集成光无源器件
光无源器件介绍范文
光无源器件介绍范文光无源器件是指无需外界能源输入即可以产生、控制、处理或传输光信号的器件。
它们在光通信、光传感、光储存、激光装置等领域具有重要应用价值。
本文将详细介绍几种常见的光无源器件，包括光纤、光栅、偏振器件、光耦合器件和光探测器等。
首先，光纤是一种常见的光无源传输介质。
它具有优异的光学特性，可以实现长距离、高速、低损耗的光信号传输。
光纤通信系统中的核心部件就是光纤。
光纤根据其结构可以分为多模光纤和单模光纤。
多模光纤通常用于短距离通信，而单模光纤适用于长距离通信。
光纤的制作工艺和材料技术的不断进步使得光纤通信系统性能不断提升。
其次，光栅是另一种常见的光无源器件。
光栅是在光介质中周期性变化的折射率结构，可以对入射光进行衍射和反射。
光栅可以用于光谱分析、光信号处理和光波波长选择等应用。
根据光栅的结构可以分为吸收光栅和反射光栅。
吸收光栅通过调整折射率分布来实现频率选择，反射光栅则通过反射光波形成波束宽度调制。
光栅可以实现光信号的分光、滤波和耦合等功能。
再次，偏振器件是用于控制和调整光波偏振状态的器件。
偏振器件根据其工作原理可以分为吸收式偏振器、分束偏振器和光学偏振调制器。
吸收式偏振器通过吸收非期望偏振分量来实现偏振分离。
分束偏振器通过折射率分布的改变实现光波的分离。
光学偏振调制器则通过改变材料的光学特性或施加电场来调制光的偏振状态。
其次，光耦合器件用于实现不同光波的耦合和分离。
光耦合器按照其结构和工作原理可分为分离型光耦合器和集成型光耦合器。
分离型光耦合器通过光波的反射和折射实现光波的耦合。
集成型光耦合器则通过光导波结构的耦合来实现不同波长光波的耦合和分离。
光耦合器为光通信和光传感等系统提供了重要的互连和耦合功能。
最后，光探测器是一种用于接收光信号并转换为电信号的器件。
根据工作原理，光探测器可分为光电二极管、光电导探测器和光电子倍增器等。
光电二极管是最常见的光探测器，它利用内建电场将吸收的光电子转化为电流。
光无源器件的技术分析
光无源器件的技术分析光无源器件是指在光通信和光网络中，不需要外部能量输入就能起作用的光学器件，例如光纤、分光器和波长分复用器等。
这些器件在光通信和光网络中起着至关重要的作用，它们的性能直接影响到整个系统的性能和稳定性。
本文将对光无源器件的技术进行分析，探讨其应用领域、性能特点和发展趋势。
一、光无源器件的应用领域光无源器件广泛应用于光通信和光网络领域，包括光纤通信系统、光纤传感系统、光纤传输系统、光纤传感测量系统等。
在光纤通信系统中，光纤作为光信号的传输介质，承担着传输和接收光信号的任务；而分光器和波长分复用器等器件则用于对光信号进行分配、合并和波长分复用。
在光纤传感系统中，光纤传感器借助于光无源器件对光信号进行传输和检测，实现对环境参数的实时监测。
二、光无源器件的性能特点1. 低损耗：光无源器件在光信号的传输和处理过程中，尽可能地减少能量损耗，保证光信号的传输稳定和可靠。
2. 增益均匀：光无源器件对光信号进行分配、合并和波长分复用时，能够保持光信号的增益均匀，保证传输系统的性能稳定。
3. 高灵敏度：光无源器件在提取和传输光信号时，对光信号的灵敏度高，能够快速、准确地传输光信号。
4. 高波长选择性：光无源器件对不同波长的光信号具有高度的选择性，能够对不同波长的光信号进行准确的分配和合并。
5. 高可靠性：光无源器件的制作工艺和材料选择经过严格的筛选和测试，保证其在光通信和光网络系统中具有高可靠性和长寿命。
三、光无源器件的发展趋势1. 高性能化：随着光通信和光网络技术的不断发展，光无源器件的要求也越来越高，未来光无源器件将不断追求更高的性能，包括更低的损耗、更高的增益均匀性、更高的波长选择性和更高的可靠性。
2. 多功能化：未来光无源器件将趋向于多功能化，能够实现多种功能的器件，例如光纤传输系统中的光纤分光合并器将具有分光、合并和波长分复用的功能。
3. 集成化：随着微纳光电子器件和光学集成技术的不断发展，未来光无源器件将趋向于集成化，实现多种功能的集成器件。
