光纤型热光可调光衰减器的设计及其衰减分析
可调光衰减器原理
可调光衰减器原理
嘿，朋友们！今天咱们来聊聊可调光衰减器原理。
这玩意儿啊，就像是一个超级厉害的光线调控大师！
你想想看啊，光线就像是一群调皮的小精灵，跑来跑去，有时候亮得刺眼，有时候又太暗了。
那可调光衰减器呢，就是能把这些小精灵管得服服帖帖的“老大”！比如说，在一个大舞台上，灯光师要根据不同的节目和场景来调整灯光的亮度，这时候可调光衰减器不就派上用场了嘛！
它的原理其实并不复杂啦，简单来说，就是通过一些巧妙的设计和技术，来控制光线的通过量。
哎呀，这就好像是你在马路上设置一个关卡，想让多少车通过，就由你说了算！
就拿我们家里的智能灯来说吧，你可以通过手机或者遥控器来调节灯光的亮度。
这里面说不定就藏着一个小小的可调光衰减器呢！你能想象到吗，坐在沙发上，轻轻一点，灯光就乖乖听话，变得或明或暗，多有意思啊！
再比如说在一些光学实验里，科学家们想要精确地控制光线的强度，这时候可调光衰减器可就是他们的得力助手了！它就像是一个精准的天平，能准确地衡量出光线的强弱。
总之啊，可调光衰减器原理虽然有些专业，但其实理解起来并不难。
它就像是一个隐藏在各种光学设备背后的魔法，默默地发挥着重要的作用。
我们每天的生活中说不定都有它的影子呢，只是我们没有察觉到罢了。
所以说，可调光衰减器真的是个神奇而又实用的东西啊，它让我们对光线的控制变得更加随心所欲，让我们的生活和各种工作都变得更加丰富多彩！大家说是不是呢？。
光纤型光可变衰减器的研究与设计
光纤型光可变衰减器的研究与设计
黄秋元;陈伟;周鹏;祁存荣
【期刊名称】《信息技术》
【年(卷),期】2003(027)008
【摘要】通过分析和利用光纤弯曲带来的辐射损耗,提出由此制作的光可变衰减器,结构简单,成本低廉,具有较强的适用价值.
【总页数】2页(P37-38)
【作者】黄秋元;陈伟;周鹏;祁存荣
【作者单位】武汉理工大学,武汉,430070;武汉理工大学,武汉,430070;武汉理工大学,武汉,430070;武汉理工大学,武汉,430070
【正文语种】中文
【中图分类】TN202;TN929.11
【相关文献】
1.熔锥型光纤声光可变衰减器 [J], 刘国祥;胡力;叶昆珍
2.全光纤热光型可变光衰减器的闭环控制 [J], 潘昊;陈哲;张云聪;张凌童
3.光纤型光可变衰减器的探索 [J], 薛春荣;汪洁;吴文娟
4.S弯曲聚合物热光型可变衰减器的特性 [J], 张昊;江晓清;李鹰;杨建义;李锡华;王明华
5.基于微电机械系统的反射式可变光衰减器的研究与设计 [J], 施向华;邱怡申;李高明;徐惠真
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光衰减器的原理
光衰减器的原理1. 引言光衰减器是一种用于调节光信号强度的器件，它可以通过改变光信号的功率来实现衰减。
在光纤通信系统中，由于光信号的强度可能会过大，需要通过衰减器对光信号进行调节以保证系统的正常运行。
本文将介绍光衰减器的原理和工作原理，并讨论一些常见的光衰减器的类型和应用。
2. 光衰减器的工作原理光衰减器的工作原理基于光信号的衰减机制。
当光信号通过光衰减器时，衰减器会减少光信号的功率，从而达到调节光信号强度的目的。
2.1 固定式光衰减器固定式光衰减器是一种固定在光纤通信线路中的光衰减器。
它通常由一段特殊的光纤组成，这种光纤的损耗特性可以使光信号的功率被减少到所需的水平。
固定式光衰减器可以通过选择合适的长度和损耗来实现所需的光衰减效果。
2.2 可变式光衰减器可变式光衰减器是一种可以调节光信号衰减程度的光衰减器。
它通常由一个机械或电子调节装置和一个可调节的光衰减器组成。
通过改变调节装置的参数，可以调节光衰减器的衰减程度。
可变式光衰减器的一种常见实现方法是使用电子控制器控制一个VOA（Variable Optical Attenuator）。
VOA通过改变光纤中的损耗来实现光信号的衰减。
电子控制器可以根据系统的需要，通过改变VOA的参数来实现对光信号强度的精确调节。
3. 光衰减器的类型与应用光衰减器可以根据其工作原理和使用方法的不同，分为多种类型。
