第二章光无源器件

典型光纤激光器的结构图横向(轴向)误差角度误差纵向误差多模光纤中各种误差带来的损耗对于高斯分布的光束，相同光纤间的横向连接损耗为：对于角度对准误差引起的损耗与波长有关：单模光纤的连接其中W为模场半径，G=s/kW2。对于纵向偏差为s，间隙折射率为n3的连接损耗为：一根单模光纤的归一化频率V＝2.40，纤芯折射率n1＝1.47，n2＝1.465，纤芯尺寸2a＝9m，当横向偏移d＝1m时相同光纤间的横向连接损耗为：当波长为1300nm时，角度对准误差为1º时引起的损耗为：单模光纤的连接当纵向偏差s＝1m时的连接损耗为：藤仓50S单芯光纤熔接机

藤仓40S单芯光纤熔接机

住友TYPE-37光纤熔接机

光纤切割刀光纤熔接机FusionSplicing套管结构多用于光纤终端盒或光纤配线架上，在实际工程中用在光纤终端盒最常见。优点：牢靠、防灰尘，便于后期维护缺点：初期安装比其他类型麻烦多应用在光纤收发器、千兆位接口转换器光纤模块中。优点：便于安装缺点：易脱落多应用在光纤终端盒或光纤配线架上。优点：便于安装。缺点：易于折断。多应用在mini千兆位接口转换器光纤模块中。优点：便于安装，体积小，尺寸精度高，插入损耗小，回波损耗高。缺点：易于脱落。开口型套筒截面图FC/PC光纤连接器SC/PC光纤适配器ST/PC光纤适配器SC-FＣ转接适配器

SC水平双联适配器耦合器应用举例§2耦合器耦合器的端口形式§2耦合器熔锥型光纤耦合器的结构§2耦合器A1、A2——两根光纤的模场振幅；1、2——两根光纤孤立状态的传播常数；Cij——耦合系数耦合器输出端功率与耦合区长度的关系曲线§2耦合器耦合器作波分复用器§2耦合器耦合器的制作过程§2耦合器熔融拉锥系统§2耦合器§2耦合器§2耦合器§2耦合器耦合器性能衡量指标插入损耗——指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减小值附加损耗——所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值回波损耗——信道返回功率与输入功率之比隔离度——耦合器的某一光路对其它光路中的光信号的隔离能力§2耦合器非线性光纤环形镜（NOLM）§2耦合器第二章光无源器件§2-耦合器线性折射率非线性折射率NOLM用于光开关第二章光无源器件§2-耦合器NOLM的透射率曲线第二章光无源器件§2-耦合器NOLM的透射率曲线第二章光无源器件§2-耦合器NOLM用于脉冲压缩第二章光无源器件§2-耦合器色散非平衡Sagnac光纤干涉仪第二章光无源器件§2-耦合器Sagnac光纤干涉仪原理图§2耦合器全光纤陀螺仪示意图§2耦合器§2-耦合器第二章光无源器件0.000015º/h§3偏振控制器基于固定延迟波片的偏振控制器准直、镀膜、插损、机械调谐——引发局限§3偏振控制器基于铌酸锂的偏振控制器高插损、偏振相关损耗、启动损耗、价格——限制应用§3偏振控制器全光纤结构的偏振控制器低成本、低插损§3偏振控制器全光纤结构偏振控制器§3偏振控制器挤压旋转式全光纤偏振控制器§3偏振控制器Agilent8169A光波偏振控制仪IsolatorLD§5光隔离器§5光隔离器光隔离器的组成起偏器法拉第旋转器检偏器准直器准直器光隔离器§5光隔离器法拉第旋转器的原理B磁环磁光材料光传输方向§5光隔离器法拉第旋转器的原理B磁环磁光材料光传输方向§5光隔离器法拉第旋转器的原理线栅起偏器的典型结构§5光隔离器楔形双折射晶体偏振分束器空间分离偏振器（SWP）的典型结构§5光隔离器PolarizerAnalyzerFaradayRotatorPolarizerAnalyzerFaradayRotatorForwardtransmissionBackwardtransmission偏振相关隔离器原理§5光隔离器§5光隔离器偏振无关隔离器双级光隔离器偏振无关隔离器CollimatorCollimatorCore§5光隔离器带尾纤的偏振无关隔离器结构§5光隔离器带尾纤的偏振无关隔离器结构Solderring磁光材料镀金环1.法拉第旋转器的封装§5光隔离器隔离器核心部分的封装环氧胶紫外2.起偏器和检偏器的封装§5光隔离器环氧胶隔离器核心部分的封装3.EpoxyMagnetring核心部分的最后封装§5光隔离器隔离器核心部分的封装0.23周期透镜：角度压缩§4自聚焦透镜0.29周期透镜：光斑尺寸压缩§4自聚焦透镜§4自聚焦透镜1/4周期透镜：光线准直在准直器中一般采用1/4个周期长的自聚焦透镜，实现光束放大和准直。

