光纤通信第5版第4章集成光波导56PPT课件
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光纤通信课件 Chapter4_Integrated_Optic_Waveguide
Chapter 4 Integrated Optic Waveguide
4.1 Dielectric Slab Waveguide
d
n3
nn2 1
q
Trapping of light ray in a waveguide
n2 < n1> n3
4.2 MODES IN THE SYMMETRIC-SLAB WAVEGUIDE
(4.10)
4.2.2 TE and TM Polarization
y z
d E q
n2
n1 z
n2
TE polarization (Transverse Electric) This is the same as perpendicular polarization (s).
TM polarization (Transverse Magnetic) This is the same as parallel polarization (p).
n2 3.55
qc
sin1
n2 n1
80.4
80.4 q 90
n2 neff n1
3.55 neff 3.6
For the TE0 mode the calculations yield the table:
(1) (2)
(3)
(4)
(5)
(6)
q neff tan(hd/2) hd 2 n1cosq d/l
4.2.3 TE Mode Chart
tan h d 1
2 n1 cosq
(n1 sinq )2 n22
where we used the relationship
h k0n1 cosq
4.1 Dielectric Slab Waveguide
d
n3
nn2 1
q
Trapping of light ray in a waveguide
n2 < n1> n3
4.2 MODES IN THE SYMMETRIC-SLAB WAVEGUIDE
(4.10)
4.2.2 TE and TM Polarization
y z
d E q
n2
n1 z
n2
TE polarization (Transverse Electric) This is the same as perpendicular polarization (s).
TM polarization (Transverse Magnetic) This is the same as parallel polarization (p).
n2 3.55
qc
sin1
n2 n1
80.4
80.4 q 90
n2 neff n1
3.55 neff 3.6
For the TE0 mode the calculations yield the table:
(1) (2)
(3)
(4)
(5)
(6)
q neff tan(hd/2) hd 2 n1cosq d/l
4.2.3 TE Mode Chart
tan h d 1
2 n1 cosq
(n1 sinq )2 n22
where we used the relationship
h k0n1 cosq
光纤通信系统PPT课件
套塑光纤结构
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
《集成光波导》课件
2 集成光波导的意义与价值
在光通信、光传感、医学检测等领域有重要的应用价值。
3 展望集成光波导的未来发展趋势
将继续向超高速率、超长距离、高可靠性、低能耗等方向迈进。
4
通过激光处理获得所需的光波导纹理。
分立器法
将芯片分离出来再进行加工组装。
定向凝固法
将溶液导入反应腔体中，通过凝固实现 制备。
集成光波导的应用
光通信
将各种功能的光模块一同集 成，可大大降低光通信系统 的成本。
光传感
可用于温度、压力、光强等 物理量的测量传感。
生物医学领域
可用于医学检测、实验室研 究等方面。
发展现状与前景
集成光波导的发展历程
自1980年代初期，集成光波导的 性能与可靠性都得到了突破性发 展。
集成光波导的未来发展方向 集成光波导的应用前景
超高速率、超长距离、高可靠性、 低能耗。
在医学检测、光学成像、传感器 等领域具有广泛的应用前景。
总结
1 集成光波导的优缺点
高集成度、小型化、高性能、低成本，但也有加工难度大和生产周期长等缺点。
集成光波导
本次PPT将详细讲解集成光波导的定义、基础知识、制备方法、应用前景及未 来发展趋势，希望能为您了解光波导技术提供帮助。
概述
1 光波导的定义
光波导是指导波不断变化而传输的一种光学器件。
2 集成光波导的概念
将微波电路、光学波导、探测器等元件集成在一起，构成一个小型化光通信接口的技术。