光通信：第04章常用光无源器
光隔离器的应用场景
光隔离器是一种用于防止光信 号反方向传输的无源器件，主 要用于光纤放大器和激光雷达 等光通信系统。
在光纤放大器中，光隔离器可 以防止反向传输的光信号对放 大器的工作产生干扰，提高系 统的稳定性。
在激光雷达中，光隔离器可以 防止反向传输的光信号对激光 源的工作产生干扰，提高系统 的测量精度。
光通信第04章常用光无源器
contents
目录
• 光无源器件概述 • 常用光无源器件 • 光无源器件的工作原理 • 光无源器件的应用场景 • 光无源器件的挑战与解决方案
01 光无源器件概述
定义与分类
定义
光无源器件是指那些在光通信网络中 ，不需要外部电源直接驱动，只起到 传输、控制或变换光信号作用的器件 。
光衰减器的工作原理
光衰减器是一种用于降低光信号 强度的器件，它可以通过吸收或 散射等方式将光信号能量损耗掉
一部分。
光衰减器通常由光学玻璃、陶瓷 等材料制成，其结构可分为均匀
损耗和渐变损耗两种类型。
光衰减器在光通信系统中主要用 于调整光信号的功率、测试光路 的损耗以及保护光接收器件等。
光分路器的工作原理
光环形器的应用场景
光环形器是一种用于实现光信 号环形传输的无源器件，主要 用于光纤传感和激光雷达等光
通信系统。
在光纤传感中，光环形器可 以将多个传感光纤环形连接 在一起，实现多点同时测量
和数据采集。
在激光雷达中，光环形器可以 将多路激光信号环形连接在一 起，实现多目标同时测量的功
能。
05 光无源器件的挑战与解决 方案
应用
WDM系统等领域。
03 光无源器件的工作原理
光纤连接器的工作原理
光纤连接器是用于连接两根光纤的器件，通过精确对准光纤的纤芯和包层，实现光 信号的传输。
列举集成电路中常用的无源器件和有源器件
列举集成电路中常用的无源器件和有源器件
哎呀，各位朋友，今儿咱来摆摆龙门阵，说说集成电路里头那些个常用的无源器件和有源器件。
咱们就用四川话、贵州话、陕西话和北京话，混搭着来，看看能不能把这事儿说清楚。
咱先从无源器件开始说。
这无源器件啊，就像咱们贵州的酸菜鱼，虽然看着平淡无奇，但没了它，那味道就少了点啥。
就像电阻，它就像那酸菜，虽然不起眼，但电路里头少了它，那电路就转不动了。
电容呢，就像那鱼，存得住电，放得出来，才能让电路运行得更稳当。
电感则是那汤底，虽然看不见摸不着，但没了它，那味道就少了点醇厚。
再说说有源器件。
有源器件啊，就像咱们陕西的油泼面，有了油、面、调料，那味道才叫一个香。
二极管就像那辣椒，虽然有点辣，但正是这点辣，让电路有了方向性。
三极管就像那面条，能放大电流，让电路更加强劲。
而集成电路里的那些个放大器、振荡器，就像那油泼面的调料，让电路的功能更加丰富多样。
咱再说说北京话儿。
无源器件和有源器件，这就好比咱老北京的炸酱面，那炸酱就是有源器件，给面条儿添味儿；面条儿就是无源器件，承载着炸酱的味道。
少了炸酱，面条儿就没那么有味儿了；少了面条儿，那炸酱也没地儿去了。
所以说啊，这无源器件和有源器件，在集成电路里头，那就是一个都不能少。
哎呀，今儿咱这混搭方言说了这么多，也不知大家听明白了没。
总之啊，集成电路里头这些个无源器件和有源器件，都是各有各的用处，少了哪个都不行。
咱们得好好了解它们，才能让电路运行得更稳当、更顺畅。
光无源器件技术综述
光无源器件技术综述万助军中科院上海微系统与信息技术研究所博士生上海上诠光纤通信设备有限公司技术顾问光无源器件是光纤通信中不可或缺的部分，本文综合介绍各种光无源器件技术原理、特摘要：光纤准直器设计等°减反射角、点以及部分工艺考虑，内容包括高斯光束能量耦合、光纤头的8单元技术和光纤连接器、晶体光学器件、波分复用器、光开关等器件技术，希望对从事光无源器件设计和制造的工程师有参考作用。
FBT关键词：光无源器件，准直器，隔离器、环形器、光开关、言绪一.适应信息社会对通信容量的要求，光纤通信已经取代电子通信。
