电光调制器浅谈PPT资料51页

j2a2 (z)
可以证明模式耦合只能在两个相互简并的模 之间发生，即：
1 2
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da1 dz
j
a1(z)
jka2 (z)
da2
dz
jk*a1(z)
j
a2 (z)
k是一个与z无关，而只与模式场的横向分布 有关的常数，所以上述方程为常微分方程， 可以解得：
a a 1 2((z z)) ex p (jz) jcs o is n ((k k zz))
a a 1 2 ( ( z z 1 1 L L 1 2 z z 2 2 ) ) e x p (j( z 1 z 2 ) ) j2 2 // 2 2j2 2 / / 2 2 j2 2 /2 /2 e x e p x ( p ( jjL 2 L ) 1 )
证明 ：当kz14 5 o ,a 2(0 ) 1 ,a 1 (0 ) 0时，
a a 1 2 ( (z z 1 1 ) ) e x p (jz 1 ) j2 2 //2 2j2 2 //2 2 1 0 e x p (jz 1 ) j2 2 /2 /2
经过中间单模光纤的传输 ：
• 在弱耦合条件下，即在两波导的间距足够大，以 及在不改变各自模式场分布形式的条件下，可以 证明，存在线性的模式耦合方程组：
da1(z) dad2(zz) dz
j1a1(z) jK21a2(z) jK12a1(z) j2a2(z)
da1(z) dad2(zz) dz
j1a1(z) jK21a2(z) jK12a1(z) j2a2(z)
加损耗已低于0.05dB。 (2)方向性好。这类器件的方向性指标一般都超过60dB，保证了传输信
号的定向性，并极大地减少了线路之间的串扰。 (3)良好的环境稳定性。在经过适当保护后，受环境条件的影响可以限
制到很小的程度。 (4)控制方法简单、灵活。可以方便地改变器件的性能参数。 (5)制作成本低廉、适于批量生产。
偏振稳定度(dB) <0.1
端口配置
1×2,2×2
分光比
1:99～50:50
方向性(dB)
>50
工作温度(℃)
-40-85
储存温度(℃)
-55-85
• 偏振相关损耗PDL是光器件或系统在所有偏振 状态下的最大传输差值。它是光设备在所有偏 振状态下最大传输和最小传输的比率
PDL(dB)10logTmax Tmin
K12K2*1k
耦合模方程变为：
da1 dz
j1a1(z)
jka2 (z)
da2
dz
jk*a1(z)
j2a2 (z)
• 当两光波导折射率完全相同，显然有
K12 K21
由 K12K2*1k 耦合模方程可以化简为
da1 dz
j1a1( z)
jka2 (z)
da2
dz
jka1( z)
电光调制器的种类
现在适合用于光纤通信系统的调制器材料有铌酸锂 （LiNbO3）、砷化镓（GaAs）和聚合物 （Polymer）。砷化镓和聚合物调制器中的光波 导为带脊波导，它们与单模光纤光连接的损耗比 铌酸锂波导与单模光纤要大得多。聚合物调制器 的长期稳定性尚不理想。因此当前实用光纤通信 系统中都选用铌酸锂调制器。
da1(z) dad2(zz) dz
j1a1(z) jK21a2(z) jK12a1(z) j2a2(z)
式中 a i(z ) c (z )e x p (jiz ),i 1 ,2为两个
模式的波动项，包括了模式的缓变包 络项和迅变项 expj(z) ；K ij 表示横向 耦合系数。
由模式耦合方程所规定的模耦合系数， 具有如下对称性：
缺点： (1) 波长依赖性 (2) 不便于大规模集成
波导型耦合器
沉积、光刻、扩散。
缺点: (1) 价格高，一般为拉锥型耦合器的几倍 (2) 插入损耗大
熔融拉锥型耦合器的参数
工作波长(nm)
1310或1550
带宽(nm)
±10
附加损耗(dB)
<0.12
均一性,dB(50:50) 0.7
热稳定系数(dB／℃) <0.003
• 如果级联两级Interleaver，即可实现1/4普 通解复用器频率间隔的密集波分复用
Interleaver 滤波器
耦合器的分类：
• 光纤熔锥型耦合器 • 集成光波导型耦合器
熔融拉锥型耦合器
熔锥型耦合器是先将两根光纤稍微扭绞一下，然后加热，最后拉细成 型。
优点： (1)极低的附加损耗目前，利用熔锥法制作的标准X(或Y)型耦合器的附
jsin (kz)a 1(0 ) co s(kz) a 2(0 )
如果 a1(0)0,a2(0)0，则
a1(z)2cos2(kz)a1(0)2 a2(z)2sin2(kz)a1(0)2
传输功率在两个波导之间周期性交替传递
耦合模理论的应用----Mach-Zehnder干涉仪
Tbarsin2(L12L2) Tcross cos2(L12L2)
其中 T m a x 和 T m i n 分别表示测试器件（DUT）的最大传输和最小传输
检测电路
直流光信号、10GbpsNRZ信号眼图以及它 们对应的光谱图
10GbpsNRZ信号眼图以及它们对应的光谱 图
直流光信号眼图
直接调制 间接调制
电光调制器的基本原理
电光调制是基于线性电光效应（普克尔效应）即 光波导的折射率正比于外加电场变化的效应。电 光效应导致的相位调制器中光波导折射率的线性 变化，使通过该波导的光波有了相位移动,从而实 现相位调制。单纯的相位调制不能调制光的强度。 由包含两个相位调制器和两个Y分支波导构成的 马赫－泽德（Mach-Zehnder）干涉仪型调制器能 调制光的强度。
耦合模理论的应用范围
• 同一波导中不同模式之间的耦合，例如： 光栅
• 不同波导之间的耦合问题，是分析各种类 型的半导体耦合器、定向耦合型调制器与 光开关、阵列半导体激光器等光电子器件 工作原理的理论依据。
两波导之间的横向耦合
在两个正规光波 导互相平行靠近 时，它们光场的 横向耦合可用模 式的横向耦合来 描述。
Tcross
|
a1(z1
L1
z2)|2cos2
(L1 L2)
2
Tbar
| a2(z1 L1 z2)|2sin2
(L1 L2)
2
Interleaver 滤波器
• 通过两个中心波长交错而频率间隔均为目 标间隔两倍的普通复用/解复用器组合使用 一个专门配合偶信道，另一个专门配合奇 信道再接续一个可以将信号按奇偶信道分 开的Interleaver， 就可以实现目标频率间 隔。