3 集成光波导的优势
具有高集成度、小型化、高性能、低成本等优势。
基础知识
光波导的类型
光波导的基本结构
有单模光纤和多模光纤两种类型。
是由高折射率材料的核心层和低 折射率材料的包层构成。
在光通信、光传感、医学检测等领域有重要的应用价值。
3 展望集成光波导的未来发展趋势
将继续向超高速率、超长距离、高可靠性、低能耗等方向迈进。
4
通过激光处理获得所需的光波导纹理。
分立器法
将芯片分离出来再进行加工组装。
定向凝固法
将溶液导入反应腔体中，通过凝固实现 制备。
集成光波导的应用
光通信
将各种功能的光模块一同集 成，可大大降低光通信系统 的成本。
光传感
可用于温度、压力、光强等 物理量的测量传感。
生物医学领域
可用于医学检测、实验室研 究等方面。
发展现状与前景
集成光波导的发展历程
自1980年代初期，集成光波导的 性能与可靠性都得到了突破性发 展。
集成光波导的未来发展方向 集成光波导的应用前景
超高速率、超长距离、高可靠性、 低能耗。
在医学检测、光学成像、传感器 等领域具有广泛的应用前景。
总结
1 集成光波导的优缺点
高集成度、小型化、高性能、低成本，但也有加工难度大和生产周期长等缺点。
集成光波导
本次PPT将详细讲解集成光波导的定义、基础知识、制备方法、应用前景及未 来发展趋势，希望能为您了解光波导技术提供帮助。
概述
1 光波导的定义
光波导是指导波不断变化而传输的一种光学器件。
2 集成光波导的概念
将微波电路、光学波导、探测器等元件集成在一起，构成一个小型化光通信接口的技术。
3 集成光波导的优势
具有高集成度、小型化、高性能、低成本等优势。
基础知识
光波导的类型
光波导的基本结构
有单模光纤和多模光纤两种类型。
是由高折射率材料的核心层和低 折射率材料的包层构成。
光纤通信第5版-第4章-集成光波导-3-4
栅剖面是矩形的，实际上可能是正弦形、三角形或其他
形状。
• 采用强度呈周期变化的光照射重铬酸白明胶层，可以产
生周期性的折射率变化，制造出相位光栅。
图4.18 光栅耦合器。(a)周 期电介质条阵列；(b)折射 率呈周期性变化的电介质层
工作原理： 光栅将入射光衍射形成一个或多个传输波。如果这些波中的
NA n0 sin0 n12 n22
整个结果对阶跃折射率光纤也是有效的
(4.21)
参考图4.5模式图，当归一化厚度比较小时，只存在很少的几个
模式，且对应的传输角间隔比较大。入射角必须与这些角度相 匹配才能较好耦合。
对于支持很多模式的波导，这些分散的可传播角间隔很小。 如果d/λ足够大、这些角度会变得非常接近，可近似认为连续，
Prism Coupling np
Ep prism field
p Prism
gap n1 n2
n3 = air
TE0 field in the film
np sin p n1 sin.......... .......... 4.22
相位匹配的物理意义：波导中的传播模与激励起这个模式
心薄膜的延伸场会相互影响，即两者之间会发生耦合，导致能 量从棱镜转移到中心薄膜中去。
棱镜耦合
gap n1 n2
np
Ep 棱镜中的场
p
n3 = air
TE0 薄膜中的场
np is the index of the prism material.
棱镜
从一个以临界角反射的表面透射出能量似乎不可能。 但全反射理论是在假设两种介质的边界是无限延伸的前提下
的输入波沿波导轴向的相移必须相等。
Prism Coupling np
形状。
• 采用强度呈周期变化的光照射重铬酸白明胶层，可以产
生周期性的折射率变化，制造出相位光栅。
图4.18 光栅耦合器。(a)周 期电介质条阵列；(b)折射 率呈周期性变化的电介质层
工作原理： 光栅将入射光衍射形成一个或多个传输波。如果这些波中的
NA n0 sin0 n12 n22
整个结果对阶跃折射率光纤也是有效的
(4.21)
参考图4.5模式图，当归一化厚度比较小时，只存在很少的几个
模式，且对应的传输角间隔比较大。入射角必须与这些角度相 匹配才能较好耦合。
对于支持很多模式的波导，这些分散的可传播角间隔很小。 如果d/λ足够大、这些角度会变得非常接近，可近似认为连续，
Prism Coupling np
Ep prism field
p Prism
gap n1 n2
n3 = air
TE0 field in the film
np sin p n1 sin.......... .......... 4.22
相位匹配的物理意义：波导中的传播模与激励起这个模式
心薄膜的延伸场会相互影响，即两者之间会发生耦合，导致能 量从棱镜转移到中心薄膜中去。
棱镜耦合
gap n1 n2
np
Ep 棱镜中的场
p
n3 = air
TE0 薄膜中的场
np is the index of the prism material.