低损耗光纤、半导体激使光纤通DWDM+EDFA光器和掺铒光纤放大器是使光纤通信成为可能的三个关键因素，而信容量得到空前扩展。
在光纤通信系统中，各种光无源器件扮演着不可或缺的角色，本文将[1]综合介绍各种光无源器件技术原理及特点。
下文的组织结构是，第二部分介绍光无源器件中用到的基础知识和单元技术；第三部分对光纤连接器的一些特性进行分析；第四部分介绍各种晶体光学器件的结构、原理和发展情况；第五部分介绍波分复用器的原理和结构；第六部分介绍各种光开关的原理、结构和特点；第七部分介绍各种光衰减器的原理、结构和特点；第八部分介绍光纤熔融拉锥器件的基本原理和各种具体器件的实现方式；第九部分为全文总结。
需要说明的是，限于本文作者的知识水平和研究经历，对某些技术有较深入的分析，如型波分复用器和光纤熔融拉光纤头、光纤准直器、光纤连接器、光隔离器、光环形器、Filter、光开关和可调光衰减器等，这锥器件等，对某些技术则大致介绍结构和原理，如Interleaver些都是为了聊补本文的完整性，以顶住光无源器件技术综述这顶帽子。
考虑本文的读者对象是从事光无源器件设计和制造的工程师，作者尽量少用复杂的公式，但在某些场合，公式有50个公式。
助于理解问题和说明一些重要结论，因此本文中仍出现多达基础知识和单元技术二.高斯光束的能量耦合1.在尾纤为单模光纤的光无源器件中，光束可用高斯近似处理，器件的耦合损耗可用高斯光束之间的耦合效率进行分析。
光无源器件常见问题解答
光无源器件常见问题解答[光迅科技]什么叫光无源器件?光无源器件是一种不必借助外部的任何光或电的能量，由自身能够完成某种光学功能的光学元器件，其工作原理遵守几何光学理论和物理光学理论，各项技术指标、各种计算公式和各种测试方法与纤维光学和集成光学息息相关。
光无源器件如何分类?光无源器件可根据其制作工艺和所具备的功能进行分类。
光无源器件根据不同的制作工艺可分为纤维光学无源器件和集成光学无源器件；光无源器件按其具备的不同功能可分为光连接器件、光衰减器件、光功率分配器件、光波长分配器件、光隔离器件、光开关器件、光调制器件等等。
评价光无源器件有哪些主要技术指标?评价光无源器件的主要技术指标包括：插入损耗、反射损耗、工作带宽、带内起伏、功率分配误差、波长隔离度、信道隔离度、信道宽度、消光比、开关速度、调制速度等等。
不同的器件要求有不同性质的技术指标。
但是，绝大多数的光无源器件都要求插入损耗低、反射损耗高、工作带宽宽等。
如何评价光无源器件的可靠性?评价光无源器件的可靠性是依据光无源器件的性能在高温、低温、高低温循环、冲击、振动、高温老化、湿度、盐雾等环境条件下的变化状况。
根据相关标准要求的各种环境条件下，光无源器件的各项光学技术指标的变化越小，其可靠性越高。
何谓掺铒光纤放大器?掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier ，缩写为EDFA)是90年代开始在光纤传输系统中应用的新型器件，它的推广应用为光纤通信技术带来了一场革命。
掺铒光纤主要在1.55um波段的应用的有源光纤的研究基础上发展起来的。
前期的工作是研究光纤激光器和研究掺稀土元素光纤，后来发现了在光纤中掺铒元素能够实现放大的作用，其工作波长对应于光纤的1.55um传输波长，人们用掺铒光纤制作成功掺铒光纤放大器。
何谓CATV用掺铒光纤放大器？它的应用状况如何？在近几年来，光纤CATV系统特别是1500nm光纤CATV系统包括模拟系统和数字系统在我们国家迅速发展，掺铒光纤放大器在光纤CATV系统中也得到了广泛应用。
集成电路中的有源与无源器件
硅片制造厂的分区概述