下面将介绍一些常见的光衰减器类型及其应用。
3.1 固定式光衰减器固定式光衰减器广泛应用于光纤通信系统中，用于对光信号进行精确的衰减。
由于固定式光衰减器的衰减程度是固定的，因此可以在系统设计时根据实际需求选择合适的光衰减器，并将其固定在光纤线路中。
3.2 可变式光衰减器可变式光衰减器的衰减程度可以根据系统需求进行调节，因此在实际应用中更为灵活。
可变式光衰减器通常用于光纤通信系统中的调试和测试环节，可以根据需要实时调整光信号的强度，方便对系统进行调试和测试。
3.3 线性光衰减器线性光衰减器是一种特殊的光衰减器，它能够实现相对较为精确的衰减效果。
光纤通信系统中的光模式衰减与分析方法
光纤通信系统中的光模式衰减与分析方法光纤通信系统作为现代通信领域中最重要的传输介质之一，具有高带宽、低损耗和抗电磁干扰等优势。
光模式衰减是指光信号在传输过程中由于各种原因而逐渐减弱或丢失的现象。
了解光模式衰减的原因以及分析方法对于确保光纤通信系统的稳定运行至关重要。
光模式衰减的原因可以分为两类：内在衰减和外在衰减。
内在衰减是指光纤本身由于材料特性或结构问题所引起的衰减，主要包括吸收、散射和弯曲等。
吸收是由于光与光纤材料之间的相互作用而导致能量损耗，主要发生在光波长与材料本身的吸收特性匹配时。
散射是指光波在光纤中被杂质、无序结构或不均匀性等散射因素所分散，使得光信号在传输过程中发生方向的改变，从而引起衰减。
弯曲是指光纤被弯折或形成弯曲时出现的能量损耗，这是由于光波在发生光纤弯曲时会发生折射和衍射导致的。
而外在衰减则是指光信号在光纤传输过程中由于外界环境的影响而发生的衰减，如温度变化、机械应力、湿度等。
为了分析光纤通信系统中的光模式衰减，需要采用一系列的实验和分析方法。
首先，可以利用光时域反射法（OTDR）对光纤中的衰减进行定量测量。
OTDR是一种能够通过光脉冲反射分析光纤的设备，可以定位光纤中的故障点、监测衰减和信号丢失的位置。
通过OTDR的测量结果，可以分析光纤中不同位置的衰减情况，找出衰减较大的地方并进行修复或优化。
其次，可以使用波长分离器和功率计等设备来测量光纤中不同波长光信号的功率衰减。
波长分离器可以将不同波长的光信号分开，然后使用功率计对每个波长光信号的功率进行测量。
通过比较不同波长光信号的功率衰减，可以得到光纤中不同光模式的衰减情况，从而判断系统中是否存在光模式衰减的问题。
进一步，还可以使用频域法来分析光纤中的衰减。
频域法利用光纤中不同频率光信号的衰减特性来进行分析。
通过发送不同频率的光信号，观察接收到的信号功率的变化情况，可以得到光纤中的频率响应曲线。
根据频率响应曲线，可以分析光纤中不同频率光信号的衰减情况，从而了解光模式衰减的原因和程度。
什么是光衰减器？光衰减器原理、应用和缺点
什么是光衰减器？光衰减器原理、应用和缺点在光通信网络中，光模块、光纤跳线、有源光缆等都是比较常见也是大家常听到的产品，但是，易飞扬通信给大家介绍的是另外一个光通信产品——光衰减器。
你知不知道这是什么？光衰减器是什么？光衰减器是按照用户的要求将光功率进行预定量的衰减，为了使光接收机不产生饱和失真，或为了满足光线路中某种测试的确需要（如系统的灵敏度测试），或为了平衡多路传输支路光功率的大小不等。
光衰减器有可调光衰减器与固定光衰减器。
光衰减器的指标：工作波长、回波损耗、衰减量及精度（衰减范围及分辨率）及工作温度，常用于评估系统的损耗及各种测试中。
光衰减器的原理是什么？光纤衰减器通常是通过吸收光来产生衰减，如太阳眼镜吸收额外的光能量，同样地，光纤衰减器有一个可以吸收光能的工作波长范围，在这个波长下，它不应该反射光，因为这可能会导致光纤系统中不必要的回波反射。
另一种类型的光纤衰减器利用一定长度的高损耗光纤，降低其输入光信号功率，以这样的方式运行使其输出信号功率小于输入信号功率。
通过光信号的吸收、反射、扩散、散射、偏转、衍射和色散等来降低光功率。
（1）空气隔离技术:光在光纤中传输受到全反射定律的制约，无法散射出来，保持强度的相对稳定。
而一旦其脱离光纤，在光纤与光纤之间加入空气间隔，光就会散射出去，从而引起光的衰减。
（2）位移错位技术：此方法是将2根光纤的纤芯进行微量平移错位，从而达到功率损耗的效果。
