光波导传输损耗的测量

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平面介质光波导的种类和特点

平面介质光波导的种类和特点

平面介质光波导的种类和特点

以下是一些常见的平面介质光波导种类及其特点:

1. 矩形光波导(Rectangular waveguide):矩形光波导采用矩形截面的波导,通常由单一的光波导层构成。特点是易于制作和集成,适用于大部分光学器件。

2. 溢射光波导(Guided-mode Leaky-waveguide):溢射光波导多数由一层光波导层和一层辅助层构成。特点是能够在光波导层中引导光波传输,同时也可以将一部分光波耦合到相邻的层中。这种结构可用于光波导模式的选择和滤波。

3. 双折射光波导(Birefringent waveguide):由于材料的晶格结构和各向异性,双折射光波导可以引导两种不同极化方向的光波。这种结构常用于光波导偏振分束器和偏振模式控制器中。

4. 超材料光波导(Metamaterial waveguide):超材料光波导采用元胞尺寸远小于波长的结构单元构成,从而显示出不同于自然材料的电磁特性。这种光波导结构可以引导超深的光波和具有负折射率的光波。

5. 混凝土模光波导(Guided-mode Resonance waveguide):混凝土模光波导可以通过改变薄膜层的折射率分布实现波导中的光波共振。这种结构可以用于光波分布、滤波和耦合等应用。

6. 纳米光波导(Nanowire waveguide):纳米光波导采用纳米尺寸的薄膜或纳米线构建,由于尺寸的减小,光波可以在纳米光波导中实现超高场增强和高度限域的光子模式。这种结构在纳米光子学和量子光学中有着潜在的应用价值。

1.低损耗:与其他波导结构相比,平面介质光波导的传输损耗较低,使得它适用于长距离的光通信和光网络应用。

实验二、光纤损耗及断点的检测

实验二、光纤损耗及断点的检测

实验二光纤损耗及断点的检测

一、实验目的:

了解光纤损耗的检测手段,认识光时域反射计,熟悉使用方法,利用光时域反射计检测光纤的损耗和断点。

二、实验仪器:

1.光时域反射计OTDR 一台

2.1550 nm波长的单模光纤若干

3.打印机Epson5700 一台

4.跳线两根

5.法兰盘两个

三、实验原理:

检测光纤损耗的基准方法是剪断法,剪断法的精度较高,但是这种方法属于破坏性测量,不适合现场使用,为了克服这一弱点,提出了两种替代方法插入法、背向散射法,其中背向散射法只需要光纤的一端测试,方法十分简单,很适合现场测量,特别是可用来测光纤的长度及确定故障点位置,所以这种方法应用广泛。用这种方法测量光纤损耗的仪器称为光时域反射计(Optical time domain reflectometer),本实验即介绍利用OTDR对光纤损耗及断点的检测。

光时域反射计利用反射测量技术测量光波导(如光纤)特性的一种仪器,光纤中反射光造成光反射的原因有光缆的端部、光纤的断裂处、接头、连接器界面、裂纹、碎裂,或传输媒质的其它各向异性特点和不连续性。从理论上分析主要是瑞利散射和菲涅尔反射。

1.瑞利散射

在光纤中存瑞利散射,瑞利散射是由于光纤自身的缺陷和掺杂成分的不均匀性所产生的。瑞利散射光的特点是散射光波长与入射光波长相同,散射光功率与该点入射光功率成正比。散射光沿各方向皆有,但只有小部分在光纤数值孔径内的光会沿光纤轴向传播。如在光纤输入端注入大功率窄脉冲光信号,在光脉冲沿着光纤传播时,各点的散射光部分将被返回到光纤的输入端。离光纤输入端近的地方散射回来的光较强,而离输入端远的地方散射回来的光较弱。离光纤输入端近的地方散射回来的光先返回至光脉冲输入端。

