第四章 光波分复用器

Ns (l) d x / f + Na (l)DL – Ns (l) d1 x1/f 1 = ml
Na DL = mlc Blazing angle @ m-th 干涉级
Dl/ Dx = Dlch / d, Dispersion equation
*
Typical Data
AWG16, lc = 1.55 mm, Dlch = 0.8 nm M = 100, m = 59, DL = 63 mm, R = 11.35 mm. IL = 2.5 dB, CT < -28 dB.
AWG16 Testing results after assembling ch2 ch3 ch4 ch5 ch6 ch7 ch8 1532.687 1533.474 1534.258 1535.045 1535.829 1536.614 1537.4 0.347 0.352 0.353 0.358 0.357 0.348 0.352 0.499 0.502 0.5 0.501 0.501 0.5 0.496 4.88 4.86 4.77 4.75 4.75 4.74 4.71 0.46 0.47 0.29 0.27 0.31 0.3 0.26 0.38 0.32 0.29 0.29 0.26 0.24 0.19 29.18 28.76 30.02 29.34 29.03 29.54 29.94 30.76 31.48 30.85 30.49 30.75 30.71 30.75 1532.68 1533.47 1534.25 1535.04 1535.82 1536.61 1537.4 0.007 0.004 0.008 0.005 0.009 0.004 0
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第四章 光波分复用/解复用器
应用
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第四章 光波分复用/解复用器
7.光纤光栅(FG) UV光诱导的纤芯折射率周期L变化
UV beam
-1
+1
-1
+1
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第四章 光波分复用/解复用器
最简单的正弦型FG，折射率: L: 周期，neff:有效折射率，dn: 折射率调制深度 10^(-4～-2).前向和后向两种模式间的耦合波方程 z
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第四章 光波分复用/解复用器
4.嵌入式光纤波分复用器 由超薄型光学滤光片和光纤嵌入玻璃或金 属基体构成。在基体上开有一定夹角口两 个直槽，将光纤置于直槽固定。切一8～20 角度间隙，将滤光片插入其中，将另一根 光纤置于另一槽中固定
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ch1
ITU Error (nm) -0.004 Test Temperature:
0 -10
ch2 ch3 ch4
IL (dB)
-20 -30 -40 -50 -60 1530
ch5 ch6 ch7 ch8 ch9 ch10 ch11 ch12
1535
1540
1545
ch13 ch14 ch15 ch16
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第四章 光波分复用/解复用器
P2 = P1cos2(CL) P4 = P1sin2(CL)
C: 耦合强度，a: 为两光纤熔拉后锥体截 面宽度，n2:芯层折射率，V: 归一化频率， C随光波长而增大。通过熔拉技术调节两光 纤的芯距和长度，可精确控制功率的转移, 使不同波长的光从不同端口输出
优点: 信道数灵活, 插损和PDL低, 信道串 扰小，无须温控 缺点: 信道间隔难以小于200GHz, 插损和成 本随信道数而增加，插损均匀性差, 分立体 器件，封装复杂。
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6.耦合型WDM 平面波导或熔锥光纤WDM。波长间隔大, 用 于 1310/1550 nm WDM系统, 980/ 1550nm 和 1480/1550nm EDFA双波长复用
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• C, L, S bands, ITU-grad
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在高容量光通信系统、接入网、全光网 络等领域中，光纤频带资源有着广泛应 用前景。同时在构成光纤网络中的光纤、 光缆动态状况监测也用到WDM技术。
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5. 多层介质膜滤波器: HL…H(LLt) HrLi (2NH) LiHr (LtL)H…LH 由厚度为1/4l的高反低反介质膜周期性 堆积而成，两膜具有不同折射率。Dl越 小，层数越多。200GHz间隔, 几十层数。 串接使用，用于8信道或与Interleaver 组合。
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* Gaussian AWG40
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* Flattop AWG40
Simulation Result
Test Result
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* Flattop AWG16
ch1 WL(nm) 1531.904 BW1(nm) 0.351 BW3 (nm) 0.499 IL(dB) 4.86 PDL(dB) 0.42 Ripple(dB) 0.33 Adj-Iso (dB) 30.31 Non Adj-Iso(dB) 31.07 ITU Grid (nm) 1531.9 ITU Error (nm) 0.004
缺点: 有较高的回波反射, 必须使用 光隔离器, 每一信道均需要昂贵的光环 行器, 插损和成本随信道数而增加, 插 损均匀性差, 分立器件, 需要温控和应 力补偿, 只适用于低信道数
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其它应用: • 色散补偿
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• 1310/1550nm WDM 双波长复用
• CWDM 粗波分复用
Spacing: 20nm, l =1310 – 1610 nm,共 有12信道可用 信道间隔大,对各器件的指标要求降低, 不需冷却和温控,到具有低耗、廉价(低 30-40%)、可靠性高、易于维护等优点。 用于局域网和城域网
