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1、光纤通信中的关键光电子器件光纤通信中的关键光电子器件光纤通信技术第三章光纤通信技术第三章王建萍王建萍 信息光电子研究所信息光电子研究所信息光电子研究所信息光电子研究所清华大学电子工程系清华大学电子工程系清华大学电子工程系清华大学电子工程系Components and Modules in DWDM Components and Modules in DWDM NetworksNetworks DWDMThin film filtersFiber gratingsWaveguidesCirculatorsInterleaversMux/Demux modulesAmplifiersIsolato
2、rsTap couplersPump lasersGain equalizersAttenuatorsIntegrated amplifiersSOAsOptical SwitchesCirculatorsCouplersAdd/drop modulesSwitchingTransmissionSource lasersModulatorsWavelockersReceiversDetectorsTx/Rx modulesOver 9000 Products第三章 光器件3.1 3.1 光器件概述光器件概述光器件概述光器件概述3.2 3.2 光连接器光连接器光连接器光连接器ConnectorC
3、onnector3.3 3.3 光衰减器光衰减器光衰减器光衰减器AttenuatorAttenuator3.4 3.4 光耦合器光耦合器光耦合器光耦合器CouplerCoupler3.5 3.5 复用器与滤波器复用器与滤波器复用器与滤波器复用器与滤波器Multiplexer and FilterMultiplexer and Filter3.6 3.6 光隔离器与环行器光隔离器与环行器光隔离器与环行器光隔离器与环行器3.7 3.7 光调制器光调制器光调制器光调制器ModulatorsModulators3.8 3.8 光开光光开光光开光光开光SwitchesSwitches3.9 3.9 光波
4、长转换器光波长转换器光波长转换器光波长转换器3.10 3.10 光交叉互连器光交叉互连器光交叉互连器光交叉互连器3.1 光器件概述光器件概述 作用作用作用作用:实现光信号的连接、能量分路实现光信号的连接、能量分路实现光信号的连接、能量分路实现光信号的连接、能量分路/合路、波长复用合路、波长复用合路、波长复用合路、波长复用/解解解解复用、光路转换、能量衰减、方向阻隔、光复用、光路转换、能量衰减、方向阻隔、光复用、光路转换、能量衰减、方向阻隔、光复用、光路转换、能量衰减、方向阻隔、光-电电电电-光转换、光转换、光转换、光转换、光信号放大、光信号调制等功能。是构成光纤通信系统的光信号放大、光信号调制
5、等功能。是构成光纤通信系统的光信号放大、光信号调制等功能。是构成光纤通信系统的光信号放大、光信号调制等功能。是构成光纤通信系统的必备元件。光器件是具有上述一种功能的元器件的总称。必备元件。光器件是具有上述一种功能的元器件的总称。必备元件。光器件是具有上述一种功能的元器件的总称。必备元件。光器件是具有上述一种功能的元器件的总称。类型：类型：类型：类型：无源、有源无源、有源无源、有源无源、有源 包括：包括：包括：包括：光连接器、光衰减器、光耦合器、光复用器、光光连接器、光衰减器、光耦合器、光复用器、光光连接器、光衰减器、光耦合器、光复用器、光光连接器、光衰减器、光耦合器、光复用器、光隔离器、环行器
6、、光滤波器、光解复用器、光调制器、光隔离器、环行器、光滤波器、光解复用器、光调制器、光隔离器、环行器、光滤波器、光解复用器、光调制器、光隔离器、环行器、光滤波器、光解复用器、光调制器、光开光、激光器、光检测器、光放大器、光波长转换器等开光、激光器、光检测器、光放大器、光波长转换器等开光、激光器、光检测器、光放大器、光波长转换器等开光、激光器、光检测器、光放大器、光波长转换器等 发展趋势：发展趋势：发展趋势：发展趋势：集成化、全光纤化集成化、全光纤化集成化、全光纤化集成化、全光纤化第三章 光器件3.1 3.1 光器件概述光器件概述光器件概述光器件概述3.2 3.2 光连接器光连接器光连接器光连接
