集成光学(全套课件136P)下
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光无源器件
定义：不需要外加能源驱动工作的光电子器件 –光纤连接器（固定、活动,FC/PC,FC/APC） –光纤定向耦合器/分支器 –光分插复用器（OADM) –光波分/密集波分复用器（WDM/DWDM) –光衰减器（固定、连续） –光滤波器（带通、带阻） –光纤隔离器与环行器（偏振有关、无关） –光偏振态控制器、光纤延迟线、光纤光栅
14
密集波分技术
• • • • 容量超大，光纤的巨大带宽资源 数据透明，与信号的速率和调制方式无关 扩容方便，波长的复用 成本低廉，节约大量光纤
光传输的划时代革命
15
光器件： 光通信网络的基础
TDM WDM TDM WDM
传 输 网
交 换 网
接 入 网
用 户 网
光 有 源 器 件 支撑基础： 光 无 源 器 件
11
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 光学和物理光学基本 理论，各项技术指标、 各种计算公式和各种 测试方法与光纤光学 和集成光学息息相关。
12
光功分器
波分复用器
光无源器件的分类
• 光纤型
熔融拉锥功分器、光纤光栅
第四章 集成光无源器件
1
第四章 集成光无源器件
• 集成光无源器件概述 • 典型的集成光无源器件
波导透镜 Y分支、定向耦合器、多模干涉耦合器 MZ干涉仪 环形谐振腔 阵列波导光栅
• 光隔离器与环形器
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第四章 集成光无源器件
• 集成光无源器件概述 • 典型的集成光无源器件
波导透镜 Y分支、定向耦合器、多模干涉耦合器 MZ干涉仪 环形谐振腔 阵列波导光栅
光器件与电器件的类比
电线 电阻 二极管 放大器 滤波器 电接插件 开关 光纤 光衰减器 光隔离器 光放大器 光滤波器 光连接器 光开关 调制器 三通（多通） 混频器 频率转换器 电源 探头 集成电路 光调制器 光耦合器 光波分复用器 光波长转换器 光源 光探测器 集成光路
8
光有源和无源器件
光电子器件类型（通信）
6
光纤通信用光电子器件
发射 •激光器 •调制器 •波长锁定 •接收器 •探测器 •收发模块
波分复用
放大器 •隔离器 •分路耦合器 •泵浦激光器 •增益平坦器件 •光衰减器 •掺铒光纤放大器 •拉曼放大器 •半导体光放大器
7
光开关 •光交换开关 •耦合器 •上下路模块
•薄膜滤波器 •光纤光栅 •阵列波导光栅 •环行器 •波长交换器
• 光电子成为“绿色”的五个关键要素（美国光电子产业发展协会）： 能够清洁可持续地产生或节约能量 减少污染 为环境创造可持续的发展 改善公众健康 降低温室效应气体的排放量
4
广东的光电子产业
光电子产业是广东省最重要的支柱性产业之一。
广东拥有全国最大光电子企业集群
跨国企业
美国、欧洲、日本等国际 跨国光电子企业落户广东 (科锐、欧士朗、光联等)
• 光隔离器与环形器
3
光子产业
• 光电子产业：
以光技术为核心，结合微电子与 半导体技术，形成的各类器件、 组件、设备、服务等应用市场 的总和。广泛应用于信息、能 源、材料、航空航天、生命科 学、环境科学和国防军事等领 域。
• 绿色百度文库电子产业：
以节能、环保、健康、安全为 特征的光电子技术，是现代光电产业发展的新趋势，是可持 续发展的必然要求。
16
光通信的发展现状
• 经历了本世纪初的光通信泡沫沉寂多年后，光通 信近年来呈现出新一轮的发展。不同于以往的盲 目扩张，这次的迅速发展动力来自于是实实在在 的市场需求，也就是“带宽”。随着交互式网络 电视IPTV、网络游戏等高带宽业务的出现，人们 对带宽的需求急剧增加，光纤从光网络的干线网 络、城域网络向接入网延伸。作为 “最后一公里” 的解决方法，光纤到户（Fiber to the Home，简 称FTTH）以及无源光网络（Passive Optical Network，简称PON）近年来在全球范围内的大 面积的铺开，增加了对集成光器件的需求，极大 地促进了相关集成光子器件的发展。
• 微器件型
透镜、反射镜、棱镜等 分立光学元件
• 集成型
采用类似于半导体集成电路 的方法，把光学元件集成到同一块芯片上的集成光路
13
集成光无源器件
• • • • 体积小、重量轻、集成度高 机械性能以及环境稳定性好 容易精确控制、重复性好 制作工艺与集成电路工艺相兼容，可以方便与其它光电子集成器件集 成于一个衬底上，实现单片集成的目的 • 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。
