第二章光無源器件

典型光纖激光器的結(jié)構(gòu)圖橫向(軸向)誤差角度誤差縱向誤差多模光纖中各種誤差帶來的損耗對(duì)于高斯分布的光束，相同光纖間的橫向連接損耗為：對(duì)于角度對(duì)準(zhǔn)誤差引起的損耗與波長(zhǎng)有關(guān)：?jiǎn)文９饫w的連接其中W為模場(chǎng)半徑，G=s/kW2。對(duì)于縱向偏差為s，間隙折射率為n3的連接損耗為：一根單模光纖的歸一化頻率V＝2.40，纖芯折射率n1＝1.47，n2＝1.465，纖芯尺寸2a＝9m，當(dāng)橫向偏移d＝1m時(shí)相同光纖間的橫向連接損耗為：當(dāng)波長(zhǎng)為1300nm時(shí)，角度對(duì)準(zhǔn)誤差為1o時(shí)引起的損耗為：?jiǎn)文９饫w的連接當(dāng)縱向偏差s＝1m時(shí)的連接損耗為：藤倉50S單芯光纖熔接機(jī)

藤倉40S單芯光纖熔接機(jī)

住友TYPE-37光纖熔接機(jī)

光纖切割刀光纖熔接機(jī)FusionSplicing套管結(jié)構(gòu)多用于光纖終端盒或光纖配線架上，在實(shí)際工程中用在光纖終端盒最常見。優(yōu)點(diǎn)：牢靠、防灰塵，便于后期維護(hù)缺點(diǎn)：初期安裝比其他類型麻煩多應(yīng)用在光纖收發(fā)器、千兆位接口轉(zhuǎn)換器光纖模塊中。優(yōu)點(diǎn)：便于安裝缺點(diǎn)：易脫落多應(yīng)用在光纖終端盒或光纖配線架上。優(yōu)點(diǎn)：便于安裝。缺點(diǎn)：易于折斷。多應(yīng)用在mini千兆位接口轉(zhuǎn)換器光纖模塊中。優(yōu)點(diǎn)：便于安裝，體積小，尺寸精度高，插入損耗小，回波損耗高。缺點(diǎn)：易于脫落。開口型套筒截面圖FC/PC光纖連接器SC/PC光纖適配器ST/PC光纖適配器SC-FＣ轉(zhuǎn)接適配器

