光纤通信系统与光器件光器件

f 级联腔
Problem:插损大、两级间耦合、两级统一调谐困难 Solution:光纤放大器补偿法、光隔离器法
三、多层介质膜滤波器TFF
Multilayer Dielectric Thin-Film Filter 多层介质膜：通过某一波长，阻止其它波长
Thin-Film resonant Multicavity Filter (TFMF) 薄膜多共振腔滤波器
Period
•光纤光栅的形成： 光纤敏化（载氢或光敏光纤）--紫外光（~244nm） 以光栅条纹方式照射光纤--形成折射率光栅
反射中 2neff 光栅
心波长
周期
纤芯的有效折射率
•根据不同的折射率分布，FBG分类：
1. 均匀的Bragg光栅：
谐振峰两边有一些旁瓣。 由于光纤光栅两端折射率突变引起F-P效应导致的。 旁瓣分散了光能量，不利于其应用，需进行旁瓣抑制。
接，可以直接插拔。
FC型：螺纹连接。 外部材料为金属
•固定连接器
包括：熔接法、V形槽法和套管法
目录
光器件概述 光连接器Connector 光衰减器Attenuator 光耦合器Coupler 复用器与滤波器Multiplexer and Filter 光隔离器与环行器 光调制器Modulators 光开光Switches 光波长转换器 光交叉互连器
四、马赫－曾德干涉滤波器MZI
Mach-Zehnder Interferometer
对输入信号 进行分路的 3dB耦合器
长度相差L的两根波 导，用来在两臂间产 生与波长有关的相移
在输出端将 信号复合的 3dB耦合器
通过分裂输入光束以及在一条通路上引进一个相移，重组 的信号将在一个输出端产生相加性干涉，而在另一个输出 端产生相消性干涉，信号最后只会在一个输出端口出现。
六、阵列波导光栅AWG
array-waveguide-grating
AWG: 规则排 列的波导，相 邻波导的长度 相差固定值L， 因而产生的相 移随波长而变。
AWG特点：
•信道间隔（1.6 0.8 0.4nm） •端口（18 116 132 164) •需要温控（0.01nm/C0) •插损不随通道数增加(6~7dB) •高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损） •隔离度~22dB •PDL<1dB 应用： •复用/解复用（16通道以上WDM系统中最具竞争力 的器件）
Input 1
Output 1 /2+L+ /2= L+ Output 2 /2+L- /2= L
L=2neff L /=k

k为奇数 k为偶数
Output 1 Output 2
五、体光栅滤波器
在Si衬底上沉积环氧树脂后制造成光栅。多波长信号经光纤 输入和普通透镜或棒透镜聚焦在反射光栅上，反射光栅将各 波长分开，然后经透镜将各个波长的光聚焦在各自的光纤。
二、法布里－珀罗滤波器 Fabry-Perot Filter
基本原理：F-P干涉仪，平行平板的多光束干涉。
F-P 滤波器特性
自由谱区FSR(Free Spectral Range)：相邻两 个谐振频率的间距。 FSR=C/2nd
n-中间介质折射率；d-腔长
3dB带宽F：传输系数的数值降为最大值的一半应
•基于光栅原理的滤波器：体光栅滤波器、阵 列波导光栅滤波器（AWG）、光纤光栅滤波 器、声光可调谐滤波器

