光电基础知识培训-经典11-27

1光电基础知识

培训课程2课程安排几何光学波动光学光纤通讯基础光学材料反射折射全反射干涉衍射偏振光纤激光器光无源器件光学玻璃光学晶体光学塑料3光-Light，是我们最熟悉的现象之一，没有光，人类就无法生存。万物生长靠太阳！地球上的主要能源都是直接或间接来自太阳能！4生活中，大自然中有关光的现象无处不在佛光彩虹海市蜃楼日晕5光学的应用领域越来越广泛显微镜激光制导潜望镜红外雷达哈勃太空望远镜光纤通讯6光学的发展历史◆萌芽时期（前5世纪-15世纪末）◆几何光学时期（16世纪初-18世纪末）◆波动光学时期（19世纪初-19世纪末）◆现代光学时期（20世纪60年代起---）◆量子光学时期（19世纪末-20世纪初）7光又是什么？什么是光？Lightiscolor!Lightisenergy!Lightiswave?Lightisparticle?8光的简单认识

光是一种重要的自然现象，我们之所以能够看到客观世界中班驳陆离，瞬息万变的景象，就是因为眼睛接收到了物体发射，反射或散射的光。光是一种波，同时也是一种粒子，也就是说既可以把光看成光波，也可以将光看作是由光子组成的粒子流—光具有波粒二象性光是一种电磁现象，也就是说光是一种波长较短的电磁波9电磁波谱（electromagneticwavespectrum）

实验证明光同无线电波、X射线、γ射线一样都是电磁波，仅是它们的频率不同而已，电磁波的波长λ、频率ν和传播速度υ三者之间的关系为：

因为各种频率的电磁波在真空中的传播速度υ相等，所以频率ν不同的电磁波，它们的波长λ也就不同。频率高的波长短，频率低的波长长。---按电磁波的波长（或频率）大小的顺序把它们排列成谱速度υ

=波长λ×频率ν10

由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线（X射线）、γ射线合起来构成范围非常广阔的电磁波谱

在电磁波中，能被眼睛看到的，只是一个很窄的波段，通常叫做可见光，在可见光范围内不同波长的光引起不同的颜色感觉。（400-760nm）11不同的电磁波

产生的机理不同：

无线电波红外线、可见光、紫外线X射线γ射线是振荡电路中自由电子的周期性的运动产生的是原子的外层电子受到激发后产生的是原子的内层电子受到激发后产生的是原子核受到激发后产生的12无线电波波长范围特性应用波长大于1mm传播过程中波动性明显无线电技术Ⅰ13红外线波长范围特性760nm～１×106nm热效应应用

加热物体、红外摄影、探测物体、红外遥感技术等Ⅱ红外侦察14可见光波长范围特性应用400nm～760nm能作用于眼睛并引起视觉照明、摄影等Ⅲ15红橙黄绿青蓝紫可见光光谱

可见光波长与颜色的对应关系如下

76006300600057005000450043004000单位：埃16紫外线波长范围5nm～400nm特性荧光效应、化学作用、杀菌消毒应用感光技术、医用消毒等Ⅳ紫外线杀菌灯紫外光皮肤病治疗仪17X射线和γ射线Ⅴ波长范围X射线：10-12m～10-9mγ射线：小于10-12m特性穿透力很强应用检查金属部件，医学透视等医学透视CT机18太阳辐射举例：阳光含有：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、γ射线太阳辐射的能量集中在可见光、红外线、紫外线三个区域阳光中波长在5.5x10-7m的黄绿光附近，辐射的能量最强，这区域恰好是人眼最敏感19■光是一种波长较短的电磁波：400nm～760nm■任何波长的电磁波在真空中的传播速度都是相同的：C=3×108m/s■光的颜色是由电磁波的频率决定的

不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都要改变在同一介质中，频率越高，波速越小■单位换算：1m=103mm=106μm=109nm=1010（埃）小结■光具有波粒二象性：光具有粒子性，这种粒子称做“光量子”，简称“光子”20几何光学21■几何光学※采用光的直线传播概念，研究光传播的基本规律和光通过光学系统成像的原理和应用※

按照近代物理学的观点，光具有波粒二象性，那么如果只考虑光的粒子性，把光源发出的光抽象成一条条光线，然后按此来研究光学系统成像。■内容光的直线传播定律光的独立传播定律光的反射和折射定律