SC水平雙聯(lián)適配器耦合器應(yīng)用舉例§2耦合器耦合器的端口形式§2耦合器熔錐型光纖耦合器的結(jié)構(gòu)§2耦合器A1、A2——兩根光纖的模場(chǎng)振幅；1、2——兩根光纖孤立狀態(tài)的傳播常數(shù)；Cij——耦合系數(shù)耦合器輸出端功率與耦合區(qū)長(zhǎng)度的關(guān)系曲線§2耦合器耦合器作波分復(fù)用器§2耦合器耦合器的制作過程§2耦合器熔融拉錐系統(tǒng)§2耦合器§2耦合器§2耦合器§2耦合器耦合器性能衡量指標(biāo)插入損耗——指定輸出端口的光功率相對(duì)全部輸入光功率的減小值附加損耗——所有輸出端口的光功率總和相對(duì)于全部輸入光功率的減小值回波損耗——信道返回功率與輸入功率之比隔離度——耦合器的某一光路對(duì)其它光路中的光信號(hào)的隔離能力§2耦合器非線性光纖環(huán)形鏡（NOLM）§2耦合器第二章光無源器件§2-耦合器線性折射率非線性折射率NOLM用于光開關(guān)第二章光無源器件§2-耦合器NOLM的透射率曲線第二章光無源器件§2-耦合器NOLM的透射率曲線第二章光無源器件§2-耦合器NOLM用于脈沖壓縮第二章光無源器件§2-耦合器色散非平衡Sagnac光纖干涉儀第二章光無源器件§2-耦合器Sagnac光纖干涉儀原理圖§2耦合器全光纖陀螺儀示意圖§2耦合器§2-耦合器第二章光無源器件0.000015o/h§3偏振控制器基于固定延遲波片的偏振控制器準(zhǔn)直、鍍膜、插損、機(jī)械調(diào)諧——引發(fā)局限§3偏振控制器基于鈮酸鋰的偏振控制器高插損、偏振相關(guān)損耗、啟動(dòng)損耗、價(jià)格——限制應(yīng)用§3偏振控制器全光纖結(jié)構(gòu)的偏振控制器低成本、低插損§3偏振控制器全光纖結(jié)構(gòu)偏振控制器§3偏振控制器擠壓旋轉(zhuǎn)式全光纖偏振控制器§3偏振控制器Agilent8169A光波偏振控制儀IsolatorLD§5光隔離器§5光隔離器光隔離器的組成起偏器法拉第旋轉(zhuǎn)器檢偏器準(zhǔn)直器準(zhǔn)直器光隔離器§5光隔離器法拉第旋轉(zhuǎn)器的原理B磁環(huán)磁光材料光傳輸方向§5光隔離器法拉第旋轉(zhuǎn)器的原理B磁環(huán)磁光材料光傳輸方向§5光隔離器法拉第旋轉(zhuǎn)器的原理線柵起偏器的典型結(jié)構(gòu)§5光隔離器楔形雙折射晶體偏振分束器空間分離偏振器（SWP）的典型結(jié)構(gòu)§5光隔離器PolarizerAnalyzerFaradayRotatorPolarizerAnalyzerFaradayRotatorForwardtransmissionBackwardtransmission偏振相關(guān)隔離器原理§5光隔離器§5光隔離器偏振無關(guān)隔離器雙級(jí)光隔離器偏振無關(guān)隔離器CollimatorCollimatorCore§5光隔離器帶尾纖的偏振無關(guān)隔離器結(jié)構(gòu)§5光隔離器帶尾纖的偏振無關(guān)隔離器結(jié)構(gòu)Solderring磁光材料鍍金環(huán)1.法拉第旋轉(zhuǎn)器的封裝§5光隔離器隔離器核心部分的封裝環(huán)氧膠紫外2.起偏器和檢偏器的封裝§5光隔離器環(huán)氧膠隔離器核心部分的封裝3.EpoxyMagnetring核心部分的最后封裝§5光隔離器隔離器核心部分的封裝0.23周期透鏡：角度壓縮§4自聚焦透鏡0.29周期透鏡：光斑尺寸壓縮§4自聚焦透鏡§4自聚焦透鏡1/4周期透鏡：光線準(zhǔn)直在準(zhǔn)直器中一般采用1/4個(gè)周期長(zhǎng)的自聚焦透鏡，實(shí)現(xiàn)光束放大和準(zhǔn)直。

自聚焦透鏡中的光束周期性地聚焦§4自聚焦透鏡自聚焦透鏡作準(zhǔn)直器準(zhǔn)直器CollimatedbeamFiberendRealimageofthefiberendGrinLenses(1/4pitch)§4自聚焦透鏡準(zhǔn)直器尾纖的組裝1.§4自聚焦透鏡CutoffpointAnglepolishingARCoating2.3.4.§4自聚焦透鏡準(zhǔn)直器尾纖的組裝UVAdhesiveEpoxy1.§4自聚焦透鏡準(zhǔn)直器的組裝AlignfacesMark2.§4自聚焦透鏡準(zhǔn)直器的組裝P/MUVAdhesivePositioner#2(Reference)Positioner#1(tobeassembled)3.準(zhǔn)直器的組裝§4自聚焦透鏡Tube(lensholder)4.準(zhǔn)直器的組裝§4自聚焦透鏡FibXCorporationS/N:00000001§5光隔離器帶尾纖的偏振無關(guān)隔離器結(jié)構(gòu)§5光隔離器偏振無關(guān)隔離器的實(shí)物圖Onlyallowstransmissioninonedirectionthroughit.Mainapplication:Toprotectlasersandopticalamplifiersfromreturningreflectedlight,whichcancauseinstabilities.Insertionloss:Lowloss(0.2to2dB)inforwarddirectionHighlossinreversedirection:

20to40dBsinglestage,40to80dBdualstage)Returnloss:Morethan60dBwithoutconnectors§5光隔離器光隔離器的應(yīng)用領(lǐng)域用在激光器與光纖之間

當(dāng)光纖與激光器耦合時(shí),其端面或接頭處的反射將影響激光器的穩(wěn)定性。為了消除反射波對(duì)激光器的影響,需要在激光器與光纖之間加光隔離器。作為光纖放大器的組成部件

光隔離器是光纖放大器的重要組成部件,光隔離器可以防止輸出光返回到光纖放大器中產(chǎn)生不良的干擾。用在精密光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)中