光波导理论与技术

光波导理论与技术
光波导理论与技术
• 光波导基本理论 • 光波导器件 • 光波导材料与制备技术 • 光波导的应用 • 光波导技术发展与展望
01
光波导基本理论
光波导定义与分类
总结词
光波导是用于引导光波的介质通道,根据不同的分类标准可以分为多种类型。
详细描述
光波导是一种能够使光波在介质内部传播的结构,通常由折射率高于周围环境的 介质构成。根据不同的分类标准,光波导可以分为多种类型,如按照形状可分为 平板波导和圆柱形波导,按照功能可分为单模波导和多模波导等。
光波导的波动理论
总结词
波动理论是描述光波在光波导中传播的基本理论。
详细描述
波动理论是研究光波在介质中传播的基础理论,它通过麦克斯韦方程组描述了 光波在空间中的分布和演化。在光波导中,波动理论用于分析光波的传播特性, 如相位速度、群速度、模场分布等。
光波导的传输模式
总结词
传输模式是指光波在光波导中传播时的场分布状态。
热压印法
热压印法是一种利用热压印技术在聚合物薄膜上制备光波 导的方法,通过控制压印温度和压力,在聚合物薄膜上形 成特定形貌和尺寸的光波导。
光波导性能优化
降低损耗
降低光波导的传输损耗是提高光波导器件性能的关键之一。通 过优化光波导的结构设计和制备工艺,可以降低光波导的传输
损耗。
提高稳定性
提高光波导的稳定性对于保证光波导器件的长期稳定性和可靠 性具有重要意义。通过改进光波导的材料和制备工艺,可以提

光波导应用

光波导应用

光波导应用的实际应用情况

1. 应用背景

光波导是一种能够引导和传输光信号的结构,广泛应用于光通信、光传感、激光器、光放大器等领域。相比传统的电导体,光波导具有低损耗、高带宽、抗电磁干扰等优势,因此在信息传输和处理方面具有很大的潜力。

2. 应用过程

2.1 光通信

光通信是最常见的光波导应用之一。在光通信系统中,光波导被用于传输大量的数据和信息。其主要应用过程包括:

•发射:在发送端,激光器将电信号转换为相应的光信号,并通过光波导将其引导到目标位置。

•传输:通过光波导,光信号在介质中以全内反射的方式进行传输,并沿着特定路径到达目标位置。

•接收:在接收端,通过接收器将接收到的光信号转换为电信号,并进行后续处理。

2.2 光传感

除了在信息传输方面的应用,光波导还被广泛应用于光传感领域。通过利用光波导对光信号的敏感性,可以实现高灵敏度、高分辨率的光传感器。其主要应用过程包括:

•输入:通过光波导将待测量的光信号引导到传感器中。

•传输:光信号在传感器内部与特定材料或结构相互作用,从而改变其特性。•检测:通过检测器将传感器输出的信号转换为电信号,并进行进一步处理和分析。

2.3 激光器

激光器是一种能够产生高强度、单色、相干的激光束的装置。在激光器中,光波导被用于引导和放大激光信号。其主要应用过程包括:

•引导:通过光波导将激发能量引导到激活介质中。

•放大:在激活介质中,激发能量被转化为相干的光信号,并经过多次反射和放大,最终形成一个强度非常高且具有一定方向性的激光束。

2.4 光放大器

光放大器是一种能够放大光信号的装置,其主要应用过程与激光器类似。通过光波导引导入的光信号在激活介质中被放大,并最终输出一个强度较高的光信号。光放大器广泛应用于光通信、激光雷达、医学成像等领域。

微纳光波导倏逝场耦合结构及其特性研究

微纳光波导倏逝场耦合结构及其特性研究

微纳光波导倏逝场耦合结构及其特性研究

一、本文概述

随着纳米科技的飞速发展,微纳光波导作为一种重要的光学元件,在集成光学、光子晶体、生物传感等领域展现出了广阔的应用前景。微纳光波导的倏逝场耦合结构是其中的一项关键技术,其研究对于提高光波导的性能、拓展其应用范围具有重要意义。本文旨在深入探讨微纳光波导倏逝场耦合结构的基本原理、设计方法及其特性,以期为相关领域的研究和实践提供理论支持和技术指导。

本文将首先介绍微纳光波导的基本概念和原理,包括其结构特点、光传输机制等。在此基础上,重点分析倏逝场耦合结构的工作原理,探讨其在微纳光波导中的实现方式。随后,本文将详细阐述微纳光波导倏逝场耦合结构的设计方法,包括材料选择、结构优化等,并分析其在实际应用中的性能表现。本文将总结微纳光波导倏逝场耦合结构的研究现状和发展趋势,展望其未来的应用前景。

通过本文的研究,期望能够为微纳光波导倏逝场耦合结构的设计和优化提供理论支撑,推动相关技术的进一步发展,为实现高效、稳定的光子集成和光通信奠定坚实基础。

二、微纳光波导的基本理论

微纳光波导,作为光学领域的重要分支,其在光通信、光传感、光信号处理等方面具有广泛的应用前景。其核心理论基于波动光学和电磁场理论,通过精确控制光波在纳米尺度上的传播行为,实现光信号的高效传输和处理。