一、熔锥光纤滤波器
•利用熔锥型光纤耦合器的波长依赖性。设计熔融 区的锥度，控制拉锥速度。 •特点：插损低、结构简单、温度稳定性高、隔离 度低、复用波长数少（两波） •应用：波长间隔较宽，常用于 1300nm/1550nm、980nm/1550nm、 1480nm/1550nm波长的分离
光耦合器—Coupler
定义：对同一波长的光功率进行分路或合路 类型：
Y型、X型22耦合器、1N型、MN型 全光纤型、微光元件型、集成光波导型 功能：光信号的分配、合成、提取、监控等。
2
1
2
1
3
4
3
22光纤耦合器
输入功率 P0 P4
P3
串扰
L
锥形区域
直通功率 P1
Z 耦合区域
3. 啁啾光栅Chirped FBGs：
折射率调制幅度不变，而周期沿光栅轴向变化， 反射谱宽增加
长波长
短波长
4. 取样光栅Sampled gratings：梳状滤波器 5. 相移光栅Phase-shifted FBGs:
相移
•FBG应用：滤波器、色散补偿器、光纤激光器等
特点： •插损小 •带宽窄 •易于光纤连接 •低成本 •温度特性 （0.0125nm/oC 未补偿, 0.0007nm/oC 经补偿) •应力敏感
的频带宽度。 F C(1 R)
2dn R
R越大， F越窄
精细度F(Finesse)：自由谱区与3dB带宽之比。
F FSR R
F 1 R
R越大，精细度越大。
传输函数
(f)
(a)
输入功率
Pin(f) (b)
FSR
输出功率 f1 f2 f3 …………. fN
DWDM系统对F-P滤波 器参数的要求：
•F-P腔的自由谱区FSR 必须大于多信道复用信 号的频谱宽度，以免使 信号重叠，造成混乱。
•在DWDM中，信道间 距小于1nm，所以要求 F-P腔有较窄的带宽F。
Pout(f) (c)
P1 P2 P3
…………. PN
f1 f2 f3 …………. fN F-P滤波器的传输特性
精细度F要高 级联F-P腔
•中心波长（固定、可调） •带宽（ 1dB带宽、3dB带宽、20dB带宽） •偏振相关性（PDL） •调谐范围 •隔离度(串音) •插损 •温度敏感系数
0/
0滤波器中心波长, 信号波长.
种类：
•基于干涉原理的滤波器：熔锥光纤滤波器、 Fabry-Perot滤波器、多层介质膜滤波器、 马赫-曾德干涉滤波器
TFMF的传输特性： 腔越多滤波器顶越平
边缘越陡
•多层介质膜复用解复用器特点：
•通带特性好（平顶、隔离度高~25dB）
•温度敏感性小（0.0005nm/OC 不需温控）
•插损5~7dB（16波） 波长数16CH
•波长间隔0.8nm
价格较高
•PDL小(~0.2dB)
•是16波长WDM系统中主要选用的器件
光器件
目录
光器件概述 光连接器Connector 光衰减器Attenuator 光耦合器Coupler 复用器与滤波器Multiplexer and Filter 光隔离器与环行器 光调制器Modulators 光开光Switches 光波长转换器 光交叉互连器
体光栅滤波器的特点
波长通道数大（~132CH） 通道间隔小（商用~0.4nm) 插损不随通道数增加(6~7dB) 温度敏感(~0.01nm/OC),需温度补偿(温控、材料补偿） 高斯型通带（采用特殊技术可实现平顶，但增大插损）
单模光纤
光波导
InP材料
光栅
采用凹面光 栅，可省去 聚焦透镜。
SC型、FC型、ST型
小可变光衰减器 步进可变光衰减器 连续可变光衰减器
机械型 智能型
技术指标：衰减量、精度、反射、插损
固定光衰减器
尾纤式
衰减量调 节旋钮
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光器件概述 光连接器Connector 光衰减器Attenuator 光耦合器Coupler 复用器与滤波器Multiplexer and Filter 光隔离器与环行器 光调制器Modulators 光开光Switches 光波长转换器 光交叉互连器
•发展趋势：集成化、全光纤化
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光器件概述 光连接器Connector 光衰减器Attenuator 光耦合器Coupler 复用器与滤波器Multiplexer and Filter 光隔离器与环行器 光调制器Modulators 光开光Switches 光波长转换器 光交叉互连器
复用器与滤波器—Multiplexer and Filter
光滤波器 与解复用器(光波长选择器件)
0

滤波器
解复用器
•用途：
波长选择、光放大器的噪声滤除、光复用/解复用
Wavelength filter
Wavelength multiplexer
Wavelength router
技术参数
2、附加损耗：输入功率对总的
输出功率的比值。
Le 10 lg
Pin dB
Pi
3、串扰：一个端口的输入信号与散 射或反射回另一个输入端口的光功率 间的隔离度。以22光纤耦合器为例：
串扰＝10
lg
P3 P0
[dB]
4、分光比或耦合比：输出
端口间光功率分配的百分比
SR
光衰减器—Attenuator
根据工作原理分类：
横向位移型光衰减器
位移型光衰减器
纵向位移型光衰减器
光衰 减器
直接镀膜型光衰减器 （吸收模或反射模型）
衰减片型光衰减器
液晶型光衰减器
光衰 减器
固定光 衰减器
可变光 衰减器
尾纤式固定光衰减器
转\变换器式 固定光衰减器
SC—FC型、 FC— ST型、 SC—ST型、
七、光纤光栅FBG
对于同向传输的两个波，如果传播常数满足Bragg 条件，两波之间将发生能量的耦合。
Bragg条件：
1 2
2

光栅周期