集成光无源器件
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等人在
声光集成器件
共线模式转换型声光集成器件
非共线布拉格衍射型声光器件
声光相互作用在
1922年由Brillouin提出并在几十年后被实验所验
证。激光器的发明和高频声学的研究再次引起
了人们对声光相互作用的兴趣。这是因为可以 利用声波对光波进行调制、开关以及对光束传 播方向进行控制。这些声波对光波的控制作用 可以广泛应用到光的传输、显示和光学信息处 理过程中。根据声波（通常利用声表面波）与 光波作用的形态，可以大致分为共线型和非共 线型声光集成器件。
磁光隔离器和环行器
波导型磁光隔离器
作用：光信号在信道中传输时在连接处会出现反向传输的干扰光，这类反向光的存在 导致光路系统间产生自耦合效应，使激光器的工作变得不稳定和产生系统反射噪声， 使光放大器增益发生变化和产生自激振荡造成整个光纤通信系统无法正常工作。而磁 光隔离器可以隔离这种反向光，从而提高了传输系统的可靠性。 原理：沿轴向磁化的环形永久磁铁和置于其中的磁光材料构成一个45° 法拉第旋转器; 起偏器与检偏器的通光方向也成45° 角。根据马吕斯定理，光束通过法拉第旋转器后 光强度将变为I=I0e^(αL)cos^2（β± θFL） 式中I0为输入光强度；β为起偏器与检偏器之间 的夹角；α为磁光材料的 吸收系数；L为磁光材料的样品长 度；θF为法拉第旋转系数（单位长 度的法拉第旋转角）。 由此可得正向传光的输出光强度为 If=I0e^(αL)cos^2（0° ）=I0e^(αL)； 反向传输的输出光强度为 If=I0e^(αL)cos^2（90° ）=0 从而达到正向通过反向隔离的目的
Y
分支热光数字光开关
通过加热Y分支的两个输出分支，造成其折射率改变，其结果是光功率在两个输 出分支之间分配，在适当的设计下，通过加热调节两个分支在波传输的相速度， 便可能使光功率从一个分支转移到另一个分支，实现路由开关作用。 之所以被称为“数字”光开关，是因为这种开关左用的特点是，输出的光强与加 热电压之间的依赖关系呈现出阶跃函数的性态。这一特性大大降低了对开关电压 控制精度的要求。另外，Y分支数字开关也可以设计为基于电光效应的工作原理 。 设计要求：这种光开关要求输出分支波导的折射率变化较大，且分支臂夹角很小 （一般在零点几至零点零几度）。
集成光无源器件
• 根据光无源器件中的物理效应不同，将这些 器件分为电光集成、声光集成、热光集成和 磁光集成。 • 集成光无源器件的特点：1.体积小、重量轻 、集成度高。2.机械性能及环境性能好。3. 容易精确控制、重复性好。4.制作工艺与集 成电路工艺相兼容，可以方便与其他光电子 集成器件集成于一个村底上，实现单片集成 的目的。5.虽然前期投入较大，但是在工艺 成熟后很容易大批量生产，从而大大降低单 个器件的成本。
• Inoue 1988年采用集成光波导型的马赫曾德干涉 仪制成带宽为5GHz，复用间隔为0.04的波导型频 分复用器。1994年，Bures证明采用单模马赫曾 德干涉仪可作波分复用器，其波长复用间隔可以 小到1mm左右。近些年的马赫Baidu Nhomakorabea德干涉仪型光电 开关与调制器原理相同，主要是在材料和制作工 艺方面做改进。
共线模式转换型声光集成器件
共线集成声光波长选择器件基本结构单元：声光TE— TM模式转换器和偏振分束器
通过两种基本结构单元相组合，能够实现波长分波器、 滤波器。波长选择开关和分/插复用器等
这类声光器件的TETM光波模转换作用由声表面波引起 的。声表面波利用在压电材料上制作的叉指转换器通过 电—声转换获得。声表面波的频率决定了能发生偏振膜 转换的光波长，从而实现了光波长的选择。
波导型磁光环形器
热光开关和调制器
马赫曾德干涉仪型热光开关和调制器 原理：入射光进入马赫曾德干涉仪后，经过一个3dB耦合器将入射光分成两束等 功率光束并沿两个分支传播，其强度分别为I1和I2。在经过调制区时，如果由于 热光效应导致一个分支波导内的折射率变化△n，使两光束出现相位差△φ，则输 出端口的输出光强为Iout =（I1+I2）/2+sqrt（I1*I2）cos(△φ)。 最大转换效率为ηmax =（Iout）max/（Iout）=[sqrt(I1)-sqrt(I2)]/[sqrt(I1)+sqrt(I2)] 如果马赫曾德干涉仪的两个分支波导的相位差为0，则在第二个3dB耦合器处两 束光干涉时振幅叠加，输出最强；如果两个波导臂的相位差为π，则在第二个 3dB耦合器处两束光干涉相消，输出最小，甚至可能为0。因此只要控制马赫曾 德干涉仪两个波导臂的相位差在0和π之间发生转换， 就可以控制开关状态，实现开关功能。 3dB耦合器可以是Y分支、定向耦合 器，也可以是基于多模干涉（MMI）的 耦合器，其中基于多模干涉的热光开关 和调制器的研究最为广泛。
电光集成器件
马赫曾德干涉仪
马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪调制器因其结构简单 、全光型的结构优点,被广泛应用。在材料选择上,铌酸 锂(LiNbO3,LN)光子线因具有优良的电 光、声光以及非线性光学特性,并且很容 易受稀土元素离子掺杂得到激光活性,已 经成为集成光学研究 的目标。