7、器ConnectorConnector3.3 3.3 光衰减器光衰减器光衰减器光衰减器AttenuatorAttenuator3.4 3.4 光耦合器光耦合器光耦合器光耦合器CouplerCoupler3.5 3.5 复用器与滤波器复用器与滤波器复用器与滤波器复用器与滤波器Multiplexer and FilterMultiplexer and Filter3.6 3.6 光隔离器与环行器光隔离器与环行器光隔离器与环行器光隔离器与环行器3.7 3.7 光调制器光调制器光调制器光调制器ModulatorsModulators3.8 3.8 光开光光开光光开光光开光SwitchesSwitche
8、s3.9 3.9 光波长转换器光波长转换器光波长转换器光波长转换器3.10 3.10 光交叉互连器光交叉互连器光交叉互连器光交叉互连器3.2 光连接器光连接器Connectorn n技术指标：技术指标：n n插入损耗：光信号通过连接器之后，其输出光插入损耗：光信号通过连接器之后，其输出光插入损耗：光信号通过连接器之后，其输出光插入损耗：光信号通过连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。功率相对输入光功率的比率的分贝数。功率相对输入光功率的比率的分贝数。功率相对输入光功率的比率的分贝数。n n回波损耗：反射损耗，光纤连接处，后向反射回波损耗：反射损耗，光纤连接处，后向反射回波损耗：
9、反射损耗，光纤连接处，后向反射回波损耗：反射损耗，光纤连接处，后向反射光相对输入光的比率的分贝数。光相对输入光的比率的分贝数。光相对输入光的比率的分贝数。光相对输入光的比率的分贝数。n n重复性和互换性重复性和互换性重复性和互换性重复性和互换性损耗损耗损耗损耗来源来源来源来源活动连接器活动连接器n n方法：利用精密陶瓷套筒准直纤芯方法：利用精密陶瓷套筒准直纤芯方法：利用精密陶瓷套筒准直纤芯方法：利用精密陶瓷套筒准直纤芯n n插入损耗目前水平插入损耗目前水平插入损耗目前水平插入损耗目前水平dBdBn n减低反射技术：减低反射技术：减低反射技术：减低反射技术：APCAPCn n类型：类型：类型：类
10、型：FCFC、SC SC、ST STn n其它：多芯光缆连接器、保偏光纤连接器、密封型光其它：多芯光缆连接器、保偏光纤连接器、密封型光其它：多芯光缆连接器、保偏光纤连接器、密封型光其它：多芯光缆连接器、保偏光纤连接器、密封型光纤连接器纤连接器纤连接器纤连接器FCFC型：螺纹连接。型：螺纹连接。型：螺纹连接。型：螺纹连接。外部材料为金属外部材料为金属外部材料为金属外部材料为金属SCSC型：外壳采用工程型：外壳采用工程型：外壳采用工程型：外壳采用工程塑料，矩形结构，便于塑料，矩形结构，便于塑料，矩形结构，便于塑料，矩形结构，便于密集安装，不用螺纹连密集安装，不用螺纹连密集安装，不用螺纹连密集安装，
11、不用螺纹连接，可以直接插拔。接，可以直接插拔。接，可以直接插拔。接，可以直接插拔。STST型：采用带键的卡型：采用带键的卡型：采用带键的卡型：采用带键的卡口式锁紧机构，确保口式锁紧机构，确保口式锁紧机构，确保口式锁紧机构，确保连接时准确对中。连接时准确对中。连接时准确对中。连接时准确对中。固定连接器固定连接器包括：熔接法、包括：熔接法、包括：熔接法、包括：熔接法、VV形槽法和套管法形槽法和套管法形槽法和套管法形槽法和套管法第三章 光器件3.1 3.1 光器件概述光器件概述光器件概述光器件概述3.2 3.2 光连接器光连接器光连接器光连接器ConnectorConnector3.3 3.3 光衰
12、减器光衰减器光衰减器光衰减器AttenuatorAttenuator3.4 3.4 光耦合器光耦合器光耦合器光耦合器CouplerCoupler3.5 3.5 复用器与滤波器复用器与滤波器复用器与滤波器复用器与滤波器Multiplexer and FilterMultiplexer and Filter3.6 3.6 光隔离器与环行器光隔离器与环行器光隔离器与环行器光隔离器与环行器3.7 3.7 光调制器光调制器光调制器光调制器ModulatorsModulators3.8 3.8 光开光光开光光开光光开光SwitchesSwitches3.9 3.9 光波长转换器光波长转换器光波长转换器光波
