第三章-光波導耦合器說課講解

1、第三章 光波導(b do)耦合器教師(jiosh)：宋軍第一頁，共40頁。光功分器第二頁，共40頁。思考(sko)：空間光學如何實現(xiàn)光的分束預思考：我們預思考：我們(w men)學過的知識里哪用過分束器？學過的知識里哪用過分束器？什么什么(shn me)原理？原理？第三頁，共40頁。思考(sko)：集成光電子技術(shù)里可以用于功分器的原理 Y分支分支星型耦合星型耦合多模干涉多模干涉定向耦合定向耦合第四頁，共40頁。思考(sko)：如何將光纖中的光耦合入波導？第五頁，共40頁。球透鏡球透鏡(tujng)耦合結(jié)構(gòu)耦合結(jié)構(gòu) 自聚焦透鏡自聚焦透鏡(tujng)耦合耦合第六頁，共40頁。思考(sko)：能量

2、耦合的初略計算E1高斯高斯(o s)光光高斯光耦合進入單模平板波導后怎高斯光耦合進入單模平板波導后怎么傳輸？有多少么傳輸？有多少(dusho)能耦合能耦合進去？進去？如果這個波導有兩如果這個波導有兩個模式呢？個模式呢？E2哪個模式能量多？哪個模式能量多？第七頁，共40頁。思考(sko)：兩根光纖靠得非常近是否有損耗？只間隔(jin g)10微米第八頁，共40頁。第九頁，共40頁。光耦合器的基本參數(shù)1. 附加損耗(snho)附加損耗(snho)定義為所有輸出端口的光功率總和相對于全部輸入光功率的減小值。該值以分貝(dB)表示的數(shù)學表達式為 式中：Pouti為第i個輸出口的輸出功率；Pin為輸入光

3、功率。10lg()outiiinPELdBP 第十頁，共40頁。思考：對除星型耦合器外其他三種，附加(fji)損耗的主要來源 Y分支分支星型耦合星型耦合多模干涉多模干涉定向耦合定向耦合第十一頁，共40頁。2. 插入損耗插入損耗定義為指定輸出端口的光功率相對全部輸入光功率的減少值。該值通常以分貝(fnbi)(dB)表示，數(shù)學表達式為 其中：ILi是第i個輸出端口的插入損耗；Pouti是第i個輸出端口測到的光功率值；Pin是輸入端的光功率值。.10lg()outiiinPI LdBP 什么什么(shn me)是是3dB耦合器？耦合器？第十二頁，共40頁。3. 分光比分光比(Coupling Rat

4、io，CR)是光耦合器所特有的技術(shù)術(shù)語(shy)，它定義為耦合器各輸出端口的輸出功率相對輸出總功率的百分比，在具體應用中常用數(shù)學表達式表示為 例如對于標準X形耦合器，1 1或50 50代表了同樣的分光比，即輸出為均分的器件。.100%outioutiiPC RP第十三頁，共40頁。一起(yq)設(shè)計Y分支耦合器第十四頁，共40頁。最終四束光功率(gngl)分別為0.244、0.244、0.2095、0.2095第十五頁，共40頁。分光比和附加(fji)損耗 最終(zu zhn)四束光功率分別為0.244、0.244、0.2095、0.2095 輸出總功率為0.90700.907010lg()0.

5、42391ELdBdB 附加耗：=26.9% 26.9% 23.1% 23.1%0. 2440. 2440. 2095 0. 2095分束比：0. 9070 0. 9070 0. 9070 0. 9070：第十六頁，共40頁。思考:如何制作(zhzu)一個1:2的耦合器？能否能否(nn fu)用此用此結(jié)構(gòu)，利用分支結(jié)構(gòu)，利用分支1:2的寬度差實現(xiàn)的寬度差實現(xiàn)1:2分分束比，為什么？束比，為什么？寬的一端和窄寬的一端和窄的一端哪個的一端哪個(n ge)走的能走的能量多？量多？第十七頁，共40頁?？梢酝ㄟ^改變可以通過改變(gibin)兩分兩分支寬度比來改支寬度比來改變變(gibin)分分光比，但并