（3）衰减光纤技术：根据金属离子对光有吸收作用，研制出参杂金属离子的衰减光纤将衰减光纤穿入陶瓷插芯，经过特殊工艺处理，可以制成阴阳式的固定衰减器。
（4）吸收玻璃法：经光学抛光的中性吸收玻璃片也可被应用于光衰减器的制作。
光纤衰减器的主要应用光纤通信网，光线数据网，光纤CATV网、大功率光器件测量、线路的评估、设备之间的连接、调节等等。
什么情况下用到光衰减器？随着光通信行业的发展和工艺制造水平的提高，光缆、连接器等光纤器件的损耗不断降低，小于设计的衰减量，这就可能导致光接收机接收到的光功率较大，超过了其承受范围，出现饱和失真的情况。
光纤衰减器原理
光纤衰减器原理光纤衰减器是一种用于控制光信号强度的设备，其原理是通过调节光信号的衰减程度，使其达到所需的强度。
光纤衰减器常用于光纤通信系统中，用于调节光信号的功率，以保证信号在传输过程中的稳定性和可靠性。
光纤衰减器的工作原理可简单分为两种类型：固定衰减器和可调衰减器。
固定衰减器是一种固定衰减值的光纤组件。
它是通过在光信号的传输路径中引入一定的衰减量，从而减弱光信号的强度。
固定衰减器通常采用衰减片或光纤耦合器来实现，其衰减量由衰减片的数量或耦合器的结构参数决定。
固定衰减器的衰减量通常以分贝（dB）为单位进行描述。
可调衰减器是一种可以根据需要调整衰减值的光纤组件。
它是通过控制光信号通过光纤的衰减程度来实现。
可调衰减器通常采用可变的光纤衰减材料或光纤光栅结构来实现衰减的调节。
通过调节衰减材料的光学特性或改变光纤光栅的折射率分布，可实现对光信号的衰减程度进行精确控制。
可调衰减器的衰减量通常以分贝（dB）为单位进行描述，可调范围一般为0~30dB。
光纤衰减器的衰减原理是基于光信号在光纤中的传输特性。
在光纤中，光信号的衰减主要包括两个方面：吸收衰减和散射衰减。
吸收衰减是指光信号在光纤中由于材料的吸收作用而衰减。
光纤通常采用高纯度的二氧化硅材料制成，其在可见光和近红外光波段的吸收非常低。
因此，吸收衰减在光纤衰减器中可以忽略不计。
散射衰减是指光信号在光纤中由于材料或结构的不均匀性而发生的衰减。
光纤衰减器通常通过控制散射衰减来实现光信号的衰减。
散射衰减主要包括弯曲散射和尾纤散射两种。
弯曲散射是指光信号在光纤中由于光纤的弯曲而发生的衰减。
当光信号通过光纤时，由于光纤的弯曲导致光信号的波导模式发生改变，从而引起光信号的能量损失。
光纤衰减器通常通过改变光纤的弯曲半径或采用特殊的弯曲结构来实现对光信号的衰减程度进行控制。
尾纤散射是指光信号在光纤中由于纤芯和包层的不均匀性而发生的衰减。
光纤衰减器通常通过控制光纤的纤芯和包层的直径差异或采用特殊的光纤结构来实现对光信号的衰减程度进行控制。
一种光开关集成可调衰减器的设计与应用
) 并 降低插 入 损 耗
。
三
、
器 件工 作原理 分析
如 图3 所 示
，
光 衰 减 器 主 要 有 基 于 微 反射 镜 型 波导 型
1 『
一
薄膜
se r t
io
n
L
) 的综 合考 虑
微 反射 镜 面 通 过
，一Biblioteka 对悬，以 及 基 于 法 布 里 珀 罗共 振 腔
。
臂梁 固 定 在硅 片 上
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如 图 3 中 的 虚 线 光路所 示
，
。
通 过旋
各信道 间光 功 率 的 均 衡 微 电 子 机 械 系 统 (M
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，
输 出通 道
入 光纤 (
，
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器 件 达 到 光 信号 在 不 同 信
，
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低 电压 驱 动 的 微 机械
M ir r o
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板
，
而 硅 片 成 为 下 电极 板