13、长转换器3.10 3.10 光交叉互连器光交叉互连器光交叉互连器光交叉互连器3.3 光衰减器光衰减器Attenuatorn n根据工作原理分类：根据工作原理分类：位移型光衰减器位移型光衰减器位移型光衰减器位移型光衰减器横向位移型光衰减器横向位移型光衰减器横向位移型光衰减器横向位移型光衰减器纵向位移型光衰减器纵向位移型光衰减器纵向位移型光衰减器纵向位移型光衰减器直接镀膜型光衰减器直接镀膜型光衰减器直接镀膜型光衰减器直接镀膜型光衰减器（吸收模或反射模型）（吸收模或反射模型）（吸收模或反射模型）（吸收模或反射模型）衰减片型光衰减器衰减片型光衰减器衰减片型光衰减器衰减片型光衰减器液晶型光衰减器液晶型光
14、衰减器液晶型光衰减器液晶型光衰减器光衰光衰光衰光衰减器减器减器减器光衰光衰光衰光衰减器减器减器减器固定光固定光固定光固定光衰减器衰减器衰减器衰减器可变光可变光可变光可变光衰减器衰减器衰减器衰减器尾纤式固定光衰减器尾纤式固定光衰减器尾纤式固定光衰减器尾纤式固定光衰减器转转转转 变换器式变换器式变换器式变换器式固定光衰减器固定光衰减器固定光衰减器固定光衰减器SCSCFCFC型、型、型、型、FCFCSTST型、型、型、型、SCSCSTST型、型、型、型、SCSC型、型、型、型、FCFC型、型、型、型、STST型型型型小可变光衰减器小可变光衰减器小可变光衰减器小可变光衰减器步进可变光衰减器步进可变光衰
15、减器步进可变光衰减器步进可变光衰减器连续可变光衰减器连续可变光衰减器连续可变光衰减器连续可变光衰减器机械型机械型机械型机械型智能型智能型智能型智能型技术指标：衰减量、精度、反射、插损技术指标：衰减量、精度、反射、插损技术指标：衰减量、精度、反射、插损技术指标：衰减量、精度、反射、插损固定光衰减器固定光衰减器固定光衰减器固定光衰减器尾纤式尾纤式尾纤式尾纤式衰减量调衰减量调衰减量调衰减量调节旋钮节旋钮节旋钮节旋钮第三章 光器件3.1 3.1 光器件概述光器件概述光器件概述光器件概述3.2 3.2 光连接器光连接器光连接器光连接器ConnectorConnector3.3 3.3 光衰减器光衰减器光
16、衰减器光衰减器AttenuatorAttenuator3.4 3.4 光耦合器光耦合器光耦合器光耦合器CouplerCoupler3.5 3.5 复用器与滤波器复用器与滤波器复用器与滤波器复用器与滤波器Multiplexer and FilterMultiplexer and Filter3.6 3.6 光隔离器与环行器光隔离器与环行器光隔离器与环行器光隔离器与环行器3.7 3.7 光调制器光调制器光调制器光调制器ModulatorsModulators3.8 3.8 光开光光开光光开光光开光SwitchesSwitches3.9 3.9 光波长转换器光波长转换器光波长转换器光波长转换器3.1
17、0 3.10 光交叉互连器光交叉互连器光交叉互连器光交叉互连器3.4 光耦合器光耦合器Couplern n定义：定义：定义：定义：对对对对同一波长同一波长同一波长同一波长的光功率进行分路或合路的光功率进行分路或合路的光功率进行分路或合路的光功率进行分路或合路n n类型：类型：类型：类型：n nYY型、型、型、型、XX型型型型2 2 2 2耦合器、耦合器、耦合器、耦合器、1 1 NN型、型、型、型、MM NN型型型型n n全光纤型、微光元件型、集成光波导型全光纤型、微光元件型、集成光波导型全光纤型、微光元件型、集成光波导型全光纤型、微光元件型、集成光波导型n n功能：功能：功能：功能：光信号的分
18、配、合成、提取、监控等。光信号的分配、合成、提取、监控等。光信号的分配、合成、提取、监控等。光信号的分配、合成、提取、监控等。1 13 32 21 12 24 43 3工作原理工作原理n n消逝场耦合。消逝场耦合。Put the cores close enough together to get a coupling effectPut the cores close enough together to get a coupling effectAll now depends on the length of the coupling sectionAll now depends on t
19、he length of the coupling section Common commercial devicesCommon commercial devices Planar Waveguide CouplerPlanar Waveguide CouplerC-耦合系数耦合系数2 2光纤耦合器光纤耦合器P P4 4P P0 0输入功率输入功率输入功率输入功率P P1 1直通功率直通功率直通功率直通功率P P3 3串扰串扰串扰串扰P P2 2耦合功率耦合功率耦合功率耦合功率L L锥形区域锥形区域锥形区域锥形区域L L锥形区域锥形区域锥形区域锥形区域Z Z耦合区域耦合区域耦合区域耦合区域被