棱镜
从一个以临界角反射的表面透射出能量似乎不可能。 但全反射理论是在假设两种介质的边界是无限延伸的前提下
的输入波沿波导轴向的相移必须相等。
Prism Coupling np
光纤通信第五版_第四章讲义（ＰＤＦ）
4.1 电介质平板波导 4.2 对称平板波导中的模式 4.3 非对称平板波导中的模式 4.4 波导的耦合4.5 平板波导的色散和失真4.6 集成光器件 4.7 总结和讨论第4章 集成光波导4.5 平板波导的色散和失真除了材料色散导致的脉冲展宽以外，在波导中还有另外两种情况导致的脉冲展宽现象：波导色散和多模失真。
2▪波导膜厚度d 固定，对于线宽为Δλ=λ2-λ1光源，等效折射n eff率随波长变化，因此其波导中的速度也发生变化，最终导致脉冲展宽，该种现象称为波导色散。
4.5.1 波导色散 32λd λd ▪波导色散与材料色散同时存在▪波导色散与材料色散拥有同样的公式形式4波导色散： ()()24.4 /''λλλτ∆-=∆-=∆g eff M n cL ()()14.3 /''λλλτ∆-=∆-=∆M n cL 材料色散： 4.5.1 波导色散54.5.1 波导色散 ▪集合了材料色散和波导色散的总脉冲展宽可以写成：()()λτ∆+-=∆g M M L /▪因为材料色散M 有可能为负值(例如在石英玻璃中，当工作波长超过1300nm 时)，由色散引起的总脉冲展宽实际上有可能会因为波导色散的存在反而减小。
再次说明了为什么远距离高速传输时光源波长都比较大。
模式不同则传输路径不同，考虑一下这种现象的最糟情况， 即最低阶模式以90°角传播，最高阶模式以临界角传播。
设L 为波导长度。
注意，两个模式具有相同的波长。
4.5.2 多模失真n 1n 2 n 1 > n 2 最低阶模 L 2n 2θc高阶模L 1轴向模式传输时间：22112sin L L n L n θ==c (4.25)cLn v L t 1==轴向传输对于临界角传输：21sin L L θ=c 4.5.2 多模失真 所以临界角传输的总传输路径为c n Ln c n n Ln v n Ln 22112121t =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=临界角传输(4.26)临界角传输的总时间为：⎪⎪⎭⎫⎝⎛21n n L 4.5.2 多模失真总延时为：2211)(cn n n n L -=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆τ这就是同一波长的光波在波导中以不同模式传输时单位长度上的模式脉冲展宽时间。
光纤通信课件第四章
主要用于以LED作为光源的数字光发射机。 适用于10 Mbit/s以下 的低速率系统。
（2）射极耦合跟随器LD驱动电路 图4-8是射极耦合跟随器LD驱动电路，适合于LD系统使用。这 种电路为恒流源，电流噪声小，缺点是动态范围小，功耗较大。 （3）反馈稳定LD驱动电路 图4-9是利用反馈电流使输出光功率稳定的LD驱动电路，其控 制过程如下：
源寿命长等。
6
4.1.1 光发送机的基本组成
光纤通信
数字光发送机的基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、
扰码、时钟提取、光源、光源的调制电路、光源的控制电路
（ATC和APC）及光源的监测和保护电路等。如图4-2。
图4-2 数字光发送机原理方框图
7
4.1.1 光发送机的基本组成
光纤通信
（1）均衡放大：补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。
（2）自动温度控制（ATC）原理 图4-14示出ATC电路原理图。控制过程可以表示如下：
T (环境) T (LD、热沉) RT I (致冷器) T (LD)
图4-14 ATC电路原理
22
4.1.4 温度特性及自动温度控制 光纤通信
注：温度控制只能控制温度变化引起的输出光功率的变化，不
能控制由于器件老化而产生的输出功率的变化。 对于短波长激光器，一般只需加自动功率控制电路即可。 对于长波长激光器，由于其阀值电流随温度的漂移较大，因此，
27
4.2.1 光接收机的基本组成
光纤通信
3．均衡器
均衡器的作用是对已畸变(失真)和有码间干扰的电信号进行均衡 补偿，减小误码率。
4．再生电路
再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成数字信号， 由判决器和时钟恢复电路组成。
5．自动增益控制（AGC）
（2）射极耦合跟随器LD驱动电路 图4-8是射极耦合跟随器LD驱动电路，适合于LD系统使用。这 种电路为恒流源，电流噪声小，缺点是动态范围小，功耗较大。 （3）反馈稳定LD驱动电路 图4-9是利用反馈电流使输出光功率稳定的LD驱动电路，其控 制过程如下：
源寿命长等。
6
4.1.1 光发送机的基本组成
光纤通信
数字光发送机的基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、
扰码、时钟提取、光源、光源的调制电路、光源的控制电路
（ATC和APC）及光源的监测和保护电路等。如图4-2。
图4-2 数字光发送机原理方框图
7
4.1.1 光发送机的基本组成
光纤通信
（1）均衡放大：补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。
（2）自动温度控制（ATC）原理 图4-14示出ATC电路原理图。控制过程可以表示如下：
T (环境) T (LD、热沉) RT I (致冷器) T (LD)
图4-14 ATC电路原理
22
4.1.4 温度特性及自动温度控制 光纤通信
注：温度控制只能控制温度变化引起的输出光功率的变化，不
能控制由于器件老化而产生的输出功率的变化。 对于短波长激光器，一般只需加自动功率控制电路即可。 对于长波长激光器，由于其阀值电流随温度的漂移较大，因此，