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在上
、
下电
系统
，
除 了保 持传 统技 术V O A 全 面 的光
，
图 1 O pt ic
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极板 间加
吸 引力
，
电压 后 会 在 两 者 间 产 生 静 电
光纤 ( 配合环行器使用 )
同时具有
光衰减器原理
光衰减器原理光衰减器是光学系统中常见的一种器件，它的作用是通过调节光的强度，实现对光信号的衰减。
在光通信、光传感等领域中，光衰减器被广泛应用于光信号的控制和调节。
光衰减器的原理主要基于光的衍射和吸收效应。
当光经过光衰减器时，一部分光会被衍射到旁边的区域，而另一部分光会被吸收或散射。
通过调节光衰减器的结构或材料，可以控制衍射和吸收的程度，从而实现对光强度的调节。
光衰减器的结构多种多样，常见的有可调式光衰减器和固定式光衰减器两种。
可调式光衰减器通常采用液晶、电致伸缩等材料，通过改变材料的折射率或厚度，来调节通过光衰减器的光的强度。
固定式光衰减器则是通过设计特定的结构，使得特定波长或频率的光被衍射或吸收，从而实现对光的衰减。
在光通信系统中，光衰减器起到了重要的作用。
光通信系统中，发送端产生的光信号需要经过光纤传输到接收端，但光纤中存在损耗，会导致光信号的强度下降。
为了保证光信号在传输过程中的稳定性和可靠性，光衰减器被用来衰减光信号的强度，使其在光纤中的衰减量和系统设计要求相匹配。
在光传感系统中，光衰减器也扮演着重要的角色。
通过调节光衰减器的衰减量，可以实现对光传感器的灵敏度的调节。
在一些需要对光强度进行精确测量的应用中，光衰减器可以用来调节光信号的强度，以确保测量的准确性和可靠性。
除了光通信和光传感领域，光衰减器还被广泛应用于光学实验室和光学系统中。
在实验室中，光衰减器可以用来控制光强度，以满足实验的需求。
在光学系统中，光衰减器可以用来平衡光路中不同部分的光强度，以确保系统的正常运行。
光衰减器是光学系统中一种重要的器件，它通过调节光的强度，实现对光信号的衰减。
光衰减器的原理基于光的衍射和吸收效应，通过调节结构或材料的特性，可以实现对光的精确控制。
在光通信、光传感等领域中，光衰减器被广泛应用，并发挥着重要的作用。
通过合理使用光衰减器，可以实现光信号的稳定传输和精确测量，为光学系统的正常运行提供了保障。
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光
学
学
报
26 卷
的优点而具有广泛的应用前景 , 但有关光纤模场( 热 光) 控制的可调光衰减器研究却很少。 光波导的光场分布主要是由折射率的空间分布 和波导的几何结构所决定, 因此改变光纤包层折射 率, 将改变光纤中光束的传输特性。据此本文提出 一种结构简单的光纤型热光可调光衰减器的设计方 案: 通过腐蚀光纤包层, 使包层剩余厚度少于一定值 后, 在其表面涂覆较大热光系数的聚合物材料得到。
2* *
张小康
2
冯金垣
2
罗
坚
2
1 华南师范大 学光子信息技术广东省高校重点实验室 , 广州 510630 2 华南理工大 学物理科学与技术学院 , 广州 510640 摘要 : 提出了一种基于热光调节的可调光衰减器结构。该衰减器通过 腐蚀光纤包层到一 定厚度和长度后 , 在表面
涂覆较大热光系数的聚合物材料得到。从模场变化角度分析了传输光束的衰减与涂覆材料折射率的关 系, 并从实验 上测试了使用不同涂覆材料时的衰减。理论分析与实验结果均表明 在涂覆材料折射率 略大于原光纤包层 材料折射 率时 , 涂覆材料折射率微小的变化将引起传播光束衰 减的大幅度变化 , 并且光纤被腐蚀 的长度越长或包层 材料剩余 厚度越小 , 衰减越大。因此 , 由热光系数大、 折射率略 大于光纤包层的聚 合物材料所组成的 可调光纤衰减器 , 具有衰 减调节范围大且功耗小、 插入损耗小、 成本低、 低偏振特性、 易于与其它光纤器件耦合或集成等特点。 关键词 : 光纤通信; 可调光衰减器 ; 热光效应 ; 聚合物 ; 光波导器件 文献标识码 : A 中图分类号 : T N253