光波导的基本原理是,当光波在介质中传播时,受到介质折射率变化的引导,使得光波能够沿着特定的路径传播。微纳光波导的尺寸通常在微米或纳米量级,这使得其能够在非常小的空间内实现对光波的有效控制。

微纳光波导的主要特性包括其模式特性、色散特性以及耦合特性。模式特性描述了光波在波导中的传播方式,如横电波(TE模)和横

实验二十七、光波导传输损耗的测量

实验二十七、光波导传输损耗的测量

实验二十七、光波导传输损耗的测量

波导薄膜中导波光的传输损耗是评价介质平板波导的一个重要参数。传统的测量光波导传输损耗的方法如截断法(Cut-Off Method )和滑动棱镜法(Prism Sliding Method )在测量准确性和方便性方面均存在着较大的问题,难以获得广泛的应用。采用CCD 数字成像器件,通过数字成像对光波导内部的传输光强进行测量,可计算得到波导的传输损耗,该方法具有无损、高精度快速测量等优点。

[实验目的]

1. 了解CCD 数字成像法测量波导传输损耗的原理及实际的测量光路;

2. 掌握用于去除散粒噪声的中值滤波图像处理技术;

3. 通过传输曲线的拟合计算传输衰减系数。

[实验仪器]

1.半导体激光器(650nm )、偏振棱镜、透镜;

2.待测离子交换光波导片;

3.数字成像器件CCD 和数据采集系统。实验中使用的是自带视频信号输出的CCD 。

[预习提示]

1.光波导的损耗有哪些?

2.什么是数字滤波技术?

[实验原理]

损耗机理

光波导器件传输损耗主要由以下因素产生:波导材料的散射和吸收引起的损耗;基片的表面光洁度受到抛光工艺的限制;界面的不规则导致导模与辐射模间的耦合而引起的损耗;波导表面弯曲,引起能量辐射造成损耗。

2.测量原理

真实波导由于界面不平整以及波导内部杂质散射,使导模转变为辐射模。可以认为:某一位置散射出来的光强主要受到该点的传输光强、界面不平整程度、杂质多少的影响。整块波导是在特定条件下一次性制备,后两个因素的影响可以认为在整块波导中平均分布,即使由于杂质大小有涨落而出现某点散射光特别强,也可以在后期图像处理中采用数字滤波技术加以消除。因此,散射光强将只和该处的实际传输光强成正比。据此,可以采用数字成像器件CCD 对传输线上各点的散射光强进行记录,转换成内部传输光强,拟合出传输衰减曲线并计算衰减系数。

光波导原理

光波导原理

光波导原理

光波导原理是一种利用光的传输特性来实现信息传输的技术。它是一种基于光学原理的传输方式,可以将光信号传输到远距离的地方,同时保持信号的高速和高质量。在现代通信领域中,光波导技术已经成为了一种非常重要的技术,被广泛应用于光通信、光传感、光计算等领域。

光波导原理的基本概念是光的全反射。当光线从一种介质进入另一种介质时,如果两种介质的折射率不同,光线就会发生折射。但是,当光线从高折射率的介质进入低折射率的介质时,如果入射角度大于一定的临界角度,光线就会被完全反射回高折射率的介质中。这种现象被称为全反射。

利用全反射的原理,可以制造出一种光波导器件。光波导器件是一种可以将光信号传输到远距离的器件,它由一条光波导管和一些光源、光探测器等组成。光波导管是一种由高折射率材料制成的管状结构,它可以将光信号沿着管道传输。光源和光探测器则用于产生和接收光信号。

光波导器件的工作原理是利用全反射的原理将光信号沿着光波导管传输。当光信号从光源发出时,它会被引导到光波导管中。由于光波导管的折射率比周围的介质高,光信号会被完全反射回光波导管中,从而沿着管道传输。当光信号到达光探测器时,它会被探测器

接收并转换成电信号。

光波导器件的优点是具有高速、高带宽、低损耗等特点。由于光波导管的折射率比周围的介质高,光信号可以在管道中传输很长的距离而不会发生衰减。同时,光波导器件的传输速度非常快,可以达到几十兆比特每秒甚至更高的速度。这使得光波导器件在高速数据传输、光通信等领域中得到了广泛的应用。

除了光波导器件外,光波导原理还可以应用于其他领域。例如,在光传感领域中,可以利用光波导原理制造出一种光纤传感器。光纤传感器是一种可以利用光的传输特性来实现物理量测量的传感器。它由一条光纤和一些光源、光探测器等组成。当物理量发生变化时,光纤中的光信号会发生变化,从而可以测量出物理量的变化。

光传输的基本知识.