扩散 扩散区一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的区域，扩散区的主要 没备是高温扩散炉和湿法清洗设备。高温扩散炉可以在近1200℃的高温下 工作，并能完成多种工艺流程，包括氧化、扩散、淀积、退火以及合金。 湿法清洗设备是扩散区中的辅助工具。硅片在放人高温炉之前必须进行彻 底地清洗，以除去硅片表面的沾污以及自然氧化层。 光刻 使用黄色荧光管照明使得光刻区与芯片厂中的其他各个区明显不同。 光刻的目的是将电路图形转移到覆盖于硅片表面的光刻胶上。光刻胶是一 种光敏的化学物质，它通过深紫外线曝光来印制掩膜版的图像。光刻胶只 对特定波长的光线敏感，例如深紫外线和白光，而对黄光不敏感。光刻区 位于硅片 厂的中心。因为硅片从硅片制造厂的所有其他区流入光刻区。由 于在光刻过程中缺陷和颗粒可能进入光刻胶层，沾污的控制 显得格外重要。 光刻掩膜版上的缺陷以及步进光刻机上的颗粒 能够复印到所有用这些设备 处理的硅片上 。
CMOS制作步骤
形成n阱的5个主要步骤：
(1)外延生长 硅片在到达扩散区之前已经有了一个薄的外延层。外延层与衬 外延生长 底有完全相同的晶格结构，只是纯度更高，晶格缺陷更少而已。外延层已经 进行了轻的p型杂质（硼）掺杂。 (2)原氧化生长 硅片漂洗、甩干之后放人高温（1000℃）炉中。工艺腔中通 原氧化生长 入氧气使之与硅发生反应，得到大约150Å的氧化层。这一氧化层主要有以下 作用：1）保护表面的外延层免受沾污，2）阻止了在注入过程中对硅片过度 损伤，3）作为氧化物屏蔽层，有助于控制注人过程中杂质的注人深度。 (3) 第一层掩膜，n阱注人 预处理硅片的上表面涂胶、甩胶、烘焙。传送装 第一层掩膜， 阱注人 置将经过涂胶处理的硅片每次一片地送入对准与曝光系统。光刻机将特定掩 膜的图形直接刻印在涂胶的硅片上。曝光后的硅片用显影液喷到硅片上时， 图形第一次显现出来。显影后的硅片再次烘焙，并在转人离子注入区前进行 检测。
光无源器件原理与实验
光无源器件原理与实验光纤是一种光无源器件，它由一种具有相对较高折射率的芯部和一种具有较低折射率的包层组成。
光纤的原理是通过光在高折射率的芯部中的全反射，实现对光信号的传输。
光纤可以实现长距离的光信号传输，具有低损耗、大带宽等优点，在通信和光学传感领域得到了广泛应用。
衍射光栅是另一种光无源器件，它是一种用于分光和光谱分析的重要元件。
衍射光栅的原理是基于光波在光栅的周期性结构上产生衍射，从而实现对不同频率光的分散。
光栅的间距和结构决定了分光的波长范围和分辨率。
衍射光栅广泛应用于光谱仪、激光器和光通信设备等领域。
光栅耦合器是一种用于实现光纤与光波导之间能量传输和耦合的器件。
它利用光在光波导和光纤之间的耦合效应，将输入的光信号有效地耦合到输出的光波导中。
光栅耦合器的原理是通过在光波导中制作周期性的折射率变化，实现对光信号的散射和耦合。
光栅耦合器在集成光学芯片、光通信和光数据处理等领域得到了广泛应用。
光波导是一种用于实现光信号传输和调制的光无源器件。
它由具有较高折射率的光波导芯片和具有较低折射率的包层构成。
光波导的原理是通过光波在光波导芯片中的传播实现对光信号的传输和调制。
光波导可以根据其结构和材料的不同，实现对光波的分导、合并和调制等功能。
光波导广泛应用于光通信、光传感和集成光学芯片等领域。
实验上，研究光无源器件的原理和性能可以采用多种方法。
例如，使用光纤传输系统可以实现对光纤传输性能的测量和优化。
利用干涉仪等实验装置可以研究衍射光栅的性质和应用。
通过光栅耦合器的制作和测试可以了解其耦合效率和性能特点。
利用微纳加工技术可以制备光波导芯片，并通过波导损耗测试和光调制实验等方法研究其性能和特性。
综上所述，光无源器件是利用光学原理实现光传输、分光、耦合和调制等功能的重要器件。
研究光无源器件的原理和实验有助于深入了解和优化其性能，为光通信、光传感和集成光学芯片等领域的应用提供技术支持。
十常见光无源器件制作工艺
十常见光无源器件制作工艺光无源器件，也被称为光波导器件或光学器件，是光通信领域中至关重要的组成部分。
光无源器件主要包括光纤、光耦合器、分束器、滤波器、波长分复用器等。
这些器件在光通信系统中起到了传输、分配、滤波等关键作用。
下面将介绍光无源器件制作的一般工艺流程。
1.光纤制作工艺光纤是光通信系统中最基础的无源器件。