Wavelength 华南师大光电学院 黄旭光 (nm)
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WL
华南师大光电学院 BW1, BW2, WL, PDL, RL
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* Athermal AWG
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1.光波分复用/解复用器的基本功能
对多个信道的光波波长进行合成/分离的 光无源器件。器件的N个端口作为输入端 ／输出端，一个端口作为输出端／输入端。
WDM - Wavelength Division Multiplexing (xer), DMUX – DeMultiplexer,
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• 分布反馈式(DBF)激光器
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• 光纤光栅传感器
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8.光栅型 由光栅、透镜和光纤阵列构成的WMD器件。 信道间隔可达100GHz,信道数高
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• DWDM – Dense WDM Spacing: 100 GHz (~0.8nm), 50 GHz, 1552.52nm Channel #: 16, 32, 40
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2. 主要技术
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z
K=pd／lB是耦合系数, d = b+- b- - 2p/L
边界条件:
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d = b+- b- - 2p/L, d = 0 即动量守恒或 相位匹配,lB = 2neffL, 此时有最大反射率
反射主峰带宽近似有
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10.阵列波导光栅 (AWG)
由输入、输出波导、两个星型耦合器和 阵列波导集成在同一平面上。集成光器件
DL
Arrayed WGs
Input Slab WGs 华南师大光电学院 黄旭光
Output
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* 光谱平坦型AWG技术
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* PLC制备技术
A.平板波导生长 SiO2/Si系列：PECVD，FHD InGaAsP/InP系列：MOCVD Polymer 材料: Spin Coating
B.光刻 (Photomask, UV, 冲洗) + 干式RIE 陡直光滑 Sidewalls IL, CT 要求：应力平衡，Dn < 4x10-4, Dw, Dh < 0.5 mm
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3.干涉膜型光波分复用器 由双光纤、自聚焦透镜和多层介质膜构 成。其光学膜一般镀制成截止(短波或长 波截止)滤光片或带通滤光片。如1310／ 1550nm的波分复用器
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选用超窄带滤光片时，可构成密集型波 分复用器。复用间隔可小至lnm。单窗口 二波密集型波分复用器.
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优点: 可任意选择反射波长和带宽, 反 射带宽可很窄, 适合DWDM, 反射率可接 近100%
ch9 ch10 ch11 ch12 ch13 ch14 ch15 ch16 WL(nm) 1538.186 1538.974 1539.762 1540.553 1541.341 1542.133 1542.926 1543.72 BW1(nm) 0.353 0.353 0.354 0.352 0.355 0.36 0.356 0.356 BW3 (nm) 0.499 0.498 0.499 0.5 0.5 0.5 0.501 0.508 IL(dB) 4.73 4.72 4.73 4.79 4.84 4.88 4.87 4.95 PDL(dB) 0.26 0.29 0.31 0.31 0.28 0.36 0.37 0.45 Ripple(dB) 0.21 0.21 0.19 0.21 0.22 0.21 0.18 0.21 Adj-Iso (dB) 30.82 30.37 30.67 31.05 31.61 30.99 30.84 31.12 Non Adj-Iso(dB) 31.19 30.96 30.85 30.87 30.63 30.44 30.58 30.66 ITU Grid (nm) 1538.19 1538.98 -0.006 1539.77 -0.008 1540.56 -0.007 1541.35 -0.009 72 C 1542.14 -0.007 1542.94 -0.014 1543.73 -0.013
AWG-闪烁的多缝衍射
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50 Slits
1000 Slits
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第四章 光波分复用/解复用器
* 高斯型AWG5的BPM模拟结果
m
Slab 2
Slab 1
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lc
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* 光栅方程
Ns (l) d sinq + Na (l)DL – Ns (l) d1 sinq1 = ml
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9.刻蚀光栅 (EG) 2D 平面光栅光谱仪
输入、输出波导(狭缝)、聚焦反射镜和光 栅集成在同一平面上。集成光器件
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优点: 光谱分辨率高, 输入和输出在光 栅同一侧, 尺寸小, 可用于信道数更高 (64, 128ch)的DWDM系统 缺点: 垂直和光滑的亚波长周期锯齿光 栅制备难度大