光传输的基本知识.

光传输的基本知识

光纤即为光导纤维的简称。光纤通讯是以光波为载频,以光导纤维为传输媒介的一种通信方式。光纤通讯之所以在最近短短的二十年中能得以迅猛的发展,是由于它具有以下的突出优点而决定:

1.传输频带宽、通讯容量大。

光载波频率为5X1014 MHz, 光纤的带宽为几千兆赫兹甚至更高。

2.信号损耗低。

目前的实用光纤均采用纯净度很高的石英(SiO2)材料,在光波长为1550nm附近,衰减可降至0.2dB/km,已接近理论极限。因此,它的中继距离可以很远。3.不受电磁波干扰。

因为光纤为非金属的介质材料,因此它不受电磁波的干扰。

4.线径细、重量轻。

由于光纤的直径很小,只有0.1mm左右,因此制成光缆后,直径要比电缆细,而且重量也轻。因此,便于制造多芯光缆。

5.资源丰富。

光纤通讯除了上述优点之外,还有抗化学腐蚀等特点。当然光纤本身也有缺点,如光纤质地脆、机械强度低;要求比较好的切断、连接技术;分路、耦合比较麻烦等。

1.光纤的分类

①按照传输模式来划分:

光纤中传播的模式就是光纤中存在的电磁场场形,或者说是光场场形(HE)。各种场形都是光波导中经过多次的反射和干涉的结果。各种模式是不连续的离散的。由于驻波才能在光纤中稳定的存在,它的存在反映在光纤横截面上就是各种形状的光场,即各种光斑。若是一个光斑,我们称这种光纤为单模光纤,若为两个以上光斑,我们称之为多模光纤。

◆单模光纤(Single-Mode)

单模光纤只传输主模,也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输。由于完全避免了模式色散,使得单模光纤的传输频带很宽,因而适用于大容量,长距离的光纤通讯。单模光纤使用的光波长为1310nm或1550nm。

第七章光纤测量技术

第七章光纤测量技术
19
?常见的阶跃折射率的光纤通常有三种 结构
?纤芯和包层都是使用玻璃 ?纤芯使用石英玻璃而包层使用塑料 ?塑料纤芯而包层使用另一种塑料 全玻璃的纤芯和包层折射率差最小 塑料包层石英光纤(PCS)稍大一些 全塑料光纤最 大(POF 聚合物光纤)
20
数值孔径(Numerical Aperture, NA)NA--(P84)
提出用纤维材料传达光束讯号,以建置通信 的第一人
高琨博士的照片
高琨博士被称为 “光纤之父 ”
2009年10月6日,瑞典皇 家科学院向高锟颁授诺贝尔 物理学奖。皇家科学院说, 高锟在“有关光在纤维中的 传输以用于光学通信方面” 取得了突破性成就.
1、光纤技术的发展历史
1970 年,光纤研制取得了重大突破。 美国康宁 (Corning)公司就研制成功损耗 20 dB/km的石英光纤。 1972年,康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。 1973 年,美国贝尔 (Bell)实验室取得了更大成绩,光纤损耗降 低到2.5dB/km。 1974 年降低到1.1dB/km。 1976 年,日本电报电话 (NTT)公司等单位将光纤损耗降低到 0.47 dB/km(波长1.2μm)。
微波无线电 小同轴 中同轴 光缆 光缆 光缆
传输容量(话路 )/条
960 960
中继距离/km
50 4
1800