光纤的制作工艺主要包括：预制棒拉制法、外气流法、内气流法和PCVD法。
其中，最常用的方法是PCVD法（Plasma Chemical Vapor Deposition），即等离子体化学气相沉积法。
PCVD法利用预制的石英玻璃作为基材，将基材放入反应室中，在高温下加入反应气体，通过化学反应和热反应生成二氧化硅，从而在玻璃表面形成纳米级别的光纤芯。
然后通过拉伸和涂覆等工艺，制作出具有高纯度、低损耗的光纤。
2.光耦合器制作工艺光耦合器用于将光信号从一个光波导传输到另一个光波导，是光通信系统中常见的无源器件。
光耦合器的制作工艺主要包括：硅基法、焕射损耗法和金属/微透镜法等。
其中，硅基法是最常见的制作工艺。
硅基法利用硅基材料作为基底，通过刻蚀技术制作出光波导结构，再利用电子束光刻技术和离子束刻蚀技术进行微结构的制作。
通过这些工艺步骤，可以实现光耦合器的制作。
3.分束器制作工艺分束器是将入射的光信号等比例地分离到不同的输出通道中的器件。
分束器的制作工艺主要包括：多模段法、多波长法、光纤法等。
其中，多模段法是最常用的制作工艺。
多模段法利用光波导的多模特性，通过调整光波导的宽度和长度等参数，实现光信号的分束效果。
此外，多波长法则是利用不同波长的光信号在光波导中的传输特性差异，实现光信号的分束。
4.滤波器制作工艺滤波器用于选择性地传输特定波长的光信号，常用于光通信系统中的波分复用和波长切换。
滤波器的制作工艺主要包括：干涉滤波器法、光波导滤波器法等。
干涉滤波器法利用光的干涉效应，通过将不同波长的光信号引入波导滤波器中，通过干涉效应来实现波长选择性的滤波。
光无源器件介绍
第二十五页，共39页
lHybrid
vHybrid分类
根据图13中的功能集成方案，Hybrid有很多种类，此处仅列出几种无源集 成Hybrid。
ØWDM+Isolator
signal
signal+pump
pump 接掺铒光纤 图14.正向泵浦的WDM+Isolator
隔离。
2
1
21
3
3 三端口环形器
4 四端口环形器
图6.光环形器中的信号光流向
第十四页，共39页
l光环形器
v光环形器应用 用于密集波分复用系统、单纤双向传输、光时阈反射计（ OTDR）、色散补偿器。
1、2n
1、2 m-1、m+1 n
FBG m
图7.光环形器用于密集波分复用系统
Tx
Rx
Rx
Tx
图8.光环形器用于单纤双向传输
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l光纤准直器
v准直器应用 光隔离器、光环形器、光开关、光衰减器、波分复用 器，保偏准直器可用于偏振合束器中
Metal Tube
Glass Tube
Pigtail
图2.准直器结构
第五页，共39页
Lens
l光纤准直器
v准直器参数 Ø工作波长和工作带宽 Ø插入损耗（Insertion Loss，IL）
第三页，共39页
Capillary
l光纤准直器
v准直器分类 Ø按准直透镜分类 G－Collimator、C－Collimator、D－Collimator Ø按尺寸分类
普通型和Mini型
Ø按尾纤类型分类
单模光纤准直器、多模光纤准直器
ipd集成无源器件 集成电路 关系
IPD（Integrated Passive Devices）是一种集成了无源器件的集成电路。
它们通过在集成电路内部集成电感、电容和电阻等passives 组件，可以大幅度减小整个系统的尺寸、重量和成本。
IPD 在各种无线电和通信设备中得到广泛应用，包括智能无线终端、平板电脑、传感器、无线模块和射频前端等。
它们不仅能够提高系统性能，还能够增加设备的电池寿命。
1. IPD的工作原理IPD 是一种在集成电路内集成了 passives 组件的器件。
它们通常由多个金属层叠加在一起，通过特定的工艺步骤形成 passives 元件，例如电感、电容和电阻。
这些 passives 元件可以直接连接到集成电路中的active 元件，如功放、滤波器和天线等。