221.1几何光学基本定律■（一）光的直线传播定律：光在均匀媒质里沿直线传播

在点光源的照射下，在不透明的物体背后出现清晰的影子，影子的形状与光源为中心发出的直线所构成的几何投影形状一致

物体的影子

光只有在均匀媒质里沿直线传播，在非均匀媒质中光线将因折射而弯曲23

在一个暗箱的前壁上开一小孔，由物体上各点发出的光线将沿直线通过小孔，在暗箱的后壁上形成一倒立的像小孔成像注意：光线只在均匀媒质中沿直线传播，在非均匀媒质中光线将因折射而弯曲日食形成过程24■（二）光的独立传播定律

不同的光源发出的光线在空间某点相遇时，彼此互不影响。在光线的相会点上，光的强度是各光束的简单叠加，离开交会点后，各个光束按原方向传播。局限性：没有考虑光的波动性质25■（三）光的反射和折射定律斯涅耳折射定律

n1sinα=n2sinβ这可是重点啊！！！光的反射、折射定律：★反射线与折射线都在入射面内★反射角等于入射角，α=α′★折射角与入射角正弦之比与入射角无关，是一个与媒质和光的波长有关的常数

26αα′βn1n2入射线反射线折射线α---入射角α′---反射角β---折射角物质的折射率n=c/v

---描述介质中光速减慢程度的物理量注意：几何光学三定律是近似的，它只有在空间障碍物以及反射和折射界面的尺寸远大于光的波长时成立利用三定律来设计光学仪器法线真空折射率为1，在标准压力下，20摄氏度时空气折射率为1.0002827■（四）全反射现象全反射现象的定义：

光线入射到两种介质的分界面时，通常都会发生折射和反射，但在一定条件下，入射到介质上的光会全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生，这种现象称为光的全反射现象发生全反射的条件可归结为：

Ⅰ

、光线从光密介质射向光疏介质

Ⅱ、入射角大于临界角重点28C.全反射现象的产生过程：a、一般情况下

斯涅耳折射定律

n1sinα=n2sinβb、n1＜n2c、n1＞n2应用到的公式入射光在两种均匀介质的分界面产生折射和反射入射角α＞折射角β入射角α＜折射角β29αβ=90°n1sinα=n2sinβ全反射条件：n1＞n2sinα＞sinβα＞β当β=90°时，此时的α称为临界角当入射角α大于临界角时发生全反射现象n1n2αβαα′就这么简单！分析30D.两个全反射原理应用的例子：

Ⅰ、全反射棱镜i、改变光线传播方向ii、在光学仪器中，代替平面反射镜，减少反射时的光能损失等腰直角三角棱镜

Ⅱ、光学纤维光纤线传输光信号光线纤芯和包层涂覆层311.2反射棱镜、折射棱镜、透镜反射棱镜简单棱镜屋脊棱镜复合棱镜角锥棱镜A：反射棱镜

---将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件32B：折射棱镜

---是通过两个折射面对光线的折射进行工作的，两折射面的交线称为折射棱应用：棱镜光谱仪，研究光谱棱镜的色散利用棱镜对不同波长的光有不同的折射率这一性质33C：透镜

---由两个折射面包围一种透明介质（如玻璃）所形成的光学零件34光路图35实物图片36光的三原色由右图可知，颜料三原色加在一起可变成黑色。●顏料三原色混合：洋红+青=蓝

青+黃=绿红+洋红=红洋红+青+蓝=黑

红、绿、蓝能够匹配所有颜色的三种颜色称为三原色37波动光学38■波动光学※以光的波动性为基础，研究光的传播及其规律※以波动理论研究光的传播及光与物质相互作用的光学分支

■内容干涉衍射偏振

394041

电磁波：随时间变化的电场在周围空间产生一个涡旋的磁场，随时间变化的磁场在周围空间产生一个涡旋的电场，它们互相激发，交替产生，在空间形成统一的场——电磁场，交变电磁场在空间以一定的速度由近及远的传播，就形成了电磁波

电磁波最主要的性质之一就是能够传输能量，电磁波的传播过程伴随着能量在空间的传递．光波既然是电磁波，它的传播过程就是能量传递的过程，而光源发光实际上是物体不断向外辐射电磁波的过程42电磁波在真空中的传播速度为3×108m/s振动：物体在一定的位置附近来回重复的运动波动是振动的传播过程，振动是产生波动的根源

