(5)光波分复用器
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AWG损耗低，通带平坦，容易集成在一块衬底 上。AWG也可用作静态波长路由器，
输入 波导
输入 耦合器
阵列 波导
输出 耦合器
输出 波导
阵列波导光栅(AWG)
11,21,13,14 12,22,23,24 13,23,33,34 14,24,43,44
AW G
11,22,33,44 14,21,32,34 13,24,31,24 12,23,34,14
FBG
1—15、16
16
16
光纤光栅的应用
利用FBG构成的波分复用器
三种构型实现解复用功能。 试比较其三者的优缺点。
组合型波分复用器
为了实现更优性能和更高密集度的波分复用， 可以使用几种器件进行组合。这就是美国E-TekDynamics公司推出的组合型波分复用器。
它采用熔融拉锥型耦合器、切趾Bragg光栅 和带通波分复用器（BWDM）组合构型，其 信道间隔可达0.4nm（50GHz）
4
2、附加损耗(Le)
某一端口的输入功率Pi与各输出端口功率
和的比值的对数。对于2X2四端口光纤耦
合器：
Le
10lg
Pi P3 P0
[dB]
对于理想的耦合器，Le=0，即输入功率= 输出功率；
但实际上由于存在散射或接头，使得Le不 为0，但应尽量小。
3、串音（Lc）
由1端口输入功率P1泄露到2端口的功率
组合型8信道波长复用器 原理描述
组合型8信道波长解复用器 原理描述
三、阵列波导光栅型波分复用器(AWG)
阵列波导光栅
阵 列 波 导 光 栅 (AWG: Arrayed Waveguide Grating) 它由两个多端口耦合器和连接它们的阵列 波导构成。AWG可用作n×1波分复用器和1×n波分 解复用器。
透镜
3
透镜
5
透镜
7
窄带滤波器
玻璃衬底
基于多层介质薄膜滤波器的 波分复用/解复用器
干涉滤光膜型DWDM的一种工艺方案
输入光纤
干涉滤光膜
1 2 3 4
干涉滤光膜型DWDM的一种工艺方案
1—16
16
1—15 15
1—14
内容回顾
2.衍射光栅型光波分复用器。
dsin m(m 0,1,2...)
如果设计输入耦合器和输出耦合满足 dinik=dini+kδini
和 doutkj=doutj+kδoutj
ijk
2
(n1diin
n1d
out j
)
2k
(n1
in i
n2L
n1
out j
)k
1,2,...,m
（7.15）
在 输 入 波 导 i 输 入 的 那 些 波 长 中 若 满 足 ： n1δin i+n2ΔL+n1δoutj=pλ，p为整数，则波长为λ的光将在输出波导j输出。
P2比值的对数。
Lc
10lg
P2 P1
[dB]
隔离度 10lg P1[dB] P2
4、分光比或耦合比(SR)
某一输出端口（3或4）光功率Pi与各端口总 输出功率之比，即：
SR [
Pi ]100 % Pi
i
一个器件——环行器
环形器
2 1
3
在理想的3端口环行器中： 1端口的输入功率从2端口输出； 2端口的输入功率从3端口输出； 3端口的输入功率从1端口输出。
光方向 耦合器
耦合级联——制作DWDM方案
1×2型 2×2型
级联
1×N型 N×N型
光纤光栅型波分复用器
光纤光栅的概念
光纤光栅是利用紫外（UV）激光诱导光纤纤 芯折射率分布呈周期性变化的机械形成的折 射率光栅。
让特定波长的光通过反射和衰减实现波长选 择，便可制成波分复用器件。
短周期光纤光栅 按折射率周期分
长周期光纤光栅
UV
光纤布拉格（Bragg）光栅（FBG）
FBG是直接用紫外激光写入在光纤纤芯上， 且其反射波长的反射率几乎可达100%， 因此可以采用FBG构成DWDM用波分复 用/解复用器。
光纤布拉格(Bragg)光栅工作原理
1—16
布拉格光栅
1—15
16
环形器
1—15、16
第五讲 光波分复用器
2004.9.28
内容提要
1、熔融拉锥型波分复用器； 2、光纤光栅型波分复用器； 3、组 合 型波分复用器；
内容回顾
1.干涉膜滤光型光波分复用器；
多
层
H L
介
H
质
L
膜
L H
L
H
SiO2
1,2,…8 光纤
透镜
透镜
2
透镜
4
透镜
6
透镜
8 光纤
透镜
光纤 1
光方向 耦合器
口
的
输
入
信
号
分
成
m
部
分，它 d in ik
们
d out kj
之间的相对相位由从输入波导到阵列波导在输入耦合器中传输
的距离来决定，输入波导i和阵列波导k之间的距离用 表示，