27
4.2.1 光接收机的基本组成
光纤通信
3．均衡器
均衡器的作用是对已畸变(失真)和有码间干扰的电信号进行均衡 补偿，减小误码率。
4．再生电路
再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成数字信号， 由判决器和时钟恢复电路组成。
5．自动增益控制（AGC）
第四章 光波导(光纤)传输理论PPT课件
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
光波 ？是高频率的电磁波，其频率 为1014HZ量级，波长为微米量级。 光纤 ？是工作在光频的一种介质波 导，它引导光沿着与轴线平行的方 向传输。 电磁波的频谱图
3
图4.1 电磁波谱图4
可得光纤中导波特征方程：
[n12 1J'm(U)1K'm(W)][1J'm(U)1K'm(W)] n22UJm(U) WKm(W) UJm(U) WKm(W)
m2(11)(n12 11) U2 W2 n22U2 W2
(4.15) 35
对于弱导波光纤n2≈n1 ，则特征方程可简化为：
U 1J J'm m ((U U ))W 1K K 'm m ((W W )) m (U 1 2W 12) (4.16)
25
贝塞尔函数曲线 第二类修正贝塞尔函数曲26 线
2. U、W、V和β作用
（在光纤中引入的几个重要参数）
U叫导波径向（r向）归一化相位常数，它描述 了导波电场和磁场在纤芯横截面上的分布； W叫导波径向（r向）归一化衰减常数，它描述 了导波电场和磁场在包层横截面上的分布； V叫归一化频率，它是表示光波频率大小的无量 纲的量； β为导波沿光纤轴向传输时的相位常数。
(4.4) 24
在纤芯中应为振荡解，故其解取贝塞尔函数；在 包层中应是衰减解，故其解取第二类修正的贝塞 尔函数解。于是R(r)可写为：
R(r)Jm[n21k202]1/2r
R (r)K m [ 2n22k20]1/2r
ra
光纤通信原理-(全套)PPT课件
为了描述光纤中传输的模式数目，在
此引入一个非常重要的结构参数，即光纤
的归一化频率，一般用V表示，其表达式 如下：
V k 0 n m a2 2 0n m a2 C n m a2
1. 多模光纤
顾明思义，多模光纤就是允许多个模 式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤 中允许存在多个分离的传导模。
光纤的作用是为光信号的传送提供传 送媒介(信道)，将光信号由一处送到另一 处。
中继器分为电中继器和光中继器(光放 大器)两种，其主要作用就是延长光信号的 传输距离。
1.3.2 光纤通信系统的分类
根据调制信号的类型，光纤通信系统 可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通 信系统。
根据光源的调制方式，光纤通信系统 可以分为直接调制光纤通信系统和间接调 制光纤通信系统。
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区 的 损 耗 可 低 到 0 . 1 8 dB/km， 比 已 知 的 其 他通信线路的损耗都低得多，因此，由其 组成的光纤通信系统的中继距离也较其它 介质构成的系统长得多。
图2.2 光纤的折射率分布
光纤的折射率变化可以用折射率 沿半径的分布函数n(r)来表示。
n r n n 1 2
r a r a
2. 按传输模式的数量分类
按光纤中传输的模式数量，可以将光 纤分为多模光纤(Multi-Mode Fiber，MMF) 和单模光纤(Single Mode Fiber，SMF)。
光纤通信第五版调制ppt课件
➢ 输出脉冲光功率最大值Pmax和最小值Pmin的比值为消光比
10lg Pmax
Pmin
实际的消光比η>10 dB
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
消光比
P Ith
Pmax Pmin
输出光功率脉冲
光发射机的功能
➢ 电光变换---将信息从电信号“搬移”到高端电磁波 （光）的电路组件,及完成为了适应光信号的有关信号 变换(线路编码)
➢ 输入的是双极性数字电信号(电压)，输出的是“有 光”、“无光”或“光平”高低代表的数字信号(功率)
➢ 在光通信系统中，可能的承载信息的参量有光的强度、 光的频率、光的相位、光的偏振.
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
声光布拉格调制器由声光介质、电声换能 器、吸声（反射）装置等组成。电压调制信号 经过电声换能器转化为超声波，然后加到电光 晶体上。电声换能器利用某些晶体(如石英、 LiNbO3等)的压电效应，在外加电场的作用下 产生机械振动形成声波。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
直接强度调制和外调制的区别
电信号输入 线路编码
驱动电路
LD 或 光信号 LED
直接调制的光发射机
控制电路
电信号输入 线路编码
驱动电路
控制电路
LD或LED
光信号 外调制器件
▪LED驱动电路要求： 提 供所需的驱动电流及满足 其动态变化的幅度和充分 发挥调制速率的作用，即 保证其输出光脉冲波形相 应的速度。
10lg Pmax
Pmin
实际的消光比η>10 dB
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
消光比
P Ith
Pmax Pmin
输出光功率脉冲
光发射机的功能
➢ 电光变换---将信息从电信号“搬移”到高端电磁波 （光）的电路组件,及完成为了适应光信号的有关信号 变换(线路编码)
➢ 输入的是双极性数字电信号(电压)，输出的是“有 光”、“无光”或“光平”高低代表的数字信号(功率)
➢ 在光通信系统中，可能的承载信息的参量有光的强度、 光的频率、光的相位、光的偏振.