1
引
言
可调光 衰 减器 [ 3~ 5] 、 微机 电 系统 ( M EM S) 光 衰减 器[ 6 , 7] 和平面波导型光衰减器[ 8, 9] 等。其中 , 光纤可 调光衰减器具有结构简单、 插入损耗小、 成本低、 可 直接与光纤或作为尾纤与其它波导器件对接等突出
可调光衰减器 ( V OA ) 的用途是降低或 控制光 信号 , 按其工作原理大致可分为以下几类: 机械型分 立式微光学衰减器[ 1] 、 液晶型可调光衰减器[ 2] 、 光纤
Design and Attenuation Analysis for Fiber - Typed Variable Optical Attenuator Based on Thermo -Optic Effect
H uang Xuguang 1 Ye Xiaojing 2 Zhang Xiaokang 2 Feng Jingyuan2 L uo Jian 2
2 [ 10]
=
2 n2 1 - n2 , 2 2n1
2
=
2 n2 1 - ( n 3) , 光纤径向折 2 2n 1
射率分布为 n2 1, n (r) =
2
r < a1
1 2
n (1- 2 n (1- 2
2பைடு நூலகம்1
2 1
), ),
( a1 + s) > r > a1 r > ( a1 + s) ( 3)
[ 10, 11]
单模光纤的主要横场分量可以表示为 = 2
1/ 2
2 1 ex p - r ex p( - j z ) , w2 w
( 4)
式中 为导模传播常量。 通过变分运算, 可表示为
2
=
4 k2 0 2r 2 rn 2 ( r ) exp - 2 d r - 22 , 2 w w 0 w
2
( 5)
1789
相当。 使用数值解法求解 ( 7) 式得到 w 后 , 代入( 1 ) 式 可得到相应 的衰减量 , 各 参量取为 a 1 = 4 . 1 m, w 0 = 4. 6 m, n 1 = 1. 4675 , 1 = 0. 36% 。 计算结果 表明 : 当涂覆材料折射率改变时 , 求解得到的 w 值 和衰减值也相应改变。 当 s 分别取 0 、 1 m、 2 m和 4 m 时 , 不同涂覆材料折射率时的衰 减如图 2 所 示。 从图中可看出, 在涂覆材料折射率与包层折射率 的关系为 n3 < n2 时 , 同一曲线上的衰减值变化很 小, 不同 s 的曲线之间的衰减差别也不大 ; 当 n3 = n2 时, 无论 s 的 取 值 范 围如 何 , 衰 减 均 为 最 小; 当 n3 > n2 后 , 随着 n3 的小范围变化衰减迅速增加。
* 广东省自然科学基金 ( 04010398) 资 助课题。
作者简介 : 黄旭光 ( 1962~ ) , 男 , 华南师范大学信息光电 子科技 学院教授 , 理 学博士 , 美国 迈阿密 大学和 Rensselaer 工 学 院 ( RP I) 博士后 , 主要从事微纳光子学、 光通信和光传感方面的研究。E - mail: huang x g@ scnu. edu. cn * * 通信联系人。E - mail: y exj@ scut. edu. cn 收稿日期 : 2006 - 01 - 10; 收到修改 稿日期 : 2006 - 05 - 26
当 s = 0 时, 是直接调制光纤包层折射率的情况。 参 考文献 [ 11] 中的结果为 1 - 2 n2 1
2 2 k2 0 a 1 exp -
2a2 1 = 0, w2
2
( 8)
( 8 ) 式的数值计算结果与 ( 7) 式中 s = 0 的结果一 致。 因 为 s → 0 时, 有 ( 8 ) 式。
第 26 卷 第 12 期 2006 年 12 月
光 学 学 报 ACT A OPT ICA SINICA
V ol. 26, No . 12 December, 2007
文章编号 : 0253 - 2239( 2006) 12 - 1787 -5
光纤型热光可调光衰减器的设计及其衰减分析*
黄旭光
1
叶晓靖
n 3 = n3 +
n,