国内领军企业
一批世界知名、国内一流的民 族企业，引领国内同行 （华为、中兴、莱宝、大族等 ）
广东已形成明显的光电子产业带：广州、深圳、惠 州、东莞、佛山、珠海和中山地区。 广东光电子技术和产业发展水平总体上代表着国家 参与国际光电子领域竞争的综合实力与核心竞争力。
5
光通信产业
包括：
• 1、各种规格的光纤和光缆，包括各种掺杂光纤、特殊结构光纤（保 偏光纤、色散渐变光纤、色散补偿光纤、大孔径光纤等）、光子晶体 光纤和塑料光纤； • 2、各种有源器件（激光器、发光管、探测器、放大器、发射模块、 接收模块等）和无源器件（耦合器、滤波器、衰减器、隔离器、环形 器、连接器、光互联、光分叉复用、光波分复用以及包含这些功能的 各种集成光子器件等； • 3、各种光通信测试仪器（功率计、波长计、光纤光谱分析仪、宽带 放大器、反射信号测试仪、信号发生器、通信信号分析仪等）与光纤 加工设备（光纤拉制机、光纤熔接机、光纤熔融拉锥机、光纤刻蚀机、 光纤抛磨机） • 4、光通信系统（时分复用、波分复用）和光网络系统（远程网、城 域网、接入网）
按是否需要外加能源驱动工作分： • 光有源器件 • 光无源器件
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光有源器件
定义：需要外加能源驱动工作的光电子器件
–半导体光源(LD,LED,DFB,QW,SQW,VCSEL)
–半导体光探测器(PIN,APD）
–光纤激光器（OFL:单波长、多波长） –光放大器(SOA,EDFA) –光波长转换器(XGM,XPM,FWM) –光调制器（EA） –光开关/路由器
光无源器件
定义：不需要外加能源驱动工作的光电子器件 –光纤连接器（固定、活动,FC/PC,FC/APC） –光纤定向耦合器/分支器 –光分插复用器（OADM) –光波分/密集波分复用器（WDM/DWDM) –光衰减器（固定、连续） –光滤波器（带通、带阻） –光纤隔离器与环行器（偏振有关、无关） –光偏振态控制器、光纤延迟线、光纤光栅
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密集波分技术
• • • • 容量超大，光纤的巨大带宽资源 数据透明，与信号的速率和调制方式无关 扩容方便，波长的复用 成本低廉，节约大量光纤
光传输的划时代革命
15
光器件： 光通信网络的基础
TDM WDM TDM WDM
传 输 网
交 换 网
接 入 网
用 户 网
光 有 源 器 件 支撑基础： 光 无 源 器 件
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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 光学和物理光学基本 理论，各项技术指标、 各种计算公式和各种 测试方法与光纤光学 和集成光学息息相关。
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光功分器
波分复用器
光无源器件的分类
• 光纤型
熔融拉锥功分器、光纤光栅
第四章 集成光无源器件
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第四章 集成光无源器件
• 集成光无源器件概述 • 典型的集成光无源器件
波导透镜 Y分支、定向耦合器、多模干涉耦合器 MZ干涉仪 环形谐振腔 阵列波导光栅
• 光隔离器与环形器
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第四章 集成光无源器件
• 集成光无源器件概述 • 典型的集成光无源器件
波导透镜 Y分支、定向耦合器、多模干涉耦合器 MZ干涉仪 环形谐振腔 阵列波导光栅
光器件与电器件的类比
电线 电阻 二极管 放大器 滤波器 电接插件 开关 光纤 光衰减器 光隔离器 光放大器 光滤波器 光连接器 光开关 调制器 三通（多通） 混频器 频率转换器 电源 探头 集成电路 光调制器 光耦合器 光波分复用器 光波长转换器 光源 光探测器 集成光路
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光有源和无源器件
光电子器件类型（通信）
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光纤通信用光电子器件
发射 •激光器 •调制器 •波长锁定 •接收器 •探测器 •收发模块