阵列波导k的长度比阵列波导(k-1)的长度长ΔL， 同样，阵列波
导k和输出波导j之间的距离用 表示。
因此，光信号从输入波导i到输出波导j，经历了i与j之间m 条不同通路后的相对相位为：
制作方法
将两根（或多根）除去涂覆层的裸光纤以一 定的方式（打绞或用夹具）靠近；
在高温下加热熔融，同时两侧拉伸； 利用电脑监控其光功率耦合曲线，并根据耦
合比与拉伸长度关系(如图)控制停火时间， 最后在加热区形成双锥波导结构。
工作原理：
1
2
1 2
光功率的比例分配与锥形的长度和包层的厚度有关
ijk
2
(n1diikn
n2
kL
n1d
out kj
)k
1,2,...,m
（7.14）
其中n1为输入和输出耦合器的折射率，n2为阵列波导的折 射率，λ为光信号的波长。在输入波导i的光信号的波长中， 满 足Φijk为2π的整数倍的波长将在输出波导j输出。
于是，通过适当设计，可以做成1×n波分解复用器和n×1 波分复用器。
基于AWG的静态波长路 由器
下面我们简单地分析一下AWG的工作原理。
设AWG的输入端口数和输出端口数均为n，输入耦合器 为n×m形式，输出耦合器为m×n形式，输入和输出耦合器之 间由 m个 波导连接 ，每相邻波导的长度差均为 ΔL。MZI 是 AWG n=m=2情形下的特例。
输
入
耦
合
器
将
某
个
输
入
端
输入光
几个概念：
1、插入损耗； 2、附加损耗； 3、串音； 4、分光比或耦合比
1、插入损耗(Li)
穿过耦合器的某一光通道所引入的功率损耗，通常 以某一特定的端口（3或4）的输出功率P0与某一 输入端口（1或2）的输入功率Pi之比的对数Li来表 示。
1
3
Li
10lg
P0 Pi
[dB]
2
波导型耦合器
嵌 入波导
玻璃 衬底
熔融拉锥波分复用器
主要应用于双波长的复用: 1）1310nm/1550nm； 2）掺铒光纤放大器(EDFA):980nm/1550nm
1480nm/1550nm 3）光学监控系统应用：1551nm/1550nm
监控波长
信号光波长
ຫໍສະໝຸດ Baidu
4）基本结构
将几根光纤去涂覆后排列在一起， 用熔拉双锥技术制作成光耦合器。
对于给定间隔d（光栅常数）的光栅，当用
多色光照明时，不同波长的同一级亮线(除零级外)
均不重合。
光栅平面 影像平面
2
1
i
d1
d2
影像平面 光栅平面
2
1
d2
d1
i
＋
12
(a)
(a) 透射光栅；
＋
12
(b)
(b) 反射光栅
二、光栅型波分复用器
1. 体光栅型
43 2 1
输入 波导
输入 耦合器
阵列 波导
输出 耦合器
输出 波导
阵列波导光栅(AWG)
11,21,13,14 12,22,23,24 13,23,33,34 14,24,43,44
AW G
11,22,33,44 14,21,32,34 13,24,31,24 12,23,34,14
FBG
1—15、16
16
16
光纤光栅的应用
利用FBG构成的波分复用器
三种构型实现解复用功能。 试比较其三者的优缺点。
组合型波分复用器
为了实现更优性能和更高密集度的波分复用， 可以使用几种器件进行组合。这就是美国E-TekDynamics公司推出的组合型波分复用器。
它采用熔融拉锥型耦合器、切趾Bragg光栅 和带通波分复用器（BWDM）组合构型，其 信道间隔可达0.4nm（50GHz）
4
2、附加损耗(Le)
某一端口的输入功率Pi与各输出端口功率
和的比值的对数。对于2X2四端口光纤耦
合器：
Le
10lg
Pi P3 P0
[dB]
对于理想的耦合器，Le=0，即输入功率= 输出功率；
但实际上由于存在散射或接头，使得Le不 为0，但应尽量小。
3、串音（Lc）
由1端口输入功率P1泄露到2端口的功率
组合型8信道波长复用器 原理描述
组合型8信道波长解复用器 原理描述
三、阵列波导光栅型波分复用器(AWG)
阵列波导光栅
阵 列 波 导 光 栅 (AWG: Arrayed Waveguide Grating) 它由两个多端口耦合器和连接它们的阵列 波导构成。AWG可用作n×1波分复用器和1×n波分 解复用器。
透镜
3
透镜
5
透镜
7
窄带滤波器
玻璃衬底
基于多层介质薄膜滤波器的 波分复用/解复用器
干涉滤光膜型DWDM的一种工艺方案
输入光纤
干涉滤光膜
1 2 3 4
干涉滤光膜型DWDM的一种工艺方案
1—16
16
1—15 15
1—14
内容回顾
2.衍射光栅型光波分复用器。
dsin m(m 0,1,2...)