11年光波导理论和技术1

11年光波导理论和技术1

由直角坐标 下的横向亥 姆霍兹方程
得到纤芯和 包层中的8 个分量中的 任一个
由麦克斯韦 方程组得到 其它7个分 量
既然传播过程中,偏振方向不改变,可以设置一个确定的横向电场和横向磁 场方向,这样,12个分量就减少至8个分量。
26
既过5.然程3, 中阶传,跃播偏 光纤中§的5.3LP阶模跃光纤的LP模
(n12
n22
1
)2
15
请注意,λc ( HE11)=∞, 所以从理论上说,该模式可以传播任意低频的光。
上面这些式子中,uxy表示x阶贝塞尔函数的第y个零点,下面表5.1 是几个低 阶贝塞尔函数的零点位置。 HE11模对应 0 阶贝塞尔函数的第零个零点.
§5m.2 阶跃光纤的严格解---矢量模解
n
23
几个较低次模的模场结构
24
25
5. 3 阶跃光纤中的LP模 对于弱导光纤 §5.3 阶跃光纤的LP模
所以光纤中的纵向分量比横向分量要小得多(但不等于零),可以近似认为 是TEM波,称之为准TEM波。而且,由于波在传播过程中保持其偏振状 态不变,所以总可以选取一个直角坐标系,使场矢量与坐标轴方向一致。 这样可以使问题大大简化。处理方法如下:
令 m+n =p,可以将相位常数写为 抛物线折射率分布光纤中可传输的模式总量为
48
§5.5光波导的数值分析方法

otdr 损耗db的光纤

otdr 损耗db的光纤

otdr 损耗db的光纤

(最新版)

目录

1.OTDR 简介

2.光纤损耗的计算

3.OTDR 测试中的反射损耗

4.如何用 OTDR 测量光纤连接器的回波损耗

5.OTDR 测试的注意事项

正文

一、OTDR 简介

OTDR(Optical Time Domain Reflectometer,光时域反射仪)是一种用于测量光纤中光信号传播特性的设备。它可以测量光纤的损耗、接头损耗、光纤的每公里损耗等参数,对于光纤通信系统的建设和维护具有重要作用。

二、光纤损耗的计算

光纤损耗的计算通常通过 OTDR 测量得到。在 OTDR 测试中,全程衰耗和回波损耗是两个重要的参数。全程衰耗是光信号在光纤中传播过程中的总损耗,而回波损耗则是光信号在光纤中传播并返回的损耗。

三、OTDR 测试中的反射损耗

反射损耗是指光信号在光纤中遇到接头或端面时,一部分光线会从光纤端的接触面反射回来,反射回来的光线强度相对入射光强度的损耗。一般来说,反射损耗较小,不容易对发光仪器造成损伤。

四、如何用 OTDR 测量光纤连接器的回波损耗

在使用 OTDR 测量光纤连接器的回波损耗时,需要注意清洁光纤连接

器,确保连接到位。在测试过程中,可以通过观察事件表得到线路损耗,从而了解光纤连接器的回波损耗。

五、OTDR 测试的注意事项

进行 OTDR 测试时,需要注意以下几点:

1.确保光纤连接器与 OTDR 连接到位,否则测试结果可能不准确。

2.选择合适的脉冲宽度和测试波长,以提高测量精度。

3.在测量过程中,避免激光过强,以免损伤 OTDR 接受器。

4.多次测试可以提高测量结果的准确性,但测试次数过多可能导致结果不稳定。一般建议测试 3 次左右。

单模光纤中的光传播特性研究

单模光纤中的光传播特性研究

单模光纤中的光传播特性研究

光纤通信作为一种高效、高带宽和可靠的通信方式,正逐渐取代传统的铜缆通信。而在光纤通信中,单模光纤具有更高的传输速度和更远的传输距离,因此被广泛应用于长距离通信系统和高速数据传输领域。本文将从光纤的结构、光的传播模式以及光信号的衰减等方面对单模光纤中的光传播特性展开研究。

首先,单模光纤是通过将光信号限制在纤芯中的一种光波导结构。它由一个非

常细的玻璃或塑料纤芯以及一个包围纤芯的折射率较低的包层组成。光信号在单模光纤中的传送过程中,主要是通过全反射的方式在纤芯中传播。由于纤芯的直径非常细小(通常为几个微米),只能传输一条光路,因此被称为单模(Single Mode)光纤。

其次,单模光纤中的光传播主要有两种模式:基模(Fundamental Mode)和高

阶模式(Higher Order Modes)。基模即最低阶的传播模式,呈现出类似正弦波的

光束分布,具有较小的传输损耗和较高的传输容量。高阶模式则是其他模式中的传播波动,由于其传输路径相对复杂,导致其传输损耗较高。在实际应用中,我们主要关注并利用基模进行光信号传输。

随后,单模光纤中的光信号会在传输过程中发生衰减。光信号衰减主要由瑞利

散射、非线性效应和吸收效应等影响。瑞利散射是指光纤中的微不均匀性引起的散射现象,随着光波与微不均匀性的相互作用,光的能量逐渐分散和衰减。非线性效应主要包括光的色散、自相位调制和光纤非线性等。色散是指光信号在光纤中传输时,不同频率的光信号传播速度不同,导致信号失真和衰减的现象。自相位调制是指在高功率光信号传输时,光的相位会受到影响,引起光信号的失真。光纤非线性是指光信号在光纤中的传输过程中,光的强度和相位与光场产生非线性关系,导致信号的失真和衰减。吸收效应则是指光信号在光纤材料中被吸收而失去能量。