20、驱动光纤的相位总比驱动光纤的相位滞后被驱动光纤的相位总比驱动光纤的相位滞后被驱动光纤的相位总比驱动光纤的相位滞后被驱动光纤的相位总比驱动光纤的相位滞后 /2/2/2/2。耦合区两纤芯中光功率随耦合区长度耦合区两纤芯中光功率随耦合区长度耦合区两纤芯中光功率随耦合区长度耦合区两纤芯中光功率随耦合区长度的耦合交换规律。可根据耦合比要求，的耦合交换规律。可根据耦合比要求，的耦合交换规律。可根据耦合比要求，的耦合交换规律。可根据耦合比要求，决定拉伸长度，但拉锥长度太长，纤决定拉伸长度，但拉锥长度太长，纤决定拉伸长度，但拉锥长度太长，纤决定拉伸长度，但拉锥长度太长，纤芯变得过细后，将引起能量辐射，功芯变得
21、过细后，将引起能量辐射，功芯变得过细后，将引起能量辐射，功芯变得过细后，将引起能量辐射，功率降低，插入损耗明显增加。率降低，插入损耗明显增加。率降低，插入损耗明显增加。率降低，插入损耗明显增加。1 1、插入损耗：、插入损耗：、插入损耗：、插入损耗：特定的端口到另一端特定的端口到另一端特定的端口到另一端特定的端口到另一端口路径的损耗。如从输入端口口路径的损耗。如从输入端口口路径的损耗。如从输入端口口路径的损耗。如从输入端口i i到输到输到输到输出端口出端口出端口出端口j j的路径中的插入损耗为：的路径中的插入损耗为：的路径中的插入损耗为：的路径中的插入损耗为：2 2、附加损耗：、附加损耗：、附加
22、损耗：、附加损耗：输入功率对总的输入功率对总的输入功率对总的输入功率对总的输出功率的比值。输出功率的比值。输出功率的比值。输出功率的比值。3 3、串扰：、串扰：、串扰：、串扰：一个端口的输入信号与散一个端口的输入信号与散一个端口的输入信号与散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射或反射回另一个输入端口的光功率射或反射回另一个输入端口的光功率射或反射回另一个输入端口的光功率间的隔离度。以间的隔离度。以间的隔离度。以间的隔离度。以2 2 2 2光纤耦合器为例：光纤耦合器为例：光纤耦合器为例：光纤耦合器为例：4 4、分光比或耦合比：、分光比或耦合比：、分光比或耦合比：、分光比或耦合
23、比：输出输出输出输出端口间光功率分配的百分比端口间光功率分配的百分比端口间光功率分配的百分比端口间光功率分配的百分比技术指标：技术指标：串扰串扰串扰串扰P P0 0P P1 1P P2 2P P3 3散射矩阵表示法散射矩阵表示法n n以以以以2 2 2 2耦合器为例耦合器为例耦合器为例耦合器为例,用散射矩阵用散射矩阵用散射矩阵用散射矩阵(传播矩阵传播矩阵传播矩阵传播矩阵)S)S来分析来分析来分析来分析:输入场强输入场强输入场强输入场强a a1 1a a2 2b b1 1b b2 2S S1111S S2222S S2121S S1212输出场强输出场强输出场强输出场强bSaa a1 1输入的大
24、部分功率出现在输出端口输入的大部分功率出现在输出端口输入的大部分功率出现在输出端口输入的大部分功率出现在输出端口b b1 1，就必须小。这表示就必须小。这表示就必须小。这表示就必须小。这表示a a2 2中相同波长光功率耦合进入中相同波长光功率耦合进入中相同波长光功率耦合进入中相同波长光功率耦合进入b b1 1的光功率数值变小了，结果是的光功率数值变小了，结果是的光功率数值变小了，结果是的光功率数值变小了，结果是在无源在无源在无源在无源2 2 2 2耦合器中，使用相同的波长将两个输入端所有的功耦合器中，使用相同的波长将两个输入端所有的功耦合器中，使用相同的波长将两个输入端所有的功耦合器中，使用相
25、同的波长将两个输入端所有的功率同时耦合进同一输出端口是不可能的。最好的方法是将每路率同时耦合进同一输出端口是不可能的。最好的方法是将每路率同时耦合进同一输出端口是不可能的。最好的方法是将每路率同时耦合进同一输出端口是不可能的。最好的方法是将每路输入功率的一半发送到同一输出端。然而，如果两个输入端的输入功率的一半发送到同一输出端。然而，如果两个输入端的输入功率的一半发送到同一输出端。然而，如果两个输入端的输入功率的一半发送到同一输出端。然而，如果两个输入端的波长不同，就可以把大部分功率耦合进同一根光纤中。波长不同，就可以把大部分功率耦合进同一根光纤中。波长不同，就可以把大部分功率耦合进同一根光纤