波动最基本的形式有两种：横波和纵波水面波是横波，声波是纵波，电磁波也是一种横波43横波：振动方向和传播方向垂直的波

举例：将一根绳子一端固定，呈水平状，手握绳子另一端做上下振动，凹凸传播图１：绳子形成的横波纵波：振动方向和传播方向相同的波

举例：用手迅速而有节奏的推压弹簧的另一端，可以看到弹簧上有的部分疏，有的部分密，疏密相间，沿着弹簧向前传播图２：弹簧形成的纵波

机械振动的传播过程形成机械波，电磁振动（电磁振荡）的传播过程形成电磁波横波和纵波演示44光的电磁理论A:光是某一波段的电磁波,在真空中电磁波的传播速度是=2.99794×108m/s≈3×108m/sEH45

C:可见光的波长范围和频率范围。（真空中）B:折射率连接光学和电磁学的桥梁。λ390~760nmυ7.5×1014~4.1×1014Hz红外紫外D:光波是横波（振向和传向垂直）实验证明：对人眼视觉和感光仪器起作用的主要是光的振动部分，所以，一般用电振动矢量来代表光的振动。

光在不同介质中，光速不同，但频率不变，所以波长变，波长一般指真空中的波长。46光波的干涉干涉：在两个（或多个）光波叠加的区域，某些点的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱，形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象称为光的干涉现象

干涉现象：对于光波来说，干涉现象往往表现成亮暗相间的条纹，干涉现象的显著程度可用干涉条纹的反衬度来描述：

γ=（IM-Im)/(IM-Im)

0≤γ≤1其中IM和Im分别是干涉场中光强的极大和极下值两束波形成干的条件：频率相同振动方向相同相位差恒定

重点47杨氏双缝干涉(1801年)So缝屏缝屏接收屏暗条纹以中央明纹为对称的明暗相间的干涉条纹S1S2.........................48D相邻两条明（暗）纹的间距：49迈克耳孙干涉仪光路图法布里-泊罗干涉仪的结构和光路两种常用的干涉仪介绍50干涉的应用等厚条纹待测工件平晶

测表面不平度1:测波长：已知θ、n，测L可得λ2:测折射率：已知θ、λ，测L可得n3:测细小直径、厚度、微小变化牛顿环1：测透镜球面的半径R2：测波长λ3：检验透镜球表面质量51光波的衍射衍射现象：当波遇到障碍物时，它将偏离直线传播，这种现象叫做波的衍射52

一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多

取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放一个像屏

．激光束像屏调节狭缝宽窄光的衍射53光的衍射衍射装置实物图541、中央亮纹宽而亮．2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．单缝衍射条纹的特征光的衍射55ABS

1、孔较大时——屏上出现清晰的光斑

2、孔较小时——屏上出现衍射花样光的衍射56光的横波性与五种偏振态光的干涉和衍射现象表明光是一种波动光的偏振表明光的横波性光波是电磁波，电磁波中起光作用的是电场矢量(光矢量)偏振态：光矢量的振动状态五种偏振态：自然光，线偏振光,部分偏振光,椭圆偏振光,圆偏振光571、自然光在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向都有光振动，且各个方向光矢量的振幅相等的光582、线偏振光光矢量只沿一个固定方向振动的光(又称平面偏振光)振动面光矢量593、部分偏振光

在垂直于光传播方向的平面内，各方向都有光振动，但振幅不等的光604、圆偏振光和椭圆偏振光在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量以一定的频率旋转。矢量端点轨迹为椭圆时称其为椭圆偏振光，轨迹为圆时称其为圆偏振光61偏振片：吸收某方向光振动，而与其垂直方向的光振动能通过的装置偏振化方向：能通过光振动的方向偏振片偏振化方向6263取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波.现在，让软绳穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝与振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的另一侧（图甲）．如果狭缝与振动方向垂直，则振动就被狭缝挡住而不能向前传播（图乙）．如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，则无论狭缝怎样放置，弹簧上的纵波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧（如下图）

设计实验，证明光是一种横波64偏振片发光体以光波代替机械波以偏振片代替木板狭缝65

当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变．

当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱．

当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零.所以说：光波是一种横波66反射和折射时光的偏振自然光在两各向同性媒介分界面上反射和折射时，反、折射光均成为部分偏振光特点：反射光垂直入射面的振动较强，折射光反之67产生偏振光的方法之一---布儒斯特角1812年布儒斯特发现，当入射角为某特定值时，反射光为振动方向垂直于入射面的线偏振光，而折射光仍然是部分偏振光，但此时偏振化程度最高此时有布儒斯特角此时的i0为