如果设计输入耦合器和输出耦合满足 dinik=dini+kδini
和 doutkj=doutj+kδoutj
ijk
2
(n1diin
n1d
out j
)
2k
(n1
in i
n2L
n1
out j
)k
1,2,...,m
（7.15）
在 输 入 波 导 i 输 入 的 那 些 波 长 中 若 满 足 ： n1δin i+n2ΔL+n1δoutj=pλ，p为整数，则波长为λ的光将在输出波导j输出。
P2比值的对数。
Lc
10lg
P2 P1
[dB]
隔离度 10lg P1[dB] P2
4、分光比或耦合比(SR)
某一输出端口（3或4）光功率Pi与各端口总 输出功率之比，即：
SR [
Pi ]100 % Pi
i
一个器件——环行器
环形器
2 1
3
在理想的3端口环行器中： 1端口的输入功率从2端口输出； 2端口的输入功率从3端口输出； 3端口的输入功率从1端口输出。
光方向 耦合器
耦合级联——制作DWDM方案
1×2型 2×2型
级联
1×N型 N×N型
光纤光栅型波分复用器
光纤光栅的概念
光纤光栅是利用紫外（UV）激光诱导光纤纤 芯折射率分布呈周期性变化的机械形成的折 射率光栅。
让特定波长的光通过反射和衰减实现波长选 择，便可制成波分复用器件。
短周期光纤光栅 按折射率周期分
长周期光纤光栅
UV
光纤布拉格（Bragg）光栅（FBG）
FBG是直接用紫外激光写入在光纤纤芯上， 且其反射波长的反射率几乎可达100%， 因此可以采用FBG构成DWDM用波分复 用/解复用器。
光纤布拉格(Bragg)光栅工作原理
1—16
布拉格光栅
1—15
16
环形器
1—15、16
第五讲 光波分复用器
2004.9.28
内容提要
1、熔融拉锥型波分复用器； 2、光纤光栅型波分复用器； 3、组 合 型波分复用器；
内容回顾
1.干涉膜滤光型光波分复用器；
多
层
H L
介
H
质
L
膜
L H
L
H
SiO2
1,2,…8 光纤
透镜
透镜
2
透镜
4
透镜
6
透镜
8 光纤
透镜
光纤 1
光方向 耦合器
口
的
输
入
信
号
分
成
m
部
分，它 d in ik
们
d out kj
之间的相对相位由从输入波导到阵列波导在输入耦合器中传输
的距离来决定，输入波导i和阵列波导k之间的距离用 表示，
阵列波导k的长度比阵列波导(k-1)的长度长ΔL， 同样，阵列波
导k和输出波导j之间的距离用 表示。
因此，光信号从输入波导i到输出波导j，经历了i与j之间m 条不同通路后的相对相位为：
制作方法
将两根（或多根）除去涂覆层的裸光纤以一 定的方式（打绞或用夹具）靠近；
在高温下加热熔融，同时两侧拉伸； 利用电脑监控其光功率耦合曲线，并根据耦
合比与拉伸长度关系(如图)控制停火时间， 最后在加热区形成双锥波导结构。
工作原理：
1
2
1 2
光功率的比例分配与锥形的长度和包层的厚度有关
ijk
2
(n1diikn
n2
kL
n1d
out kj
)k
1,2,...,m
（7.14）
其中n1为输入和输出耦合器的折射率，n2为阵列波导的折 射率，λ为光信号的波长。在输入波导i的光信号的波长中， 满 足Φijk为2π的整数倍的波长将在输出波导j输出。
于是，通过适当设计，可以做成1×n波分解复用器和n×1 波分复用器。
基于AWG的静态波长路 由器
下面我们简单地分析一下AWG的工作原理。
设AWG的输入端口数和输出端口数均为n，输入耦合器 为n×m形式，输出耦合器为m×n形式，输入和输出耦合器之 间由 m个 波导连接 ，每相邻波导的长度差均为 ΔL。MZI 是 AWG n=m=2情形下的特例。
输
入
耦
合
器
将
某
个
输
入
端
输入光
几个概念：
1、插入损耗； 2、附加损耗； 3、串音； 4、分光比或耦合比
1、插入损耗(Li)
穿过耦合器的某一光通道所引入的功率损耗，通常 以某一特定的端口（3或4）的输出功率P0与某一 输入端口（1或2）的输入功率Pi之比的对数Li来表 示。
1
3
Li
10lg
P0 Pi
[dB]
2
波导型耦合器
嵌 入波导
玻璃 衬底
熔融拉锥波分复用器
主要应用于双波长的复用: 1）1310nm/1550nm； 2）掺铒光纤放大器(EDFA):980nm/1550nm
1480nm/1550nm 3）光学监控系统应用：1551nm/1550nm
监控波长
信号光波长
ຫໍສະໝຸດ Baidu
4）基本结构
将几根光纤去涂覆后排列在一起， 用熔拉双锥技术制作成光耦合器。
对于给定间隔d（光栅常数）的光栅，当用
多色光照明时，不同波长的同一级亮线(除零级外)
均不重合。
光栅平面 影像平面
2
1
i
d1
d2
影像平面 光栅平面
2
1
d2
d1
i
＋
12
(a)
(a) 透射光栅；
＋
12
(b)
(b) 反射光栅
二、光栅型波分复用器
1. 体光栅型
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