26、中。波长不同，就可以把大部分功率耦合进同一根光纤中。波长相同的两束光，分别从波长相同的两束光，分别从a1和和a2两个端口输入，能否将两个输入端两个端口输入，能否将两个输入端所有的功率同时耦合进同一输出端口所有的功率同时耦合进同一输出端口？散射矩阵表示法散射矩阵表示法n n假如从端口假如从端口假如从端口假如从端口a a1 1输入的光功率中有比例为输入的光功率中有比例为输入的光功率中有比例为输入的光功率中有比例为(1(1 )的部的部的部的部分出现在输出端口分出现在输出端口分出现在输出端口分出现在输出端口b b1 1，剩余的，剩余的，剩余的，剩余的 部分出现在端口部分出现在端口部分出现在端口部分出现
27、在端口b b2 2。散射矩阵：散射矩阵：散射矩阵：散射矩阵：a a1 1a a2 2b b1 1b b2 2n n令令Ein,2=0，则有，则有Eout,1=(1/2)Ein,1和和Eout,2=(j/2)Ein,1，输出功率为：，输出功率为：Pout,1=Eout,1Eout,1*=1/2Ein,12=1/2P0 Pout,2=Eout,2Eout,2*=1/2Ein,12=1/2P03 3dBdB耦合器，耦合器，耦合器，耦合器，0.50.5，输出场强：输出场强：输出场强：输出场强：3dB 3dB couplercouplerLAN and MAN networksLAN and MAN n
28、etworksStar Coupler:N input are mixed and made available on Star Coupler:N input are mixed and made available on 8 outputs8 outputsReflective Coupler:input can be on any fiber and Reflective Coupler:input can be on any fiber and output is split equally among all fibersoutput is split equally among a
29、ll fibersP P1 1P PNNP Pi i1 1i iNN(P(P1 1+P+P2 2+P+PNN)/N)/NY-Coupler(Splitter)Y-Coupler(Splitter)光纤技术难实现，一般利用平面波导技术。光纤技术难实现，一般利用平面波导技术。光纤技术难实现，一般利用平面波导技术。光纤技术难实现，一般利用平面波导技术。port1port1port2(50%)port2(50%)port3(50%)port3(50%)But light entering on port2 will exit on port1 But light entering on port2 w
30、ill exit on port1 attenuated attenuated by 50%(3dBby 50%(3dB)!Thus if we try to combine two input signals!Thus if we try to combine two input signals by using a Y-junction,the signals are combined but each by using a Y-junction,the signals are combined but each signal signal will lose half of its po
31、werwill lose half of its power!If two mixed signals(of different wavelengths)If two mixed signals(of different wavelengths)are injected into a coupler the power transfer are injected into a coupler the power transfer between the waveguides has a different between the waveguides has a different perio
