光纤无源及有源器件1

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1、第六章光纤无源及有源器件光器件:光通信网络的基础2光无源器件定义:不需要外加能源驱动工作的光电子器件光纤连接器(固定、活动,FC/PC,FC/APC)光纤定向耦合器/分支器光分插复用器(OADM)光波分/密集波分复用器(WDM/DWDM)光衰减器(固定、连续)光滤波器(带通、带阻)光纤隔离器与环行器(偏振有关、无关)光偏振态控制器、光纤延迟线、光纤光栅3光有源器件定义:需要外加能源驱动工作的光电子器件半导体光源(LD,LED,DFB,QW,SQW,VCSEL)半导体光探测器(PD,PIN,APD)光纤激光器(OFL:单波长、多波长)光放大器(

2、SOA,EDFA)光波长转换器(XGM,XPM,FWM)光调制器(EA)光开关/路由器4光器件与电器件的类比5光器件的应用多波长光源DWDM光调制器光隔离器光耦合器光波长转换光放大DWDM光色散补偿光隔离器光环行器光波长转换OADMDWDM光隔离器光环行器光开关可调谐滤波DWDMOXC光耦合器光调制解调6§6.1自聚焦透镜球透镜与自聚焦透镜1、均匀折射率分布材料2、依靠弯曲的光学界面实现光学成像3、通过非球面来克服像差,提高成像质量1、渐变折射率分布材料2、依靠光线轨迹的弯曲实现光学成像3、通过优化折射率分布,提高成像质量8自聚焦透镜应用:无

3、源器件的耦合系统、复印机、传真机、计算机光盘系统、摄影物镜、显微物镜、医用内窥镜等方面。9自聚焦透镜的基本特征平方率折射率分布光线轨迹为cos或sin曲线从一点发出的不同角度的光线将会聚于另一点,形成“自聚焦”具有独到特点:体积小、平端面超短焦距组合透镜成像特性可以弯曲成像10直角坐标系中的射线方程111213光线的传播轨迹14透镜传输矩阵qdsdxdydz15近轴子午光线近似16透镜传输矩阵17矩阵光学符号公约(1)原点:顶点、主点或焦点(2)线段:以原点为基点,顺光线传播方向为正,反之为负;(3)角度:以光轴或端面法线为基轴,从基轴向光线

4、转动,顺时针为负,逆时针为正;(4)标记:在成象图中出现的几何量(长度和角度)均取绝对值,正量直接标注,负量冠以“-"号之后标注。18透镜成像矩阵19总成像矩阵利用透镜传输矩阵S进行简化:20GRIN透镜的成像(I)21GRIN透镜的成像(II)22GRIN透镜的成像(III)23GRIN透镜的成像(III)24GRIN透镜的成像(IV)25GRIN透镜的成像(V)26透镜成像性质170129页表6.227GRIN透镜的应用:准直-聚焦280.25Plens:onaxis290.25Plens:offaxis双光纤准直器,波分复用器件30GR

5、IN透镜的应用:光源耦合310.23Plens:anglecompress320.29Plens:faculacompress33自聚焦透镜的重要特性重要性能参数:焦距:f=-1/[n0A1/2sin(A1/2L)]聚焦参数:A=2D/a2数值孔径:NA=n0(2D)1/2节距:P=2p/A1/2成像特性:与透镜长度有关:1/4节距透镜1/2节距透镜0.23节距透镜0.29节距透镜34GRIN透镜的应用:准直-聚焦350.25Plens:onaxis单光纤准直器,光无源器件360.25Plens:offaxis双光纤准直器,波分复用器件37G

6、RIN透镜的应用:光源耦合380.23Plens:anglecompress390.29Plens:faculacompress40自聚焦透镜的重要特性重要性能参数:焦距:f=-1/[n0A1/2sin(A1/2L)]聚焦参数:A=2D/a2数值孔径:NA=n0(2D)1/2节距:P=2p/A1/2成像特性:与透镜长度有关:1/4节距透镜1/2节距透镜0.23节距透镜0.29节距透镜41§6.2光纤定向耦合器§6.2.1耦合器的基本知识43耦合器的分类44§6.2.2耦合器的工作原理两光纤的纤芯很接近时,光场导致介质极化,模场互相渗透,发生耦

7、合45平行光纤之间的耦合耦合波方程组:dR/dz-jdR=-jKS;dS/dz+jdS=-jKRAm=Rexp(-jdz);An=Sexp(jdz)失谐系数:d=(bn-bm)/2耦合系数:K46耦合波方程组的解边界条件:R(0)=1,S(0)=047两参数相同光纤的耦合d=0,R2(z)=cos2(Kz)S2(z)=sin2(Kz)耦合长度:Lc=p/2K耦合系数:2a2adn2n1n2n1n2可以通过控制平行光纤的长度以及两光纤间距来控制耦合比48耦合长度耦合长度定义为对于确定波长的光信号功率从一根光纤100%耦合进入另一根光纤的最小长度

8、。光信号功率耦合的强弱以及耦合长度取决于两光纤纤芯的间距,间距越大耦合耦合长度就越长。耦合长度与传输的波长也紧密相关!不同波长的光具有不同的耦合长度。耦合长度的波长

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