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
声光布拉格调制器由声光介质、电声换能 器、吸声（反射）装置等组成。电压调制信号 经过电声换能器转化为超声波，然后加到电光 晶体上。电声换能器利用某些晶体(如石英、 LiNbO3等)的压电效应，在外加电场的作用下 产生机械振动形成声波。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
直接强度调制和外调制的区别
电信号输入 线路编码
驱动电路
LD 或 光信号 LED
直接调制的光发射机
控制电路
电信号输入 线路编码
驱动电路
控制电路
LD或LED
光信号 外调制器件
▪LED驱动电路要求： 提 供所需的驱动电流及满足 其动态变化的幅度和充分 发挥调制速率的作用，即 保证其输出光脉冲波形相 应的速度。
光纤通信系统第四章PPT课件
• 光电二极管（PD） • 雪崩光电二极管
.
3
1、光电二极管（PD）
1） PD的工作原理
PIN能带图
光电效应 --受激吸收过程 • 当入射光子能量大于禁带 宽度时，价带上的电子可以 吸收光子而跃迁到导带上， 产生一个电子-空穴对。 • 电子-空穴对在电场的作用 下定向运动，形成光电流。 • 光电二极管工作在反向偏 压下。
.
耗尽区
h > Eg 或 hc / Eg
4
h > Eg
2） PD的工作特性
a) 波长响应范围
定义：
c
hc Eg
124 Eg(eV)
为光电二极管的上截止波长。
Si材料的PD：1.06 m
Ge 或InGaAs材料：1.6~1.7 m
当入射波长太短时，光电转换效率会 下降。
Si材料的PD：0.5~1.0 m
(G)
Ge[1
(1
k)
(Ge 1)2 Ge2
]
当F空h (穴G注)入高场G区h时[1，过剩1噪k声k系数(GhG2 h21)2 ]
k= h / e
APD的结构设计:
• 对k远小于1的APD, 应尽量使电子电流注入高场区; • 对k远大于1的APD, 应尽量使空穴电流注入高场区; • 避免使用k=1的材料制作APD。
ie (x)
0
0
x
exp{ . ( e h ) d x }
21
0
Ge
ie (W ) ie (0)
I ie (0)
W
1
x
1 e exp{ (e h )dx}dx0 Nhomakorabea0
雪崩击穿 Ge
W
x
eexp { (eh)dx}dx 1
.
3
1、光电二极管（PD）
1） PD的工作原理
PIN能带图
光电效应 --受激吸收过程 • 当入射光子能量大于禁带 宽度时，价带上的电子可以 吸收光子而跃迁到导带上， 产生一个电子-空穴对。 • 电子-空穴对在电场的作用 下定向运动，形成光电流。 • 光电二极管工作在反向偏 压下。
.
耗尽区
h > Eg 或 hc / Eg
4
h > Eg
2） PD的工作特性
a) 波长响应范围
定义：
c
hc Eg
124 Eg(eV)
为光电二极管的上截止波长。
Si材料的PD：1.06 m
Ge 或InGaAs材料：1.6~1.7 m
当入射波长太短时，光电转换效率会 下降。
Si材料的PD：0.5~1.0 m
(G)
Ge[1
(1
k)
(Ge 1)2 Ge2
]
当F空h (穴G注)入高场G区h时[1，过剩1噪k声k系数(GhG2 h21)2 ]
k= h / e
APD的结构设计:
• 对k远小于1的APD, 应尽量使电子电流注入高场区; • 对k远大于1的APD, 应尽量使空穴电流注入高场区; • 避免使用k=1的材料制作APD。
ie (x)
0
0
x
exp{ . ( e h ) d x }
21
0
Ge
ie (W ) ie (0)
I ie (0)
W
1
x
1 e exp{ (e h )dx}dx0 Nhomakorabea0
雪崩击穿 Ge
W
x
eexp { (eh)dx}dx 1
《集成光波导》课件
测试方法
测试设备
插入损耗
指集成光波导传输过程中产生的光功率损耗，是评估光波导性能的重要参数。
带宽
指集成光波导传输光谱的范围，是衡量光波导传输性能的重要指标。
偏振相关损耗
指集成光波导对不同偏振态光波的损耗差异，是评估光波导性能的重要参数。
弯曲损耗
指集成光波导弯曲时产生的光功率损耗，是评估光波导性能的重要参数。
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。
04
CHAPTER
集成光波导的性能测试与评估
包括光谱分析仪、光功率计、光波长计等，用于测量集成光波导的传输光谱、功率和波长等参数。
采用透射或反射方式，对集成光波导进行测试，获取其传输性能数据。
集成光波导是一种特殊的光波导结构，它可以将光波限制在微小的空间范围内，实现光波的传输和控制。与传统的光纤相比，集成光波导具有更高的集成度，更低的传输损耗，并且可以与微电子器件实现无缝集成。这些特点使得集成光波导在光通信、光学传感、光计算等领域具有广泛的应用前景。
详细描述
集成光波导在光通信、光学传感、光计算等领域具有广泛的应用。
集成光波导是一种将光波导集成在硅基材料上的微型光学器件。
通过在硅基材料上刻蚀出特定的形状和结构，可以形成具有特定功能的光波导器件，如光调制器、光开关、光滤波器等。
通过优化设计，可以提高集成光波导的传输效率、减小损耗、提高器件的稳定性和可靠性。
常用的设计方法包括物理光学法、传输矩阵法、有限元法等，可以根据具体需求选择合适的设计方法。
《集成光波导》ppt课件
目录
