无源与有源光器件—要点.ppt

第6章无源与有源光器件有源光器件按其功能性质也可以分为两类：一类是具有光电能量信号转换的功能，如光源(将电转换为光)、光检测器(将光转换为电)；另一类则是具有控制光信号、从而可实现控制系统行为的功能，如光开关、光放大器(放大光信号)、光调制器(利用电光效应等实现调制控制等功能)、波长变换器等。上述内容中有关光源和光检测器部分内容将在第9章光纤通信技术中详细介绍。图6.1光纤通信线路中的部分无源光器件的布局6.6光波分复用器光波分复用(分离与复合不同波长的光信号)技术的几种典型应用包括：光多路复用单纤传输、光双向单纤传输、光多路复用分插传输、掺铒光纤放大器中泵浦光与放大信号光的分离等。具体功能实现的光路如下。图6.46光多路复用单纤传输2.光双向单纤传输3.光多路复用分插传输①光WDM技术充分利用光纤的低损耗波段及其较宽的波长带宽，在一根光纤中同时传输多个不同波长光源(信道)的光信号，从而大大提高了光纤和光通信系统的传输容量与通信效率；并将其应用领域大大扩展，例如实现了多媒体信号(音频、视频、数据、文字、图像等)的混合传输，扩展了网络应用的形式，并对已建成的光纤通信系统的扩容带来了很大的方便。WDM(DWDM)技术经过近十年的发展和不断完善，如今在光通信系统中获得了大量而广泛的应用，已经高度实用化。②在应用光WDM技术的系统中，实现预期功能与质量最核心的关键器件就是光波分复用器与解复用器。复用器和解复用器可以视为同一装置的镜像，从原理上说两者是互易的(双向可逆)，即只要将解复用器的输出端和输入端反过来使用，就是复用器。因此，复用器和解复用器可以认为原则上是相同的。然而，两者的要求仍是有差别的，各有侧重：复用器必须有低插入损耗且要避免任何散射光返回发射机；而解复用器则必须可靠地分离光信道并要求从一个信道向相邻信道的泄漏要低，即要求低串扰高隔离度(隔离度应达到20~40dB)。50GHz，甚至25GHz。这样，根据信道间隔的大小可以概略划分光复用技术中的频分复用(FDM)技术与波分复用WDM)技术；而在WDM中可以进一步地划分：密集波分复用(DWDM)与宽(粗)波分复用(WWDM)。另外，在WDM技术中，一般定义信道间隔≤200GHz、波长间隔为1~10nm的波分复用为密集波分复用(DWDM），已实用化的密集波分复用标准信道间隔有200、100和50GHz；而对间隔很宽的、波分间隔为10~100nm(例如1000GHz)的系统则定义为宽(粗)波分复用(WWDM）。实际系统中20~25nm的宽信道间隔在一些系统中得到应用。图6.50给出了在C带铒光纤放大器的1530~1565nm范围内，密集波分复用紧密间隔系统(40信道，每信道100GHz)与粗波分复用宽间隔系统(4信道，每信道1000GHz)两种WDM系统的示意图，后者的信道间隔约为8nm。显然，信道间隔越宽，复用器与解复用器的制作及成本就越简单低廉。④分插复用器。一般解复用器可以分离光纤中传输的所有信道，但在很多情况下需要从所有信道中只分离出一或两个信道，这就是分插复用器应有的功能。分插复用器可以下载一个或多个信道，也可以在该信道上载新的信号。利用前述的光纤光栅等波长选择性滤波器，即可实现分插复用器的功能。图6.51给出了反射一个信道而透射其他信道的分插复用器的示意图。光波分复用器(Wavelengthdivisionmultiplexer)是一种用来合成不同波长光信号或分离不同波长光信号的无源器件，前者称为“复用器”，后者称为“解复用器”。光波分复用器属于波长选择性耦合器，其主要性能指标如下：③信道宽度：是指各光源之间为避免串扰应具有的波长间隔。图6.52光波分复用器的分类图6.53棱镜光波分复用器结构示意图光栅种类较多，但用于WDM中主要是闪耀光栅，它的刻槽具有一定的形状[如图6.52(a)中所示的小阶梯]，当光纤阵列中某根输入光纤中的光信号经透镜准直以平行光束射向闪耀光栅时，由于光栅的衍射作用，不同波长的光信号以方向略有差异的各种平行光束返回透镜传输，再经透镜聚焦后，按一定规律分别注入输出光纤之中。由于闪耀光纤能使入射光方向矢量几乎垂直于光栅表面上产生反射的沟槽平面，形成所谓“利特罗”(Littow)结构，因而可提高衍射效率，降低插入损耗。图6.54(b)给出了一个具有梯度折射率(GRIN)棒透镜的衍射光栅解复用器的原理结构，光路中以梯度折射率棒透镜取代图6.54(a)中的体透镜。进一步的研究表明，两个熔融光纤之间光能量转换的程度取决于耦合区的长度(该长度用波长来衡量)和两纤芯相互靠近的程度。只要调整控制适当，则经过一段耦合长度后，信号光能量可以从一根光纤完全转移到另一根光纤中。图6.55中，从A1端口入射的λ1（980nm)和λ2（1550nm)两个不同波长的光信号，经过