波分复用
放大器 •隔离器 •分路耦合器 •泵浦激光器 •增益平坦器件 •光衰减器 •掺铒光纤放大器 •拉曼放大器 •半导体光放大器
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光开关 •光交换开关 •耦合器 •上下路模块
•薄膜滤波器 •光纤光栅 •阵列波导光栅 •环行器 •波长交换器
• 光电子成为“绿色”的五个关键要素（美国光电子产业发展协会）： 能够清洁可持续地产生或节约能量 减少污染 为环境创造可持续的发展 改善公众健康 降低温室效应气体的排放量
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广东的光电子产业
光电子产业是广东省最重要的支柱性产业之一。
广东拥有全国最大光电子企业集群
跨国企业
美国、欧洲、日本等国际 跨国光电子企业落户广东 (科锐、欧士朗、光联等)
• 光隔离器与环形器
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光子产业
• 光电子产业：
以光技术为核心，结合微电子与 半导体技术，形成的各类器件、 组件、设备、服务等应用市场 的总和。广泛应用于信息、能 源、材料、航空航天、生命科 学、环境科学和国防军事等领 域。
• 绿色百度文库电子产业：
以节能、环保、健康、安全为 特征的光电子技术，是现代光电产业发展的新趋势，是可持 续发展的必然要求。
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光通信的发展现状
• 经历了本世纪初的光通信泡沫沉寂多年后，光通 信近年来呈现出新一轮的发展。不同于以往的盲 目扩张，这次的迅速发展动力来自于是实实在在 的市场需求，也就是“带宽”。随着交互式网络 电视IPTV、网络游戏等高带宽业务的出现，人们 对带宽的需求急剧增加，光纤从光网络的干线网 络、城域网络向接入网延伸。作为 “最后一公里” 的解决方法，光纤到户（Fiber to the Home，简 称FTTH）以及无源光网络（Passive Optical Network，简称PON）近年来在全球范围内的大 面积的铺开，增加了对集成光器件的需求，极大 地促进了相关集成光子器件的发展。
• 微器件型
透镜、反射镜、棱镜等 分立光学元件
• 集成型
采用类似于半导体集成电路 的方法，把光学元件集成到同一块芯片上的集成光路
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集成光无源器件
• • • • 体积小、重量轻、集成度高 机械性能以及环境稳定性好 容易精确控制、重复性好 制作工艺与集成电路工艺相兼容，可以方便与其它光电子集成器件集 成于一个衬底上，实现单片集成的目的 • 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。
国内领军企业
一批世界知名、国内一流的民 族企业，引领国内同行 （华为、中兴、莱宝、大族等 ）
广东已形成明显的光电子产业带：广州、深圳、惠 州、东莞、佛山、珠海和中山地区。 广东光电子技术和产业发展水平总体上代表着国家 参与国际光电子领域竞争的综合实力与核心竞争力。
5
光通信产业
包括：
• 1、各种规格的光纤和光缆，包括各种掺杂光纤、特殊结构光纤（保 偏光纤、色散渐变光纤、色散补偿光纤、大孔径光纤等）、光子晶体 光纤和塑料光纤； • 2、各种有源器件（激光器、发光管、探测器、放大器、发射模块、 接收模块等）和无源器件（耦合器、滤波器、衰减器、隔离器、环形 器、连接器、光互联、光分叉复用、光波分复用以及包含这些功能的 各种集成光子器件等； • 3、各种光通信测试仪器（功率计、波长计、光纤光谱分析仪、宽带 放大器、反射信号测试仪、信号发生器、通信信号分析仪等）与光纤 加工设备（光纤拉制机、光纤熔接机、光纤熔融拉锥机、光纤刻蚀机、 光纤抛磨机） • 4、光通信系统（时分复用、波分复用）和光网络系统（远程网、城 域网、接入网）
按是否需要外加能源驱动工作分： • 光有源器件 • 光无源器件
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光有源器件
定义：需要外加能源驱动工作的光电子器件
–半导体光源(LD,LED,DFB,QW,SQW,VCSEL)
–半导体光探测器(PIN,APD）
–光纤激光器（OFL:单波长、多波长） –光放大器(SOA,EDFA) –光波长转换器(XGM,XPM,FWM) –光调制器（EA） –光开关/路由器