集成光波导概述集成光波导的基本原理集成光波导的制造工艺集成光波导的性能测试与评估集成光波导的应用案例集成光波导的未来展望与挑战
测试设备
插入损耗
指集成光波导传输过程中产生的光功率损耗，是评估光波导性能的重要参数。
带宽
指集成光波导传输光谱的范围，是衡量光波导传输性能的重要指标。
偏振相关损耗
指集成光波导对不同偏振态光波的损耗差异，是评估光波导性能的重要参数。
弯曲损耗
指集成光波导弯曲时产生的光功率损耗，是评估光波导性能的重要参数。
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。
04
CHAPTER
集成光波导的性能测试与评估
包括光谱分析仪、光功率计、光波长计等，用于测量集成光波导的传输光谱、功率和波长等参数。
采用透射或反射方式，对集成光波导进行测试，获取其传输性能数据。
集成光波导是一种特殊的光波导结构，它可以将光波限制在微小的空间范围内，实现光波的传输和控制。与传统的光纤相比，集成光波导具有更高的集成度，更低的传输损耗，并且可以与微电子器件实现无缝集成。这些特点使得集成光波导在光通信、光学传感、光计算等领域具有广泛的应用前景。
详细描述
集成光波导在光通信、光学传感、光计算等领域具有广泛的应用。
集成光波导是一种将光波导集成在硅基材料上的微型光学器件。
通过在硅基材料上刻蚀出特定的形状和结构，可以形成具有特定功能的光波导器件，如光调制器、光开关、光滤波器等。
通过优化设计，可以提高集成光波导的传输效率、减小损耗、提高器件的稳定性和可靠性。
常用的设计方法包括物理光学法、传输矩阵法、有限元法等，可以根据具体需求选择合适的设计方法。
《集成光波导》ppt课件
目录
集成光波导概述集成光波导的基本原理集成光波导的制造工艺集成光波导的性能测试与评估集成光波导的应用案例集成光波导的未来展望与挑战
光纤通信第五版_第四章讲义01
n2 n1 n 3 n1
光在折射率为n1的中间中传播，d一般小于1μm 上下衬底层的折射率都小于n1 光线通过内全反射被束缚在中心薄膜之中传播
• θ必须同时大于θc1和θc2 • 反射面光滑，薄膜均匀 • 介质损耗低
4.1 电介质平板波导
常用材料LiNbO3和GaAs，损耗分别为1dB/cm，
光线 1在B点反射并向上传播时的波前 光线 2 在D点未经反射时的波前
n2 A C
D
E
D
E
光线向下传播时的波前
n1
光线向下传播时的波前
d
n2
B
n1
d
n2
B
光线向上传播时的波前
光线向上传播时的波前
波的相位变化：传播相移 +界面反射相位突变
光线 1 从 AB经历的相位变化为：
1 AB k0n1 2 2 CD k0n1
3
2015/3/18
4.2 对称平板波导中的模式
• •
•
因为通过改变光线的入射角，可以改变总相移
所以只有几个（或一个）离散的角度可满足模式条件，称以 这些（这个）角度传输的波为波导中的模式。不满足模式条 件的波会因为相消干涉迅速衰减（就像谐振腔一样） 谐振腔是对其中传输波的频率产生了离散的作用，而平板波 导对其中传输的光的入射角产生了离散的作用。
4.3 非对称平板波导中的模式
4.4 波导的耦合 4.5 平板波导的色散和失真 4.6 集成光器件 4.7 总结和讨论
4.1 电介质平板波导
y x z n3 n1 n2 q （ n 1>n2，n1>n3) 传播条件： d
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9
Multimode Distortion
n2
n1
L1
c
L2
n1 > n2
Axial mode Higher order mode n2
10
Multimode Distortion
Axial mode travel time:
taxial
L v
Ln1 c
For the critical angle ray,
式图(n1=3.6,n2=3.55)
5
波导色散 总的脉冲展宽由下式给出：
/L M M g
6
图3.8 纯siO2的材料色散， 与图3.6(c)非常相似
*图 D=-M
▪ 因为材料色散M有可能为负值
(例如在石英玻璃中，当工作
波 长 超 过 1300nm 时 ) ， 由 色 散
引起的总脉冲展宽实际上有可
n1
L c
(4.28)
Modal Pulse Spread
14
Multimode Distortion
Finally, in terms of the numerical aperture
NAn1 2
the modal spread can be expressed as: NA2
L 2cn1
4.5.1 波导色散
▪ 即使中心薄膜和衬底材料是
非色散的，对于固定的中心 薄膜厚度，某个特定模式的 有效折射率也会随波长而变 化。由图4.5可看到这种变化 趋势，即波导色散。
图4.5 对称平板波导的
模
式
图
2
4.5.1 波导色散
▪ 随波长的变化，有效折射率neff与折射率n一样会导致脉冲展
宽。在通常情况下，材料是色散的，因此波导色散与材料色 散会同时存在。
图4.5 对称平板波 导的模式图 (n1=3.6,n2=3.5 5)
3
4.5.1 波导色散
▪ 由波导色散所引起的脉冲展宽幅度与材料色散所导致的脉冲
展宽遵循同样的方程，不同的是要用有效折射率替代材料折 射率。
材料色散： /L n '' M ......3 ..1 ..4 .. c
波导色散： /L cn e'f' f M g .....4 ..2..4..
