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1、实验二耦合器的测试实验目的1.了解耦合器的特性及其简单应用。2.掌握耦合器的测试方法和基本测暈仪器的使用o实验原理熔融拉锥型全光纤耦合器(Coupler)是光纤通信系统屮重要的基本器件，可以用作各种比例的功率分路(Splitter)/合路(Combiner)器；波分复用器(WDM)；光纤激光器的全反镜；非线性光环镜(NOLM)；无源光纤环；Mach-Zehnder光纤滤波器等；在传感领域可利用其作成Mach-Zehnder,Michelson,Sagnac,Fabry-Perot光纤干涉型和光纤坏形腔干涉型光纤传感器；此外还是光纤陀螺仪和光纤水听器及多种光学测量仪器的关
2、键部件。li前比较先进的熔融拉锥设备不仅能制作各种分光比的标准耦合器，而且可以制作宽带单窗口/双窗口耦合器，偏振无关耦合器(PolarizationIndependentCouplers),保偏耦合器(polarization-MaintainingCoupler),多模耦合器，偏振分束器(PBS),粗波分复用器(CWDM),泵浦耦合器包扌舌EDFA用980/1550,980/1590,980/1480；光纤拉曼放大器用的14XX泵浦合波器；还可以制作OADM型和中继型组合功能器件，级联单锥式增益平坦滤波器(GFF),全光纤非平衡Mach-Zehnder干涉仪型Inte
3、rleaver,全光纤平顶傅立叶滤波型Interleaver(Flat-topFourierFilter(F3T)Interleaver),此外亦可制作光固定衰减器。图1可用来定性的表示熔融拉锥光纤耦合器的工作原理。入射光功率在双锥体结构的耦合区发生功率再分配,-部分光功率从“直通臂”继续传输，另一部分则由“耦合臂”传到(背散射臂)另一光路。Ii(输入臂)图8・1单模光纤耦合器瞬衰场耦合示意图(直通臂)(耦合臂)在弱导和弱耦近似下，忽略口耦合效应，并假设光纤是无吸收损耗的，则在耦合区有模式耦合方程组：巴©)=训4(2)+©2小)匚牛(8.1)］爲;=叽A(z)+iC^
4、A}(z)式中，4(z),/(z)是两根光纤的模场振幅；件,02是两根光纤在孤立状态的纵向模传播常数；q(i,j=i,2)是耦合系数。实际中近似有cI2=c21,可以求得上述方程组的解为：其中尸=1+此牟E4C2耦合系数£2+/F(C、—Z+iFIf,/i(z)=M(O)COSA2(z)=?l2(0)codJ](0)sin一z%2(0)sin一z-1/2C=(2△严C/2K(f(“d/p)-pgKf(")exp(妙)exp(邁)(8.2)(8.3)(8.4)其中p是光纤半径，d是两光纤中心的距离，U是纤芯横向传播常数，0是包层横向衰减常数，7是孤立光纤的归一化频率，K
5、(),K］是零阶和一阶修正第二类Bessel函数。这里，已假定光功率由一根光纤注入，初始条件为占(0)=1上(0)=0显然，当两根光纤相同时，有0
6、=炖，则F=l，上式就蜕变为标准熔融拉锥型单模光纤耦合器的功率变换关系式片(Z)=Mi(z)
7、2=1-F?sin2—Z丿(8.5)巴(2)=A2(z)2=F2sin2yz耦合器是光通信技术中一种重要的光无源器件，简言之，Coupler就是一类能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区发生耦合，并进行再分配的器件。主要应用于光纤通信系统、光接入网、光纤CATV系统，无源光网络(PON),光纤传感技术等领域。耦合器的常用参数有插入
8、损耗、附加损耗、分光比、偏振相关损耗和方向性等，下面给出具体描述：A插入损耗(IL)插入损耗定义为指定输出端】I的光功率相对输入光功率的减少值。仏二―101g譽⑷)B附加损耗(EL)附加损耗是指所有输出端口光功率总和相对于全部输入光功率的减小值。a=_10igZ^LPin伽)附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程中带来的固有损耗；而插入损耗则表示各个输出端口的输出功率状况，不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光比的影响，实验中务必是学生搞清楚这一点。C分光比(CR)分光比是耦合器所特有的技术术语，它定义为耦合器各输出端口输出功率占总输出功率的分额，一般用
9、百分比来表示。CR=芒“X100%〉ToutD偏振相关损耗(PDL)伽）是衡量器件性能对于传输光信号偏振态敏感程度的参量，有称偏振灵敏度。它是指当传输光信号的偏振态发生2Ji变化吋，器件的各个输出端口输出光功率的最大变化量。PZU=—101g在实际应用中，光信号偏振态的变化是经常发生的，因此，往往要求器件有足够小的偏振相关损耗，否则将直接影响器件的使用效果。E方向性（DL）和回损（RL）方向性也是耦合器的一个重要技术指标，它是衡量器件定向传输特性的参数。D厶=_101g肚⑷）P【N实验步骤：A.耦合器插损、附加损耗、分光比的测量（插入法
