光电器件与子系统

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1、第二章光电器件与子系统李慧1目录2.1无源光器件2.2有源光器件2.1无源光器件2.1.1耦合器2.1.2隔离器和环形器2.1.3复用器和滤波器2.1.4波长间插器2.1.5光开关2.1.6可变光衰减器2.1.7光纤连接器3无源光器件常用性能参数插入损耗（IL）：无源器件的输入和输出端口之间的光功率之比。PIL=-10lg(1)P0P0无源光器件P1无源光器件常用性能参数回波损耗（RL）：从无源器件的输入端口返回的光功率与输入光功率之比。PRL=-10lg(r)P0P0无源光器件P1Pr无源光器件常用性能参数隔离度（IS）：应该被阻断的光路中输出的光功率

2、与输入光功率之比。PblockIS-10lg()P0PblockP0无源光器件P1无源光器件常用性能参数工作波长范围：器件能够按照规定的性能工作的从最小波长到最大波长的范围。偏振相关损耗（PDL）：由于偏振态的变化造成的插入损耗的最大变化值。2.1.1耦合器光耦合器，又叫光分路器、分光器。在光网络中，光耦合器将光信号进行耦合、分支、分配，是光网络中最重要的无源器件之一。光耦合器是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件，常用M×N来表示一个光耦合器有M个输入端和N个输出端。光耦合器为互易器件，其输入端和输出端可以互换。按制作原理可以分为熔融拉锥型

3、和平面波导型两种。主要性能指标：插入损耗、分光比、隔离度等。82.1.1耦合器折射率较高的波导间隙波导耦合器结耦合区构9耦合器应用1：星型耦合器10耦合器应用2：功率分配器11耦合器应用3：抽头耦合器12光分/合路器（光耦合器）示例132.1.2隔离器和环形器光隔离器只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向（特别是反方向）传输。在光网络中，隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏，甚至烧毁。隔离器为非互易器件，其输入端和输出端不可互换。主要性能指标：插入损耗、隔离度等。14隔离器和环形器15光隔离器原理450起偏

4、器解偏器外加磁场外加磁场16隔离器组成部件17偏振相关光隔离器18偏振无关光隔离器19光环形器20光环形器典型应用波长分插色散补偿啁啾光栅212.1.3复用器和滤波器波长选择器件22滤波器通带特性23复用器和滤波器多层介质膜（DTF）阵列波导光栅（AWG）光纤布喇格光栅（FBG）体光栅24多层介质膜工作原理通常采用多层介质膜(DTF)干涉结构。即在衬底镀上不同材料的薄膜，按高、低折射率顺序间插叠合形成若干层，层厚为1/4波长。由于不同折射率区域引入的光相移不一致，最后中心波长附近的各层反射光发生相长干涉，在滤波器前端面形成很强的反射光；而远离中心波长的大部分

5、光透射出去，从而具备带通滤波的波长选择特性。利用上述原理可以实现特定信道从波分复用信号中的分离或并入，即完成解复用/复用的基本功能。25多层介质膜解复用器结构SMFSMF通道1LensLens通道3Lens通道5LensLens通道2通道7LensLens通道4Lens通道6LensMicroPlasma多层介质膜滤波器(8通道)通道826多层介质膜光复用器特点多层介质膜光复用器特点：顶带较平坦波长响应尖锐插入损耗低温度稳定性良好（中心波长的温度系数可达0.003nm/℃以下，无需额外温度控制）对信号的偏振性不敏感结构稳定等特点在通路数不多的应用场合

6、下具有较高的性能价格比，是目前16波以下DWDM系统中应用最为广泛的一种合/分波器件。27阵列波导光栅（AWG）原理由集成在同一衬底上的N个输入波导、N个输出波导、两个聚焦平板波导和一组波导阵列构成，在二维波导平面上呈几何对称排列。由输入波导进入的多波长信号光经过聚焦平板波导耦合，沿波导阵列被无畸变地传输至输出波导。由于波导阵列中相邻波导间存在固定的长度差，从而对入射光的相位进行周期性地调制，最后使得不同波长的光信号选择不同的输出波导输出，实现了对波分复用信号的解复用/复用功能。28阵列波导光栅光复用器原理（续）L+4DLL+3DLL+2DL聚焦平板波导L+D

7、LLl..l1nl1输入波导ln输出波导29阵列波导光栅型光复用器结构SO/S或InPi2i波导阵列聚焦平板波导输入波导输出波导输入输出30阵列波导光栅型光复用器特点AWG复用器属于集成光波导型DWDM器件，具有平面波导集成工艺的潜在优点，诸如适合批量生产、重复性好、尺寸小，可以在光掩膜过程中实现复杂的光路、与光纤的对准容易等特点。AWG与多层介质膜光复用器相比，AWG复用器价格便宜、信道间隔更窄、损耗与路数无关。AWG适用于信道数目多的大型节点，目前16路以上的WDM商用系统，其解复用/复用器大多选用此类器件。31光纤光栅型光复用器原理与特点光纤布喇格光