▪ 各个模式到达输出端的时间不同，从而使得波形被展宽，这
种现象称为多模失真或模式失真，也常称为多模色散。
▪ 注意：多模失真并不取决于光源线宽。一个理想的单频光脉
冲(Δλ=0)仍然会产生多模展宽，而材料展宽和波导展宽则 为零。
▪ 如果波导只允许一个模式传播，则不会产生多模失真，这就
是单模波导的一个优点。
D istortion
16
§4.6 集成光器件
——利用集成光学技术可以制造无源器件与有源器 件。
无源器件：定向耦合器、分束器、隔离器、滤波 器、复用器、解复用器、透镜、棱镜等 有源器件：调幅器、调相器、光开关、可变光衰 减器、可调滤波器、光源、光检测器等
第4章 集成光波导
§4.1 电介质平板波导 §4.2 对称平板波导中的模式 §4.3 非对称平板波导中的模式 §4.4 波导的耦合 §4.5 平板波导的色散和失真 §4.6 集成光器件 §4.7 总结和讨论
1
§4.5 平板波导的色散和失真
——波在折射率随波长变化的介质中传播时，波形会发生展宽 (失真)。脉冲展宽是一种在任何包含色散材料的电介质结构中 都存在的现象。在电介质平板波导和光纤这样的波导中，还有 另外两种失真：波导色散和多模失真。
multimode waveguide. We can write it as
Lcnn 12n1n1n2n1
13
Multimode Distortion
Use the fractional refractive index change
(n1 n2) n1
to get
n12
L cn2
If n1 and n2 are nearly equal
(4.29)
Modal Pulse Spread
15
DISPERSION AND DISTORTION IN THE SLAB WAVEGUIDE
The total pulse spread is given by:
L L2D ispersiveL2M ultim ode
D istortion
8
Multimode Distortion
Consider the worst case by calculating the difference in arrival times between the lowest mode (axial) and the highest mode ( = c) for a highly multimode waveguide. Let L = length of the waveguide
sin c
L2 L1
L1
L2
sinc
L2n1 n2
(4.25)
L1 c
L2
11
Multimode Distortion
The total path of the critical angle ray is then
L
n n
1 2
The critical angle ray travel time is:
tcritical Lnv2n 1Ln2n 1nc1Ln2c n 12
(4.26)
12
Multimode Distortion
The total delay is
tcriticatlaxial n12 n1
L
n2c c
n1(n1n2)
dal pulse spread per unit length in a
能会因为波导色散的存在反而
减小。
*图 总色散图D=Dm+Dw 7
4.5.1 多模失真（模式色散）
▪ 当多个模式在同一平板波导中传播时，相对于波导轴的传输
速度（角度不同，轴向速度不同）互不相同。一个入射光束 的能量在传输过程中会被分配到若干个模式上，其传播速度 各不相同。因此输入波形在传输过程中会产生畸变。
▪ 式中最后一项可从模式图中neff的斜率获得，如同式(3.13)中
的n”可由折射率曲线的斜率求得一样。
4
/L n '' M ......3 ..1 ..4 . c
/L cn e'f' f M g .....4 ..2..4
图4.5 对称平板波导的模
图3.6 石英玻璃的折射率 与波长的关系曲线
Multimode Distortion
n2
n1
L1
c
L2
n1 > n2
Axial mode Higher order mode n2
10
Multimode Distortion
Axial mode travel time:
taxial
L v
Ln1 c
For the critical angle ray,
式图(n1=3.6,n2=3.55)
5
波导色散 总的脉冲展宽由下式给出：
/L M M g
6
图3.8 纯siO2的材料色散， 与图3.6(c)非常相似
*图 D=-M
▪ 因为材料色散M有可能为负值
(例如在石英玻璃中，当工作
波 长 超 过 1300nm 时 ) ， 由 色 散
引起的总脉冲展宽实际上有可
n1
L c
(4.28)
Modal Pulse Spread
14
Multimode Distortion
Finally, in terms of the numerical aperture