n3 为初始温度 t0 时聚合物折射率, n 由材料热光系 数 n/ T 和温度变化范围 T 决定 : n= n T. T
调节涂覆材料温度, 将使其折射率变化 , 光纤 模场 w 也产生相应变化 , 从而可实现传输光束的衰 减调节。 2. 2 可调光衰减器的模场变化分析 下面将使用双包层光纤模型 ( DCM ) 对模场变 化情况进行分析。 令
1 L abor ator y o f Photonic I nf or mation T echnolog y , South China N or mal Univ er sity , Guangz ho u 510630 2 Schoo l of P hy sics , S outh China Univer sity of T echnology , Guangz ho u 510640 Abstract: A fiber - ty pe v ariable o pt ical attenuator ( V OA ) based o n thermo - o pt ic effect is proposed. T he V OA is fabr icated by etching dow n a cer tain depth and leng th o f t he cladding of optical fiber and cov ering w ith po ly mer w ith lar ge thermo - optic co efficient. T he relat ionship of the at tenuatio n and the r efractiv e index o f the substitute is theo retically analyzed in terms of the mode field distr ibution ( M FD ) of the fiber . T he attenuation of the V OA is measured in differ ent substitutes of cladding . It is sho wn theo retically and ex perimentally that the att enuation var ies significantly w hen the refr act ive index o f the substitute has a little chang e, as lo ng as the refr act ive index is slig htly lar ger t han that of the cladding . M o reov er, the longer t he etched fiber o r the thinner t he cladding is, t he larg er the attenuatio n o f the VO A is. T her efore, this fiber - ty pe V O A, w hich is substituted by a po ly mer w ith larg e thermo optic coefficient and r efractiv e index slig htly hig her than that o f the cladding, is of larg e dynamic range, low inser tion loss, low po lar ization - dependent lo ss, lo w pow er consumption and easily co upled or integ rated w ith ot her fiber - optic components. Key words: optical fiber communication; var iable optical attenuat or; ther mo - optic effect; po ly mer ; optical waveg uide co mpo nent