自聚焦透镜中的光束周期性地聚焦§4自聚焦透镜自聚焦透镜作准直器准直器CollimatedbeamFiberendRealimageofthefiberendGrinLenses(1/4pitch)§4自聚焦透镜准直器尾纤的组装1.§4自聚焦透镜CutoffpointAnglepolishingARCoating2.3.4.§4自聚焦透镜准直器尾纤的组装UVAdhesiveEpoxy1.§4自聚焦透镜准直器的组装AlignfacesMark2.§4自聚焦透镜准直器的组装P/MUVAdhesivePositioner#2(Reference)Positioner#1(tobeassembled)3.准直器的组装§4自聚焦透镜Tube(lensholder)4.准直器的组装§4自聚焦透镜FibXCorporationS/N:00000001§5光隔离器带尾纤的偏振无关隔离器结构§5光隔离器偏振无关隔离器的实物图Onlyallowstransmissioninonedirectionthroughit.Mainapplication:Toprotectlasersandopticalamplifiersfromreturningreflectedlight,whichcancauseinstabilities.Insertionloss:Lowloss(0.2to2dB)inforwarddirectionHighlossinreversedirection:

20to40dBsinglestage,40to80dBdualstage)Returnloss:Morethan60dBwithoutconnectors§5光隔离器光隔离器的应用领域用在激光器与光纤之间

当光纤与激光器耦合时,其端面或接头处的反射将影响激光器的稳定性。为了消除反射波对激光器的影响,需要在激光器与光纤之间加光隔离器。作为光纤放大器的组成部件

光隔离器是光纤放大器的重要组成部件,光隔离器可以防止输出光返回到光纤放大器中产生不良的干扰。用在精密光学测量系统中

在光谱分析实验中,如果材料的发光能力不仅很弱,而且它们的发光状况容易受外来光的影响,这就要求我们在研究它们的发光机制时更要排除外界物质的反射光对它们的影响,为了消除这些外界的干扰,我们常在发光材料和测量仪器之间加一光隔离器。§5光隔离器隔离器用于半导体激光器中滤波器主要指标§6光滤波器/复用器滤波器的典型应用选择波长激光波长的调谐复用和解复用增益谱平坦FilterTypesDiffractiongratingsFibergratingsFabry-PerotinterferometerThin-FilmfilterMach-ZehndertypeArrayedwaveguidegratingAcousto-optictunablefilter§6光滤波器——光纤光栅透射光栅反射光栅§6光滤波器——光纤光栅§6光滤波器——光纤光栅体光栅用于波长解复用resonantwavelengthsarereflectedbacktowardthesourcenon-resonantwavelengthsaretransmittedthroughthedevicewithoutloss.Thecentrewavelengthisgivenby:

ItworkslikethisFiberBraggGrating~500nm(Bragggrating)~200µm(Long-periodgrating)125µm8µm1mmto1500mmSinglemodefibreCoreCladdingRegionswithhigherrefractiveindexthan

thatofcore’s§6光滤波器——光纤光栅光栅周期光栅长度折射率调制深度折射率分布曲线中心波长带宽反射峰值FBG典型的反射光谱1cmFBG，折射率变化量相对较低，反射峰值高其它条件相同，折射率变化量增加，反射带宽增加(c)切趾后的结果，旁瓣减少，反射峰值降低。§6光滤波器——光纤光栅FiberDFBBraggGratingF－PbasedonFBGFBG用于波长选择Add-DropMultiplexersCirculatorwithFBGAddliDropli

l1,l2,l3,...

li

l1,l2,l3,...

liFBGC1C2

Dielectricthin-filmfilterdesignFilterreflects

liAdd/DropCommonPassbandwavelengthForagivengratingperiodaparticularwavelength(frequency)oflightisreflected.InthiscaseyellowlightwillbereflectedIfthegratingspacingischanged(e.g.reducedduetocompressionofthefibreoradropintemperature}thewavelengthofthereflectedlightchanges.InthiscaseitbecomeshigherandreflectsbluelightInpracticethecolourshiftswillbemuchfinerthanthoseillustatedOpticalfibreGratingpatternetchedintobodyoffibreDetectorFiberBraggGratings(FBG)FBG传感器§6光滤波器——光纤光栅FBG传感系统FiberBragGratings(FBG)Increasingintervals:“chirped”FBGcompensationforchromaticdispersionRegularintervalpattern:reflectiveatonewavelengthNotchfilter,add/dropmultiplexerOpticalFibreBraggGratingsDzDzl1l2l3lNDispersionCompensationusingChirpedFBGFBGislinearlychirped,I.e.theperiodofthegratingvarieslinearlywithposition.Thismakesthegratingtoreflectdifferentwavelengthsatdifferentpointsalongitslength.Therefore,introducingdifferentdelay.Inastandardfibre.Chromaticdispersionintroduceslargerdelayforlowerfrequency(highwavelength)componentsofapulse.FastlSlowlInputOutput132FBGChirpedFBGintroduceslargerdelayforthehigherfrequencycomponents,thuscompensatingforthedispersioneffect(I.pressingthepulse)光纤光栅写入——全息相干法§6光滤波器——光纤光栅§6光滤波器——光纤光栅光纤光栅写入——相位掩模版§6光滤波器——光纤光栅光纤光栅写入——逐点写入FBG商品F－P腔结构、原理§6光滤波器——F-P§6光滤波器——F-P§6光滤波器——F-P手动可调谐F－P滤波器实物图F－P干涉仪内部结构图§6光滤波器——F-PFilters-Thin-filmCavitiesAlternatingdielectricthin-filmlayerswithdifferentrefractiveindexMultiplereflectionscauseconstructive&destructiveinterferenceVarietyoffiltershapesandbandwidths(0.1to10nm)Insertionloss0.2-2dB,stopbandrejection30-50dB1535nm1555nm0dB30dBLayersSubstrateIncomingSpectrumReflectedSpectrumTransmittedSpectrum多腔介质膜滤波器——TFF结构§6Filter－阵列波