32、d for each wavelength.period for each wavelength.The coupling The coupling lengths are strongly wavelength dependent!lengths are strongly wavelength dependent!The period of the shift is different for the two The period of the shift is different for the two different wavelengths.Each coupler/splitter
33、 different wavelengths.Each coupler/splitter must be designed for the particular must be designed for the particular wavelengths to be used.wavelengths to be used.Wavelength Selective Coupling/SplittingWavelength Selective Coupling/Splitting第三章 光器件3.1 3.1 光器件概述光器件概述光器件概述光器件概述3.2 3.2 光连接器光连接器光连接器光连接器
34、ConnectorConnector3.3 3.3 光衰减器光衰减器光衰减器光衰减器AttenuatorAttenuator3.4 3.4 光耦合器光耦合器光耦合器光耦合器CouplerCoupler3.5 3.5 复用器与滤波器复用器与滤波器复用器与滤波器复用器与滤波器Multiplexer and FilterMultiplexer and Filter3.6 3.6 光隔离器与环行器光隔离器与环行器光隔离器与环行器光隔离器与环行器3.7 3.7 光调制器光调制器光调制器光调制器ModulatorsModulators3.8 3.8 光开光光开光光开光光开光SwitchesSwitches
35、3.9 3.9 光波长转换器光波长转换器光波长转换器光波长转换器3.10 3.10 光交叉互连器光交叉互连器光交叉互连器光交叉互连器3.5复用器与滤波器复用器与滤波器Multiplexer and Filtern n光滤波器光滤波器光滤波器光滤波器 与解复用器与解复用器与解复用器与解复用器(光波长选择器件光波长选择器件光波长选择器件光波长选择器件)0 0滤波器滤波器滤波器滤波器解复用器解复用器解复用器解复用器WavelengthWavelengthfilterfilterWavelengthWavelengthmultiplexermultiplexerWavelengthWavelength
36、routerrouter用途：用途：用途：用途：波长选择、光放大器的噪声滤除、光复用波长选择、光放大器的噪声滤除、光复用波长选择、光放大器的噪声滤除、光复用波长选择、光放大器的噪声滤除、光复用/解复用解复用解复用解复用中心波长（固定、可调）中心波长（固定、可调）中心波长（固定、可调）中心波长（固定、可调）带宽（带宽（带宽（带宽（1 1dBdB带宽、带宽、带宽、带宽、3 3dBdB带宽、带宽、带宽、带宽、2020dBdB带宽）带宽）带宽）带宽）偏振相关性（偏振相关性（偏振相关性（偏振相关性（PDLPDL）调谐范围调谐范围调谐范围调谐范围隔离度隔离度隔离度隔离度(串音串音串音串音)插损插损插损插损
37、温度敏感系数温度敏感系数温度敏感系数温度敏感系数技术参数技术参数 0 0/0 0滤波器中心波长滤波器中心波长滤波器中心波长滤波器中心波长,信号波长信号波长信号波长信号波长.种类：种类：基于干涉原理的滤波器基于干涉原理的滤波器：熔锥光纤滤波器、：熔锥光纤滤波器、Fabry-Perot滤波器、多层介质膜滤波器、滤波器、多层介质膜滤波器、马赫马赫-曾德干涉滤波器曾德干涉滤波器基于光栅原理的滤波器基于光栅原理的滤波器：体光栅滤波器、阵：体光栅滤波器、阵列波导光栅滤波器（列波导光栅滤波器（AWG）、）、光纤光栅滤波光纤光栅滤波器、声光可调谐滤波器器、声光可调谐滤波器 一、一、一、一、熔锥光纤滤波器熔锥光
38、纤滤波器利用熔锥型光纤耦合器的波长依赖性。设计熔融利用熔锥型光纤耦合器的波长依赖性。设计熔融利用熔锥型光纤耦合器的波长依赖性。设计熔融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。区的锥度，控制拉锥速度。区的锥度，控制拉锥速度。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、隔离特点：插损低、结构简单、温度稳定性高、隔离特点：插损低、结构简单、温度稳定性高、隔离特点：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）度低、复用波长数少（两波）度低、复用波长数少（两波）度低、复用波长数少（两波）应用：波长间隔较宽，常用于应用：波长间隔较宽，常用于应用