光电探测器在通信中的应用

光电探测器在通信中的应用

光电探测器在通信中的应用

近年来,随着科技的不断进步和人们对通信技术的需求越来越大,光电探测器在通信领域的应用也变得越来越广泛。光电探测器作为光通信系统的核心部件,发挥着至关重要的作用。本文将介绍光电探测器的基本原理、常见类型以及在通信中的应用。

光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的器件。其基本原理是利用光的能量将入射光子转化为电子,并通过电子的运动来产生电流。根据光电探测器的不同结构和工作原理,可以分为光电二极管、光电倍增管、光电二极管阵列等几种类型。

光电二极管是最常见的一种光电探测器,它利用半导体的PN结构,当光子入射到PN结上时,光子的能量会激发电子-空穴对的产生,并产生电流。光电二极管具有响应速度快、噪声低等优点,广泛应用于数据通信、光纤传感等领域。

光电倍增管是一种能够将低能量光信号放大的探测器。它由光阴极、光电子倍增管、阳极等组成。当光子入射到光阴极上时,光阴极会发射出光电子,经过倍增管的电子倍增过程,最终形成一个很大的电流信号。光电倍增管具有高增益、高灵敏度等特点,广泛应用于光通信系统中的弱光检测和光波导测量。

光电二极管阵列是一种由多个光电二极管组成的阵列结构。它可以同时接收多个光信号,具有高分辨率、大动态范围等特点。光电二极管阵列广泛应用于光通信系统中的光分时复用技术、光时钟信号的检测等方面。

光电探测器在通信领域有着广泛的应用。首先,它可以作为接收器件,将光信号转化为电信号后再进行处理和解码。在光纤通信中,光电探测器是接收光信号的重要组成部分。它可以将传输的光信号转化为电信号,再经过放大、过滤等处理,最终恢复出原始的数据信息。

光波导的几何光学分析

光波导的几何光学分析

光波导的几何光学分析

光波导的几何光学分析是指通过光的几何传播规律对光波导的传输特

性进行分析。在光波导中,光通过介质的反射和折射来实现光的传输,几

何光学分析可以帮助我们理解光波导的传输机制和特性。以下是对光波导

几何光学分析的详细介绍。

首先,光波导的几何光学分析需要考虑折射率分布和几何结构对光的

传输影响。折射率定义为光在介质中传播时的速度与真空中传播速度的比值。在光波导中,通常使用一个核心层和一些包围核心层的包层来实现光

的传输。核心层的折射率通常高于包层和周围介质的折射率,这样可以通

过总反射的机制将光限制在核心层中传播。几何结构则包括波导的形状、

尺寸和材料的选择等。

其次,几何光学分析的一个重要问题是光的传输模式。在正常工作条

件下,光波导中有多个可能的传输模式,其中每个模式都对应着一种光的

传输情况。每个传输模式都有特定的光传输路径,即光的传输轴线,以及

对应的传输损耗。几何光学分析可以计算不同模式的传输损耗,并帮助选

择适合的模式进行光传输。

此外,几何光学分析还可以计算衍射效应对光的传输的影响。衍射是

一种波的传播现象,当光通过波导边缘或光波导中的几何结构时发生衍射。衍射会导致光在波导中发生偏折和扩散,从而增加传输损耗。几何光学分

析可以模拟和计算衍射效应,并对其进行优化和减小。

最后,几何光学分析在光波导的设计和优化中起到重要的作用。通过

对波导的几何结构、材料和折射率的选择进行合理的分析和计算,可以获

得最佳的光传输性能和最小的传输损耗。几何光学分析可以帮助选择合适

的波导尺寸和材料,以及优化光波导的形状和结构,以满足具体应用的要求。

光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法

光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法

光通信用高速直接调制半导体激光器的测量方法

光通信用高速直接调制半导体激光器是光纤通信中常用的一种光源。为了确保其性能稳定和可靠,需要对其进行一系列测量和测试。以下是关于光通信用高速直接调制半导体激光器的50条测量方法,并进行详细描述:

1. 光谱测量:使用光谱仪对激光器的输出光谱进行测量,以确定其中心波长和光谱纯度。

2. 输出功率测量:使用功率计测量激光器在给定电流和温度下的输出功率。

3. 波长调谐测试:控制激光器的温度和电流,测量其输出波长随温度和电流的变化情况。

4. 相位噪声测试:使用频谱分析仪测量激光器的相位噪声,以评估其可用于调制和解调的性能。

5. 调制带宽测试:通过测量激光器输出光的响应速度来评估其调制带宽。

6. 脉冲响应测试:通过输入脉冲信号,并测量激光器输出光的时间响应来评估其响应速度和脉冲特性。

7. 直接调制混频测试:将激光器输出光与微波信号混合,测量混频信号的特性,如幅度、频率和相位。

8. 噪声谐波测试:测量激光器输出光的噪声谐波情况,以评估其噪声特性。

9. 直接调制耦合效率测试:测量激光器输出光的耦合效率,即将光耦合到光纤中的能力。

10. 跳模测试:通过测量激光器输出光的跳模特性来评估其输出光的稳定性和功率峰值。

11. 温度稳定性测试:通过控制激光器的温度并测量输出光功率的变化来评估其温度稳定性。

12. 效率测试:测量激光器的效率,即输入电功率与输出光功率之间的比值。

13. 相位与频率特性测试:通过输入调制信号并测量其在激光器输出光中引起的相位和频率变化来评估其调制特性。

《集成光波导》课件

《集成光波导》课件
高速数据传输
低功耗通信
小型化与集成化
集成光波导技术能够降低光通信系统的功耗,延长设备使用寿命,尤其适用于远程和移动通信场景。
集成光波导可以实现光通信设备的微型化和集成化,减少系统体积和重量,便于携带和部署。
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集成光波导能够提高光传感器的灵敏度,实现对微弱光信号的精确检测。
高灵敏度传感
集成光波导传感器具有快速响应特性,能够实时监测环境参数的变化。
集成光波导的设计需要考虑多种因素,如波导的结构、尺寸、折射率等,以及器件的功能和性能要求。
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CHAPTER
集成光波导的制造工艺
清洗
去除光波导表面的污垢和杂质,确保表面干净。
涂覆
在光波导表面涂覆一层光敏材料,用于光波导的制造。
曝光
通过紫外线照射,使涂覆的光敏材料发生化学反应,形成光波导结构。
显影
集成光波导技术在光子计算、光学传感等领域具有重要应用价值,市场潜力巨大。
国内外政府和企业对光子技术的高度重视和支持,为集成光波导技术的发展提供了良好的机遇。
A
B
C
D
THANKS
感谢您的观看。
将未反应的光敏材料去除,留下光波导结构。
硬化
使光波导结构更加稳定和坚固。
检测
对制造完成的光波导进行检测,确保其性能符合要求。
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南昌大学实验报告

学生姓名:刘vv 学号:55023110vv 专业班级:vvvvvv

实验日期:2014/9/24 实验成绩:

光波导传输损耗的测量

波导薄膜中导波光的传输损耗是评价介质平板波导的一个重要参数。传统的测量光波导传输损耗的方法如截断法(Cut-Off Method)和滑动棱镜法(Prism Sliding Method)在测量准确性和方便性方面均存在着较大的问题,难以获得广泛的应用。采用CCD数字成像器件,通过数字成像对光波导内部的传输光强进行测量,可计算得到波导的传输损耗,该方法具有无损、高精度快速测量等优点。

[实验目的]

1.了解CCD数字成像法测量波导传输损耗的原理及实际的测量光路;

2.掌握用于去除散粒噪声的中值滤波图像处理技术;

3.通过传输曲线的拟合计算传输衰减系数。

[实验原理]

1.损耗机理

光波导器件传输损耗主要由以下因素产生:波导材料的散射和吸收引起的损耗;基片的表面光洁度受到抛光工艺的限制;界面的不规则导致导模与辐射模间的耦合而引起的损耗;波导表面弯曲,引起能量辐射造成损耗。

2.测量原理

真实波导由于界面不平整以及波导内部杂质散射,使导模转变为辐射模。可以认为:某一位置散射出来的光强主要受到该点的传输光强、界面不平整程度、杂质多少的影响。整块波导是在特定条件下一次性制备,后两个因素的影响可以认为在整块波导中平均分布,即使由于杂质大小有涨落而出现某点散射光特别强,也可以在后期图像处理中采用数字滤波技术加以消除。因此,散射光强将只和该处的实际传输光强成正比。据此,可以采用数字成像器件CCD对传输线上各点的散射光强进行记录,转换成内部传输光强,拟合出传输衰减曲线并计算衰减系数。