2. IPD与集成电路的关系IPD 是一种与集成电路（IC）相关的器件。
集成电路是一种通过将多个元器件集成在一块芯片上来完成特定功能的器件。
IPD 通过在集成电路内部集成 passives 元件，使得整个系统的尺寸变得更小、成本更低，同时性能更优越。
3. IPD的优势IPD 具有多种优势，使得它广泛应用于无线电和通信设备中。
IPD 可以大幅度减小系统的尺寸和重量，尤其对于高频射频应用来说，这一点非常重要。
IPD 的集成 passives 元件具有更低的损耗和更好的一致性，这可以提高整个系统的性能。
IPD 还可以减少设计的复杂度和PCB 的层数，从而降低整个系统的成本。
另外，IPD 还可以提供更高的集成度和更好的抗干扰能力，这在无线通信设备中尤为重要。
4. IPD与无线通信设备的关系IPD 在无线通信设备中得到广泛应用。
无线通信设备的发展对器件的功耗、尺寸和成本提出了更高的要求，而 IPD 可以很好地满足这些要求。
IPD 可以用于在无线终端射频前端模块中，减小天线匹配网络的尺寸，提高天线的效率，从而提高了无线终端的接收和发送性能。
在其他无线通信设备中，IPD 也被用于实现更小尺寸和更高性能的 RF 滤波器、功率放大器和混频器等。
有源器件、无源器件、分立器件、集成电路的异同
有源器件、无源器件、分立器件、集成电路的异同有源器件、无源器件、分立器件和集成电路是电子器件的四种基本类型，它们在电子领域中具有不同的作用和特点。
在本文中，将对这四种器件的异同进行全面评估，帮助读者更深入地理解它们的内涵和应用。
1. 有源器件有源器件是指需要外部能量源供给的电子器件，例如晶体管和集成电路中的放大器。
有源器件能够在不同的电路中扮演调节信号的角色，从而实现信号放大、调制、解调、幅度限制等功能。
有源器件是电子电路中不可或缺的组成部分，它们对信号的处理起着至关重要的作用。
2. 无源器件相比有源器件，无源器件指的是不需要外部能量源供给的器件，例如二极管和电阻。
无源器件在电路中主要用于对信号的传输和调节，如电流限制和电压降低等。
无源器件通常被用于控制电流和电压，以实现对电路的调节和保护作用。
3. 分立器件分立器件是指将功能完整并能独立使用的器件，如二极管、三极管和场效应管等。
分立器件可以在电路中直接使用，而不需要其他器件的帮助。
分立器件在电子电路设计中具有重要作用，它们可以根据需要独立选择，从而更灵活地实现电路功能。
4. 集成电路集成电路是将多个器件集成在一个芯片中，如微处理器和存储器件。
集成电路可以实现复杂的功能，如计算、存储、控制等，同时占用空间小、功耗低。
集成电路在现代电子设备中得到了广泛应用，它们推动了电子技术的发展，并为人们的生活带来了便利。
个人观点和理解：在电子器件中，有源器件和无源器件分别扮演着信号处理和能量传输的角色，它们互为补充，共同构成了电路的基本部分。
分立器件和集成电路则代表了电子器件的两种不同形态，它们在电子领域中发挥着不同的作用。
我认为，掌握这四种器件的特点和应用是理解电子电路设计的重要基础，也是提升电子技术应用能力的关键。
有源器件、无源器件、分立器件和集成电路各有特点，它们在电子领域中的作用和应用是不可替代的。
希望通过本文的讨论，读者能对这四种器件有更深入的理解，从而更好地应用于实际工程中。
09无源光器件
q q 2π2n
2
15
第9章 无源光器件
9.2 平面波导光栅
图9.4 集成光路中使用的无源光栅器件
16
第9章 无源光器件
9.2 平面波导光栅
布拉格光纤光栅(FBG)/反射式光栅:短周期，小于1m。反射 带宽窄，布拉格波长与温度、应力呈线性关系，用作传感器。
闪耀光纤光栅(BFBG):光栅矢量与光纤轴有夹角，引起反射导 波模式，基模包层，用于光纤放大器的增益平坦器。 啁啾光纤光栅（CFG）：周期沿轴单调变化，可形成宽反射带
长周期光纤光栅（LPFG)/透射光栅:周期几十至几百m，芯内 导模耦合到包层，微弯传感器、折射率传感器、模式转换器