在光譜分析實(shí)驗(yàn)中,如果材料的發(fā)光能力不僅很弱,而且它們的發(fā)光狀況容易受外來光的影響,這就要求我們?cè)谘芯克鼈兊陌l(fā)光機(jī)制時(shí)更要排除外界物質(zhì)的反射光對(duì)它們的影響,為了消除這些外界的干擾,我們常在發(fā)光材料和測(cè)量?jī)x器之間加一光隔離器?！?光隔離器隔離器用于半導(dǎo)體激光器中濾波器主要指標(biāo)§6光濾波器/復(fù)用器濾波器的典型應(yīng)用選擇波長(zhǎng)激光波長(zhǎng)的調(diào)諧復(fù)用和解復(fù)用增益譜平坦FilterTypesDiffractiongratingsFibergratingsFabry-PerotinterferometerThin-FilmfilterMach-ZehndertypeArrayedwaveguidegratingAcousto-optictunablefilter§6光濾波器——光纖光柵透射光柵反射光柵§6光濾波器——光纖光柵§6光濾波器——光纖光柵體光柵用于波長(zhǎng)解復(fù)用resonantwavelengthsarereflectedbacktowardthesourcenon-resonantwavelengthsaretransmittedthroughthedevicewithoutloss.Thecentrewavelengthisgivenby:

ItworkslikethisFiberBraggGrating~500nm(Bragggrating)~200μm(Long-periodgrating)125μm8μm1mmto1500mmSinglemodefibreCoreCladdingRegionswithhigherrefractiveindexthan

thatofcore’s§6光濾波器——光纖光柵光柵周期光柵長(zhǎng)度折射率調(diào)制深度折射率分布曲線中心波長(zhǎng)帶寬反射峰值FBG典型的反射光譜1cmFBG，折射率變化量相對(duì)較低，反射峰值高其它條件相同，折射率變化量增加，反射帶寬增加(c)切趾后的結(jié)果，旁瓣減少，反射峰值降低?！?光濾波器——光纖光柵FiberDFBBraggGratingF－PbasedonFBGFBG用于波長(zhǎng)選擇Add-DropMultiplexersCirculatorwithFBGAddliDropli

l1,l2,l3,...

li

l1,l2,l3,...

liFBGC1C2

Dielectricthin-filmfilterdesignFilterreflects

liAdd/DropCommonPassbandwavelengthForagivengratingperiodaparticularwavelength(frequency)oflightisreflected.InthiscaseyellowlightwillbereflectedIfthegratingspacingischanged(e.g.reducedduetocompressionofthefibreoradropintemperature}thewavelengthofthereflectedlightchanges.InthiscaseitbecomeshigherandreflectsbluelightInpracticethecolourshiftswillbemuchfinerthanthoseillustatedOpticalfibreGratingpatternetchedintobodyoffibreDetectorFiberBraggGratings(FBG)FBG傳感器§6光濾波器——光纖光柵FBG傳感系統(tǒng)FiberBragGratings(FBG)Increasingintervals:“chirped”FBGcompensationforchromaticdispersionRegularintervalpattern:reflectiveatonewavelengthNotchfilter,add/dropmultiplexerOpticalFibreBraggGratingsDzDzl1l2l3lNDispersionCompensationusingChirpedFBGFBGislinearlychirped,I.e.theperiodofthegratingvarieslinearlywithposition.Thismakesthegratingtoreflectdifferentwavelengthsatdifferentpointsalongitslength.Therefore,introducingdifferentdelay.Inastandardfibre.Chromaticdispersionintroduceslargerdelayforlowerfrequency(highwavelength)componentsofapulse.FastlSlowlInputOutput132FBGChirpedFBGintroduceslargerdelayforthehigherfrequencycomponents,thuscompensatingforthedispersioneffect(I.pressingthepulse)光纖光柵寫入——全息相干法§6光濾波器——光纖光柵§6光濾波器——光纖光柵光纖光柵寫入——相位掩模版§6光濾波器——光纖光柵光纖光柵寫入——逐點(diǎn)寫入FBG商品F－P腔結(jié)構(gòu)、原理§6光濾波器——F-P§6光濾波器——F-P§6光濾波器——F-P手動(dòng)可調(diào)諧F－P濾波器實(shí)物圖F－P干涉儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖§6光濾波器——F-PFilters-Thin-filmCavitiesAlternatingdielectricthin-filmlayerswithdifferentrefractiveindexMultiplereflectionscauseconstructive&destructiveinterferenceVarietyoffiltershapesandbandwidths(0.1to10nm)Insertionloss0.2-2dB,stopbandrejection30-50dB1535nm1555nm0dB30dBLayersSubstrateIncomingSpectrumReflectedSpectrumTransmittedSpectrum多腔介質(zhì)膜濾波器——TFF結(jié)構(gòu)§6Filter－陣列波