2009光纤光学6-2_lesson 14

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逆序传输
• • ••

由2端口向1端口传输的光，首先由block B进行分光，两束 互相正交的偏振光经45°法拉第旋光片与互易旋光片后，两 束光的偏振态维持不变，由block B输出后，两光束通过反 射棱镜和偏振分光镜作合并，最终由3端口输出。
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应用
应用光环形器构成单纤双向传输
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偏振相关光隔离器



自然偏振光入射功 率损耗50％! 与起偏方向垂直的 偏振光入射损耗100 ％！. 随机偏振光入射带 来严重的偏振噪声!
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偏振无关光隔离器


将入射的任意偏 振光分解为两束 相互正交的线偏 振光； 分别处理这两束 线偏光； 再将经过处理的 两束线偏振光合 束输出。
1 1
P1
1
P2
1
1 2
0.5
2
P4
0
R (z)=sin (K (z))
2
2 2
2
-0.5
两个波长从P1, P4端口输入,在同一个输出端口P2输出
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光纤耦合器WDM
(1)对EDFA注入光功率（泵浦光＋信号光） (2)对简单的 WDM系统作波长分离 (3)对DWDM系统增加管理信道
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经L长度的传输之后，耦合到2号光纤中的光信号功 率为 2
sin KL 2 L 2 2 * P2 SS KL KL 2 L 2
仍在1号光纤中传输的光信号功率为
P RR* cos2 1
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同轴结构光隔离器
•• ••
1 2 3
••
••
• • ••
••
••
1、3： 偏振分束镜：YVO4双折射晶体（“Walk-off”） 2： 非互易的法拉第旋光片与光互易的玻片
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应用

高速光通信系统中的DFB激光器的光隔离 光放大器中的光隔离 光纤环行腔中的单向器。
L2 sin 2 KL2 L2 KL L KL2 L2
2 2
2 2
耦合效率
sin KL L SS KL KL 2 L 2
* 2

2
1 2
0
s sin KL
2
p 2 2 2 2m 1 KL 4
2
1
2 0 1 pL 0
mp
2
KL
2

0
非对称耦合器可用来将两种波长和的光信号耦合进同一 根光纤中传输
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1XN 耦合器
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Tap 耦合器


从主干线传输光信号功率中分出一小部分 光功率供监控等应用； 典型分光比 : 99:1 或 1% tap耦合器。
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星型耦合器
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图1
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§6.3 光隔离器与环行器
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1. 光隔离器

光隔离器是一种光的非互易传输器件，只 允许光波沿着一个方向传输，而光的另一 个方向的传输是禁止的。也就是说，光信 号沿着指定正方向传输时损耗低，光路被 接通；光信号沿着反方向传输时损耗大， 光路被阻断。
不同波长光信号的耦合(分波)
1.5
P1
R1(z)=cos (K1z)
1
2
2
R2(z)=cos (K2z)
2
2
P2
1 2
0.5
1
2
0
P3
-0.5
两个波长从输入端口P1输入,分别在输出端口P2,P3输出
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不同波长光信号的耦合(合波)
1.5
R2(z)=cos2(K (z))


失谐系数：nm/2 耦合系数: K
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耦合波方程组的解
边界条件:R(0)=1,S(0)=0
R cos( K z )
2 2
j K2 2
2 2
sin( K 2 2 z )
S
jK K
2 2
sin( K z )
性 能 参 数
5. 回波损耗：沿输入光路返回的光功率与输入光功率之比
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制备工艺
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课堂习题（8）
1. 自聚焦透镜与球透镜成象的异同点?常用的自聚焦 透镜有哪几种? 2. 如图1所示的光纤耦合器 ,L为1/2耦合长度,计算① input 1=100mw, input 2=0mw求 output 1,output 2 各为多少? ②input1=50mw, input2= 50mw,且波长 相同,求output1 为多少?
P4
P3
0
S (z)=sin (Kz)
-0.5
2
2
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光互易定理
当耦合器的参数相同时 (1)相同波长间的耦合总是会引入3dB(50%)损耗 (2)不可能利用光纤耦合器将两个光纤的相同波长光 信号功率耦合到同一根光纤之中！
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两光纤参数不同时，耦合比将不但与耦合长 度有关，还和信号波长有关
– 耦合长度的波长相关性
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相同波长光信号耦合
1.5
R(0)=1,S(0)=0
P1
R (z)=cos (Kz)
1
2 2
P2
0.5
=0， R2(z)=cos2(Kz) S2(z)=sin2(Kz) 耦合长度: Lc=p/2K 功率100%耦合
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•• •
•

对于从1端口向2端口传输的光，由端口1输入的光，被第一双 折射镜(block A)分成偏振方向互相正交的两束光，这两束光 经45°法拉第旋光片与互易旋光片后，偏振方向均发生90° 的旋转，在第二双折射镜(block B)处，两光束再次折射并合 成，由2端口输出。
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3 2 1 Circulator
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Optical Fiber
应用光环形器组成光反射镜
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法拉第平行于磁场方向 通过介质时，入射的平面偏振光的振动方向就会 发生旋转，转移角度的大小与磁光介质的性质、 光程和磁场强度等因素有关。 磁光效应的非互易性: 光波的偏振方向总是沿与磁 场（H）方向构成右手螺旋方向旋转，而与光波的 传播方向无关。当光正、反方向两次通过法拉第 旋光片时，偏振方向旋转角度将迭加而不抵消。 磁光效应的基本材料 :钇铁石榴石（YIG： Yttrium-Iron-Garnet）、康宁（Corning）8363 号玻璃等
平行光纤之间的耦合
E1 r, t A1 z ei1z e1 r eit
i2 z
E2 r, t A2 z e
e2 r e
it
1号光纤
dA1 z A2 z K12 exp i 2 z dz dA2 z A z K exp i 2 z 1 21 dz
§6.2 光纤定向耦合器
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§6.2.1 耦合器的基本知识
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耦合器的分类
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§6.2.2 耦合器的工作原理
两光纤的纤芯很接近时，光场导致 介质极化，模场互相渗透，发生耦合
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2. 光环形器

光环形器总是使得光沿着 规定的路径进行传输，即 从器件的1端口输入，2端 口输出；由2端口输入， 就由3端口输出，由3端口 输入，就由4端口输出， 由4端口输入，就由1端口 输出。
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顺序传输
••
••
••
d
nc01 nc1 nc1 nc02 z
2号光纤
A1 z R z e iz iz A2 z S z e
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平行光纤之间的耦合

耦合波方程组： dR/dz- jR = -jKS; dS/dz+ jS = -jKR AmR exp(-jz); An S exp(jz)
可以通过控制平行光纤的长度以及两光纤间距来控制耦合比
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耦合长度


耦合长度定义为对于确定波长的光信号功率从一 根光纤100%耦合进入另一根光纤的最小长度。 光信号功率耦合的强弱以及耦合长度取决于两光 纤纤芯的间距，间距越大耦合耦合长度就越长。 耦合长度与传输的波长也紧密相关！不同波长的 光具有不同的耦合长度。
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两参数相同光纤的耦合
0，R2(z)=cos2(Kz)

n2 2a n1 n2 n1 n2

S2(z)=sin2(Kz) 耦合长度 ： Lc=p/2K 耦合系数 ：
2
d
2a
0 U K 0 Wd / a K 2 2 2 2pn a V K1 W
sin KL pL / 0 0 KL KL 2 pL / 0 2 0 2
2 2 2 2

2
1 0 1 pL 0
2
2