39、：波长间隔较宽，常用于应用：波长间隔较宽，常用于13001300nm/1550nmnm/1550nm、980nm/1550nm980nm/1550nm、1480nm/1550nm1480nm/1550nm波长的分离波长的分离波长的分离波长的分离二、法布里珀罗滤波器二、法布里珀罗滤波器 Fabry-Perot FilterFabry-Perot Filtern n基本原理：基本原理：基本原理：基本原理：F-PF-P干涉仪，平行平板的多光束干涉。干涉仪，平行平板的多光束干涉。干涉仪，平行平板的多光束干涉。干涉仪，平行平板的多光束干涉。F-P 滤波器特性滤波器特性n n自由谱区自由谱区自由谱区自由谱
40、区FSRFSR(Free Spectral Range)(Free Spectral Range)：相邻两个：相邻两个：相邻两个：相邻两个谐振频率的间距。谐振频率的间距。谐振频率的间距。谐振频率的间距。FSR=C/2nd FSR=C/2nd n-n-中间介质折射率；中间介质折射率；中间介质折射率；中间介质折射率；d-d-腔长腔长腔长腔长n n3dB3dB带宽带宽带宽带宽 F F：传输系数的数值降为最大值的一半应：传输系数的数值降为最大值的一半应：传输系数的数值降为最大值的一半应：传输系数的数值降为最大值的一半应的频带宽度。的频带宽度。的频带宽度。的频带宽度。R R越大，越大，越大，越大，F F
41、越窄越窄越窄越窄n n精细度精细度精细度精细度F F(Finesse)(Finesse)：自由谱区与：自由谱区与：自由谱区与：自由谱区与3dB3dB带宽之比。带宽之比。带宽之比。带宽之比。R R R R越大，精细度越大。越大，精细度越大。越大，精细度越大。越大，精细度越大。FrequencyFrequency F FFSRFSRC/2ndC/2nd高反射率高反射率高反射率高反射率窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器 (f(f)(a)(a)FSRFSR传输函数传输函数传输函数传输函数 P Pinin(f)(f)(b)(b)输入功率输入功率输入功率输入功率P Poutout(f)(f)(c)(
42、c)输出功率输出功率输出功率输出功率f1 f2 f3 .fNP1P2 P3 .PNf1 f2 f3 .fNF-PF-P滤波器的传输特性滤波器的传输特性滤波器的传输特性滤波器的传输特性(a)(a)传输函数传输函数传输函数传输函数 (b)N (b)N个信道经波分复用后加到个信道经波分复用后加到个信道经波分复用后加到个信道经波分复用后加到滤波器输入端的频谱图滤波器输入端的频谱图滤波器输入端的频谱图滤波器输入端的频谱图 (c)(c)滤波器输出端滤波器输出端滤波器输出端滤波器输出端DWDMDWDM系统对系统对系统对系统对F-PF-P滤波滤波滤波滤波器参数的要求：器参数的要求：器参数的要求：器参数的要求：
43、F-PF-P腔的自由谱区腔的自由谱区腔的自由谱区腔的自由谱区FSRFSR必须大于多信道复用信必须大于多信道复用信必须大于多信道复用信必须大于多信道复用信号的频谱宽度，以免使号的频谱宽度，以免使号的频谱宽度，以免使号的频谱宽度，以免使信号重叠，造成混乱。信号重叠，造成混乱。信号重叠，造成混乱。信号重叠，造成混乱。在在在在DWDMDWDM中，信道间中，信道间中，信道间中，信道间距小于距小于距小于距小于1 1nmnm，所以要求所以要求所以要求所以要求F-PF-P腔有较窄的带宽腔有较窄的带宽腔有较窄的带宽腔有较窄的带宽 F F。精细度精细度精细度精细度F F要高要高要高要高级联级联级联级联F-PF-P
44、腔腔腔腔级联级联F-P腔光滤波器腔光滤波器n n游标式级联腔：由两个腔长接近的游标式级联腔：由两个腔长接近的游标式级联腔：由两个腔长接近的游标式级联腔：由两个腔长接近的F-PF-P腔串联而成。腔串联而成。腔串联而成。腔串联而成。n nK FSRK FSR1 1=(K+1)FSR=(K+1)FSR2 2n n精细度为：精细度为：精细度为：精细度为：FSRFSRT T=K FSR=K FSR1 1=(K+1)FSR=(K+1)FSR2 2FSRFSR1 1FSRFSR2 2FSRFSRT Tf ff ff f腔腔腔腔1 1腔腔腔腔2 2级联腔级联腔级联腔级联腔Problem:Problem:Pro