CCD摄像头介绍

电荷耦合器件(Charge Coupled Device )简称CCD 。它是七十年代以来发展起来的一种新型高集成度半导体器件。其基本结构是紧密排列的MOS 电容阵列。工作时,这种MOS 电容在时序脉冲的作用下,实现电荷的存储和转移。CCD 具有工作电压低、功耗小、体积小、抗电磁能力干扰强、噪声低、灵敏度高等一系列特点,在摄像、模拟信号处理和数字存储等领域发挥着日益重要的作用。

CCD 的主要应用之一是作为固体成像器件,其成像原理如下。光子入射于CCD 阵列上产生电子-空穴对,电子在存储电极的作用下,会聚成电荷包,电荷包的分布与景物光强成正比,相当于把外景成像在器件上。当时钟脉冲电压加到电极上时,电荷包从一个存储单元转移到另一个存储单元,并从输出二极管依次输出。CCD 的这种自扫描特性使得只需定时加入行同步和帧同步信号就可以实现实时的视频信号输出,从而达到摄像的目的。

3.图像噪声的消除

在波导传输线静态数字照片上,对传输光强分布进行研究,发现波导杂散光十分明显,如图1,杂散光相当于噪声必须消除,否则将给传输衰减系数的计算带来很大的误差。

消除数字图像噪声的方法有很多种,本文采用的是均值滤波算法。该算法相当于一个低通滤波器,图像上的每一点均被周围点的加权平均值来代替。即:

(2.1)

ν (m ,n )和y (m ,n )分别是处理前和处理后的图像, W 是一个确定大小的窗口,a (k ,l )是各点的权重函数。通常的空间均值滤波对各点设置相同的权重,由(2.1)可得

(2.2)

即:(,)1w a k l N =,w N 是窗口W 中的像素数目。对应于窗口大小为3的空间均值滤波掩

R e l a t i v e I n t e n s i t y

图1 CCD 拍摄原始图

(a)原始照片 (b)传播路径上的散射光强分布

模图如图2。

4.传输损耗的计算

经过空间均值滤波的处理,得到了一条传输衰减曲线。有损耗的导模功率随传播距离的衰减可表示为:

(2.3) 其中P0是z=0处的初始入射光强,P z是z=z处的传输光强,衰减系数α定义为:

(2.4)

(2.5) L就是所关心的光波导传输损耗。因此我们所需要拟合的是一条指数衰减曲线。通过参数变换,可将非线性回归转化为线性回归,设待拟合曲线方程为:

(2.6) 令:

(2.7) 则:

(2.8)

根据线性回归的回归系数计算公式计算出a’、b’后,即可得到待定系数a、b,从而计算出传输衰减系数。

[实验仪器及装置]

实验仪器:半导体激光器(650nm)、偏振棱镜,透镜,透镜耦合实验台;待测离子交换光波导片;数字成像CCD和数据采集系统(包括电脑、专用软件)。实验装置如图3所示。

图2 空间均值滤波掩模(,)

a k l

图3 实验系统与光路

[实验内容与测量]

为了能够更方便地进行波导传输损耗的测量,本实验设计了一个专用测量软件如图4所示。该软件把数字图像处理、衰减曲线拟合及波导损耗计算集成在一起,对波导传输损耗进行测量。

图3 光波导传输损耗测量计算机工作界面

1.波导传输线的调整

实验光路如图3,调整光路,区分传输模和辐射模的不同,调出波导的传输模。

2.波导传输线拍摄

用CCD对波导内传输线进行拍摄。CCD把拍摄到的景物转换成视频信号输出,图像采集卡对信号进行帧提取,并以数据文件的形式存储在计算机的硬盘上。图像板还能对输入信号进行实时处理并回显,为拍摄提供了监视手段,这一切都是利用软件通过对端口编程来实现的。

3.图像的定标

将保存的波导传输线静态数字照片调出,在波导传输线上选中两点,测量两点间对应的波导片上的距离,输入计算机。

4.图像噪声的消除

在波导传输线静态数字照片上,对传输线的光强分布进行滤波,消除波导杂散光带来的噪声,减少传输衰减系数的计算带误差。用鼠标选定传输线滤波的范围,点击“滤波”菜单按钮,计算机采用均值滤波算法依照程序对图像进行滤波处理,消除图像的噪声。

5.传输损耗的计算

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