原理图：
声光集成器件
共线模式转换型声光集成器件
非共线布拉格衍射型声光器件
声光相互作用在
1922年由Brillouin提出并在几十年后被实验所验
证。激光器的发明和高频声学的研究再次引起
了人们对声光相互作用的兴趣。这是因为可以 利用声波对光波进行调制、开关以及对光束传 播方向进行控制。这些声波对光波的控制作用 可以广泛应用到光的传输、显示和光学信息处 理过程中。根据声波（通常利用声表面波）与 光波作用的形态，可以大致分为共线型和非共 线型声光集成器件。
磁光隔离器和环行器
波导型磁光隔离器
作用：光信号在信道中传输时在连接处会出现反向传输的干扰光，这类反向光的存在 导致光路系统间产生自耦合效应，使激光器的工作变得不稳定和产生系统反射噪声， 使光放大器增益发生变化和产生自激振荡造成整个光纤通信系统无法正常工作。而磁 光隔离器可以隔离这种反向光，从而提高了传输系统的可靠性。 原理：沿轴向磁化的环形永久磁铁和置于其中的磁光材料构成一个45° 法拉第旋转器; 起偏器与检偏器的通光方向也成45° 角。根据马吕斯定理，光束通过法拉第旋转器后 光强度将变为I=I0e^(αL)cos^2（β± θFL） 式中I0为输入光强度；β为起偏器与检偏器之间 的夹角；α为磁光材料的 吸收系数；L为磁光材料的样品长 度；θF为法拉第旋转系数（单位长 度的法拉第旋转角）。 由此可得正向传光的输出光强度为 If=I0e^(αL)cos^2（0° ）=I0e^(αL)； 反向传输的输出光强度为 If=I0e^(αL)cos^2（90° ）=0 从而达到正向通过反向隔离的目的
Y
分支热光数字光开关
通过加热Y分支的两个输出分支，造成其折射率改变，其结果是光功率在两个输 出分支之间分配，在适当的设计下，通过加热调节两个分支在波传输的相速度， 便可能使光功率从一个分支转移到另一个分支，实现路由开关作用。 之所以被称为“数字”光开关，是因为这种开关左用的特点是，输出的光强与加 热电压之间的依赖关系呈现出阶跃函数的性态。这一特性大大降低了对开关电压 控制精度的要求。另外，Y分支数字开关也可以设计为基于电光效应的工作原理 。 设计要求：这种光开关要求输出分支波导的折射率变化较大，且分支臂夹角很小 （一般在零点几至零点零几度）。
集成光无源器件
• 根据光无源器件中的物理效应不同，将这些 器件分为电光集成、声光集成、热光集成和 磁光集成。 • 集成光无源器件的特点：1.体积小、重量轻 、集成度高。2.机械性能及环境性能好。3. 容易精确控制、重复性好。4.制作工艺与集 成电路工艺相兼容，可以方便与其他光电子 集成器件集成于一个村底上，实现单片集成 的目的。5.虽然前期投入较大，但是在工艺 成熟后很容易大批量生产，从而大大降低单 个器件的成本。
• Inoue 1988年采用集成光波导型的马赫曾德干涉 仪制成带宽为5GHz，复用间隔为0.04的波导型频 分复用器。1994年，Bures证明采用单模马赫曾 德干涉仪可作波分复用器，其波长复用间隔可以 小到1mm左右。近些年的马赫Baidu Nhomakorabea德干涉仪型光电 开关与调制器原理相同，主要是在材料和制作工 艺方面做改进。
共线模式转换型声光集成器件
共线集成声光波长选择器件基本结构单元：声光TE— TM模式转换器和偏振分束器
通过两种基本结构单元相组合，能够实现波长分波器、 滤波器。波长选择开关和分/插复用器等
这类声光器件的TETM光波模转换作用由声表面波引起 的。声表面波利用在压电材料上制作的叉指转换器通过 电—声转换获得。声表面波的频率决定了能发生偏振膜 转换的光波长，从而实现了光波长的选择。
波导型磁光环形器
热光开关和调制器
马赫曾德干涉仪型热光开关和调制器 原理：入射光进入马赫曾德干涉仪后，经过一个3dB耦合器将入射光分成两束等 功率光束并沿两个分支传播，其强度分别为I1和I2。在经过调制区时，如果由于 热光效应导致一个分支波导内的折射率变化△n，使两光束出现相位差△φ，则输 出端口的输出光强为Iout =（I1+I2）/2+sqrt（I1*I2）cos(△φ)。 最大转换效率为ηmax =（Iout）max/（Iout）=[sqrt(I1)-sqrt(I2)]/[sqrt(I1)+sqrt(I2)] 如果马赫曾德干涉仪的两个分支波导的相位差为0，则在第二个3dB耦合器处两 束光干涉时振幅叠加，输出最强；如果两个波导臂的相位差为π，则在第二个 3dB耦合器处两束光干涉相消，输出最小，甚至可能为0。因此只要控制马赫曾 德干涉仪两个波导臂的相位差在0和π之间发生转换， 就可以控制开关状态，实现开关功能。 3dB耦合器可以是Y分支、定向耦合 器，也可以是基于多模干涉（MMI）的 耦合器，其中基于多模干涉的热光开关 和调制器的研究最为广泛。
电光集成器件
马赫曾德干涉仪
马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪调制器因其结构简单 、全光型的结构优点,被广泛应用。在材料选择上,铌酸 锂(LiNbO3,LN)光子线因具有优良的电 光、声光以及非线性光学特性,并且很容 易受稀土元素离子掺杂得到激光活性,已 经成为集成光学研究 的目标。
原理图：