=2 / q /2
2
净能流
2 P ( z ) P ( z ) c0
K 2 / 4 q2
2 ch2 ( L) q 2 sh2 ( L)
净能流与z无关，光传输时各处净能流不变。
P＋ P－ P
O
L
z
图9.2 光纤光栅中的能流变化
11
第9章 无源光器件
K 2 / 4 q2
z
z
)e
iqz
z [0 ~ L]：
c (0) c0
c ( L) 0
c0 ( iq )e L A1 ch( L) iq sh( L) 2 c0 iKe L B1 ch( L) iq sh( L) 4
4
第9章 无源光器件
9.1 光纤光栅
图9.1 光纤光栅
光纤光栅的折射率分布：
第三章-光无源器件
裸光纤转接器（Bare Fiber Adaptor ）：将裸光纤与光 源、探测器以及各类光仪表进行连接的器件。
光纤（缆）活动连接器：习惯上是指两个连接器插头加 一个转换器。
活动连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸连 接的器件，活动连接器件是光纤通信领域 最基本、应用最广泛的无源器件，用于：
研磨抛光法
熔融拉锥法：将两根（或两根以上）除去涂覆层
的光纤以一定的方式靠拢，在高温加热下熔融， 同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体形式 的特殊波导结构。
输入臂 背向散射臂
熔融拉锥法
4直通臂 3耦合臂
下图可用来定性地表示熔融拉锥型光纤耦合器的 工作原理。入射光功率在双锥体结构的耦合区发 生功率再分配，一部分光功率从“直通臂”继续 传输，另一部分则由“耦合臂”传到另一光路。
ST型插头：由AT&T公司开发，采用带键的卡 口式锁紧结构，确保连接时准确对准。
•“Jumper cables” to connect devices and instruments
•“Adapter cables” to connect interfaces using different connector styles
光路 旋转轴
光路 旋转轴
为了减小反射光，衰减片与光轴可以倾 斜放置。
光纤
自 聚 焦 透镜
衰减 器
光衰减器的主要技术要求是： 高的衰减精度
好的衰减重复性
低的原始插损
一．光纤定向耦合器 ——简称光纤耦合器
光纤光耦合器的功能：
把一个输入的光信号功率分配给多个输 出，或把多个输入的光信号功率组合成 一个输出。这种光耦合器与波长无关。
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• 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。近些年的马赫曾德干涉仪型光电 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。
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）。
波导型磁光环形器
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
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。
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。
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பைடு நூலகம்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。
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：
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。