45、blem:Problem:插损大、两级间耦合、两级统一调谐困难插损大、两级间耦合、两级统一调谐困难插损大、两级间耦合、两级统一调谐困难插损大、两级间耦合、两级统一调谐困难Solution:Solution:Solution:Solution:光纤放大器补偿法、光隔离器法光纤放大器补偿法、光隔离器法光纤放大器补偿法、光隔离器法光纤放大器补偿法、光隔离器法可调光纤可调光纤可调光纤可调光纤F-PF-P滤波器滤波器滤波器滤波器(FFP)FFP)三、多层介质膜滤波器三、多层介质膜滤波器TFFn nMultilayer Dielectric Multilayer Dielectric T Thin-hin
46、-F Film ilm F Filteriltern n多层介质膜：通过某一波长，阻止其它波长多层介质膜：通过某一波长，阻止其它波长多层介质膜：通过某一波长，阻止其它波长多层介质膜：通过某一波长，阻止其它波长Thin-Film resonant Multicavity Filter (TFMF)Thin-Film resonant Multicavity Filter (TFMF)薄膜多共振腔滤波器薄膜多共振腔滤波器薄膜多共振腔滤波器薄膜多共振腔滤波器TFMFTFMF的传输特性：的传输特性：的传输特性：的传输特性：腔越多腔越多腔越多腔越多滤波器顶越平滤波器顶越平滤波器顶越平滤波器顶越平 边缘越
47、陡边缘越陡边缘越陡边缘越陡多层介质膜复用解复用器多层介质膜复用解复用器特点：特点：通带特性好（平顶、隔离度高通带特性好（平顶、隔离度高通带特性好（平顶、隔离度高通带特性好（平顶、隔离度高2525dBdB）nm/nm/OOC C 不需温控）不需温控）不需温控）不需温控）插损插损插损插损5757dBdB（1616波）波）波）波）波长数波长数波长数波长数 1616CHCHnm nm 价格较高价格较高价格较高价格较高PDLPDLdB)dB)是是是是1616波长波长波长波长WDMWDM系统中主要选用的器件系统中主要选用的器件系统中主要选用的器件系统中主要选用的器件四、马赫曾德干涉滤波器四、马赫曾德干涉滤
48、波器MZIn nMach-Zehnder Interferometer长度相差长度相差长度相差长度相差 L L L L的两根波的两根波的两根波的两根波导，用来在两臂间产导，用来在两臂间产导，用来在两臂间产导，用来在两臂间产生与波长有关的相移生与波长有关的相移生与波长有关的相移生与波长有关的相移对输入信号对输入信号对输入信号对输入信号进行分路的进行分路的进行分路的进行分路的3dB3dB3dB3dB耦合器耦合器耦合器耦合器在输出端将在输出端将在输出端将在输出端将信号复合的信号复合的信号复合的信号复合的3dB3dB3dB3dB耦合器耦合器耦合器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
49、通过分裂输入光束以及在一条通路上引进一个相移，重组通过分裂输入光束以及在一条通路上引进一个相移，重组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，而在另一个输出的信号将在一个输出端产生相加性干涉，而在另一个输出的信号将在一个输出端产生相加性干涉，而在另一个输出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。端产生相消性干涉，信号最后只会在一个输出端口出现。端产生相消性干涉，信号最后只会在一个输出端口出现。端产生相消性干涉，信号最后只会在一个输出端口出现。Input 1Input 1Output 2Out
50、put 2Output 1Output 1 /2+/2+L+L+/2=/2=L+L+/2+/2+L-L-/2=/2=L LL=2L=2 n neff eff L L /=k k k k为偶数为偶数为偶数为偶数Output 2Output 2k k为奇数为奇数为奇数为奇数Output 1Output 1利用传输矩阵进行分析利用传输矩阵进行分析(1)n n长度为长度为d的耦合器的传输矩阵的耦合器的传输矩阵Mcoupler为：为：C为耦合系数为耦合系数n n对于平分功率的对于平分功率的3dB耦合器，耦合器，Cd=/4：n n中心区域，两个波导的输出具有中心区域，两个波导的输出具有中心区域，两个波导的