NAn1 2
the modal spread can be expressed as: NA2
L 2cn1
4.5.1 波导色散
▪ 即使中心薄膜和衬底材料是
非色散的，对于固定的中心 薄膜厚度，某个特定模式的 有效折射率也会随波长而变 化。由图4.5可看到这种变化 趋势，即波导色散。
图4.5 对称平板波导的
模
式
图
2
4.5.1 波导色散
▪ 随波长的变化，有效折射率neff与折射率n一样会导致脉冲展
宽。在通常情况下，材料是色散的，因此波导色散与材料色 散会同时存在。
图4.5 对称平板波 导的模式图 (n1=3.6,n2=3.5 5)
3
4.5.1 波导色散
▪ 由波导色散所引起的脉冲展宽幅度与材料色散所导致的脉冲
展宽遵循同样的方程，不同的是要用有效折射率替代材料折 射率。
材料色散： /L n '' M ......3 ..1 ..4 .. c
波导色散： /L cn e'f' f M g .....4 ..2..4..
▪ 各个模式到达输出端的时间不同，从而使得波形被展宽，这
种现象称为多模失真或模式失真，也常称为多模色散。
▪ 注意：多模失真并不取决于光源线宽。一个理想的单频光脉
冲(Δλ=0)仍然会产生多模展宽，而材料展宽和波导展宽则 为零。
▪ 如果波导只允许一个模式传播，则不会产生多模失真，这就
是单模波导的一个优点。
D istortion
16
§4.6 集成光器件
——利用集成光学技术可以制造无源器件与有源器 件。
无源器件：定向耦合器、分束器、隔离器、滤波 器、复用器、解复用器、透镜、棱镜等 有源器件：调幅器、调相器、光开关、可变光衰 减器、可调滤波器、光源、光检测器等
第4章 集成光波导
§4.1 电介质平板波导 §4.2 对称平板波导中的模式 §4.3 非对称平板波导中的模式 §4.4 波导的耦合 §4.5 平板波导的色散和失真 §4.6 集成光器件 §4.7 总结和讨论
1
§4.5 平板波导的色散和失真
——波在折射率随波长变化的介质中传播时，波形会发生展宽 (失真)。脉冲展宽是一种在任何包含色散材料的电介质结构中 都存在的现象。在电介质平板波导和光纤这样的波导中，还有 另外两种失真：波导色散和多模失真。
multimode waveguide. We can write it as
Lcnn 12n1n1n2n1
13
Multimode Distortion
Use the fractional refractive index change
(n1 n2) n1
to get
n12
L cn2
If n1 and n2 are nearly equal
(4.29)
Modal Pulse Spread
15
DISPERSION AND DISTORTION IN THE SLAB WAVEGUIDE
The total pulse spread is given by:
L L2D ispersiveL2M ultim ode
D istortion
8
Multimode Distortion
Consider the worst case by calculating the difference in arrival times between the lowest mode (axial) and the highest mode ( = c) for a highly multimode waveguide. Let L = length of the waveguide
sin c
L2 L1
L1
L2
sinc
L2n1 n2
(4.25)
L1 c
L2
11
Multimode Distortion
The total path of the critical angle ray is then
L
n n
1 2
The critical angle ray travel time is:
tcritical Lnv2n 1Ln2n 1nc1Ln2c n 12
(4.26)
12
Multimode Distortion
The total delay is
tcriticatlaxial n12 n1
L
n2c c
n1(n1n2)
dal pulse spread per unit length in a
能会因为波导色散的存在反而
减小。
*图 总色散图D=Dm+Dw 7
4.5.1 多模失真（模式色散）
▪ 当多个模式在同一平板波导中传播时，相对于波导轴的传输
速度（角度不同，轴向速度不同）互不相同。一个入射光束 的能量在传输过程中会被分配到若干个模式上，其传播速度 各不相同。因此输入波形在传输过程中会产生畸变。
▪ 式中最后一项可从模式图中neff的斜率获得，如同式(3.13)中
的n”可由折射率曲线的斜率求得一样。
4
/L n '' M ......3 ..1 ..4 . c
/L cn e'f' f M g .....4 ..2..4
图4.5 对称平板波导的模
图3.6 石英玻璃的折射率 与波长的关系曲线