6、不光比，但并不是成比例的是成比例的第十八頁，共40頁。使用這樣的使用這樣的漸變漸變(jinbin)結(jié)構(gòu)是否可結(jié)構(gòu)是否可行？行？第十九頁，共40頁。第二十頁，共40頁。如果兩端口尺寸完全(wnqun)一樣折射率不同會如何？右端折右端折射率差射率差0.01左端折左端折射率差射率差0.011思考思考(sko)：哪端：哪端光強更大，為什么？光強更大，為什么？下端下端(xi dun)折折射率差射率差0.01第二十一頁，共40頁。思考：繼續(xù)思考：繼續(xù)增大增大(zn d)兩端折兩端折射率差會有射率差會有什么現(xiàn)象什么現(xiàn)象第二十二頁，共40頁。右端折右端折射率差射率差0.01左端折左端折射率差射率差0.1下端下

7、端(xi dun)折折射率差射率差0.01用用Rsoft來嘗來嘗試試(chngsh)驗證一下驗證一下第二十三頁，共40頁。第二十四頁，共40頁。思考：如何(rh)設(shè)計一個分光比可調(diào)的Y分支功分器？思考：可思考：可調(diào)分光調(diào)分光(fn un)可可以有什么以有什么應用？應用？第二十五頁，共40頁。思考(sko):如何制作一個1:2的耦合器？ 拍長 /kOptical powerPropagation distance3dB direction coupler思考：這個器件是否與波長(bchng)有關(guān)？為什么？第二十六頁，共40頁。1550 nm1310 nm思考思考(sko)：這有什么用？：這有什么

8、用？第二十七頁，共40頁。思考(sko)：定向耦合器是否可逆？1W0.5W0.5W0.5W0.5W?第二十八頁，共40頁。光纖定向(dn xin)耦合器第二十九頁，共40頁。思考(sko)：能否想出更簡單的結(jié)構(gòu)用波導實現(xiàn)3dB定向耦合器？現(xiàn)在讓我們一起現(xiàn)在讓我們一起(yq)基于基于Rsoft軟件來設(shè)計這個軟件來設(shè)計這個結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第三十頁，共40頁。思考(sko)：這個器件是否可逆？第三十一頁，共40頁。多模干涉(gnsh)耦合器第三十二頁，共40頁。自映像(yn xin)現(xiàn)象 思考：如何才能成像？ 不用(byng)透鏡能成像的手段有哪些？物理光學物理光學(w l un xu)：泰：泰伯效應伯效應

9、這里的多模干涉也是一種不用透鏡這里的多模干涉也是一種不用透鏡的成像現(xiàn)象的成像現(xiàn)象第三十三頁，共40頁。思考：如何(rh)讓多模干涉后的像更清晰？從干涉從干涉(gnsh)的的基本原理思考基本原理思考第三十四頁，共40頁。思考(sko)：多模干涉現(xiàn)象是否與波長有關(guān)？讓我們讓我們(w men)一起用一起用Rsoft軟軟件來驗證，根據(jù)現(xiàn)象來思考原因件來驗證，根據(jù)現(xiàn)象來思考原因第三十五頁，共40頁。1550 nm1310 nm第三十六頁，共40頁。馬赫(mh)澤德干涉儀思考：如何用集成光電子元件實現(xiàn)思考：如何用集成光電子元件實現(xiàn)(shxin)馬赫澤德干涉儀的結(jié)構(gòu)？馬赫澤德干涉儀的結(jié)構(gòu)？第三十七頁，共40頁。使用兩個使用兩個任意結(jié)構(gòu)任意結(jié)構(gòu)的的3dB耦合耦合器連接器連接(linji)都都可以構(gòu)成可以構(gòu)成馬赫澤德馬赫澤德干涉儀干涉儀發(fā)揮你的想象力，發(fā)揮你的想象力，看這個結(jié)構(gòu)可以看這個結(jié)構(gòu)可以(ky)用來干什用來干什么？么？第三