器件,OXC节点,ROADM节点,全光网络中需要什么器件？,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,28,什么是WSS？,WSS,波长色散分离元件,空间光调制器,反射式闪耀光栅,透射式相位光栅,阵

8、列波导光栅,液晶阵列,LCOS（硅基液晶）芯片,MEMS微镜阵列,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,29,基于液晶技术的WSS,Coadna,液晶,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，控制线偏振光的偏振方向，以o光或者e光通过时，折射率分别为no或者ne，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。,透射式结构,反射式结构,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,30,基于液晶技术的WSS,Coadna,闪

9、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2f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。,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,31,基于液晶技术的WSS,Coadna,空间光调制器的芯片，不能通过PCB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定位。 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1mm间隙，调试完成之后，塞入玻璃板，以胶水固定。,作为输入/输出端口的光纤准直器

10、是逐个调试的，以楔形玻璃板逐个固定。,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,32,基于LCOS芯片的WSS,Engana Pty Finisar,每个光束入射在LCOS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（即反射光的方向），其功能与扭镜相似。,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,33,基于LCOS芯片的WSS,Engana Pty Finisar,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,34,基于MEMS微镜阵列的WSS,Bell Laboratories

11、,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,35,基于MEMS技术的WSS解决方案,HUST & SIMIT,原理图之俯视图,原理图之侧视图,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,36,基于MEMS技术的WSS解决方案,HUST & SIMIT,MEMS微镜阵列,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,37,基于MEMS技术的WSS解决方案,HUST & SIMIT,光路图,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,38,基于MEMS技术的WSS解决方案,HUST & SIMIT,封装平台,2020/9/7,by Z.J.Wan, NGIA-HUST,39,基于MEMS技术的WSS解决方案,HUST & SIMIT,2020/9/7,by Z.J.Wan