---

布儒斯特角68偏振现象的实际应用■制成偏光眼镜，可观看立体电影■若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面45角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免汽车会车时灯光的晃眼69■在拍摄玻璃窗内的物体时，去掉反射光的干扰未装偏振片装偏振片70光纤通讯基础71光纤通讯：

光纤通信是以光波为载波，以光纤（光导纤维）为传输媒体，将信号从某一点传送到另一点的通信方式。光纤通讯的基本物质要素

光纤、光源、光检测器72光通讯发展简史◆2000多年前烽火台——灯光、旗语、手势◆1880年

光电话——无线光通信◆1970年光纤通信73实现光通讯的关键点是什么？第一、可靠的光源，相干性好第二、合适的传播介质，损耗低，可靠性高741960Maiman：红宝石激光器1962GaAs二极管激光器：脉冲方式，77°K.1966高锟、Hockham及Werts：石英光纤的损耗可以减小到适合作为传输介质1970—两大重要突破康宁公司：单模光纤，损耗20dB/km，传输介质的阈值贝尔实验室：室温连续AlGaAs半导体激光器波长850nm寿命几分钟－数小时结构：GaAs材料上外延生长双异质结AlGaAs历史75第一代：0.85um多模光纤系统第二代：1.3um多模光纤系统第三代：1.3um单模光纤系统第四代：1.55um单模光纤系统三个过渡：短波长~长波长多模光纤~单模光纤AlGaAs/GaAs~InGaAsP/InP三项新技术:波分复用(WDM)相干通信光电子集成(OEIC)历史76电话、摄象机、计算机、电视编码、调制、发射机信息源传输介质信息终端接收机、解调、解码光纤、双绞线、自由空间发送单元接收单元光通信系统介绍77通信容量大中继距离长不受电磁干扰资源丰富光纤重量轻、体积小光纤通讯的优点78光是一种电磁波可见光400nm—760nm光纤通信所用的波长[近红外波段]

800——1600nm（0.8μm-1.6μm)光的反射、折射全反射1cm1mm100um10um1um100nm10nm1nmλ波長10G100G1T10T100T10^1510^1610^17f(Hz)1.6um1.51.41.31.21.11.0um900800700600nm光通信使用范围红外线紫外线79纤芯包层涂覆层■纤芯Core:折射率较高，用来传送光■

包层Cladding:折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；■涂覆层Jacket:强度大，能承受较大冲击，保护光纤，增强光纤的柔韧性。光纤的结构单模光纤803MM光缆3mmOUTERJACKET125MICRONCLADDING(SILICA)50/62.5MICRONCORE(SILICA)MULTIMODESINGLEMODEARAMIDSTRENGTHMEMBERS(Kevlar)900MICRONBUFFERJACKET250MICRONCOATING9MICRONCORE(SILICA)81ITU-T将单模光纤传输系统的低衰减工作波段

1260～1675nm细分的6个波段波段名称含义波长/nm放大技术O波段原始波段1260～1360掺镨光纤、半导体、拉曼E波段扩展波段1360～1460拉曼S波段短波段1460～1530掺铥光纤C波段常用波段1530～1565掺铒光纤、半导体、拉曼L波段长波段1565～1625掺饵光纤U波段超长波段1625～1675——82■短工作波长：850nm■长工作波长：1310nm、1550nm光纤的分类---按工作波长光纤的分类---按材料分类■石英系光纤：高纯度的SiO2掺适量杂质，光纤损耗最低、强度和可靠性最高，应用最广泛■塑料包层光纤：纤芯是石英，包层是硅树脂■全塑光纤：纤芯和包层均由塑料制成，其损耗较大，可靠性也不高83单模（Single-Mode）：长距离、大容量光纤通讯系统多模（Multi-Mode）：中距离、中容量的光纤通讯系统CoreCladdingCoating光纤的分类---按模式分类84阶跃折射率分布光纤（阶跃光纤Step-IndexFiber，SIF）渐变折射率分布光纤（渐变光纤Graded-IndexFiber，GIF）光纤的分类---按折射率分类85光纤的折射率分布86 按照ITU-T关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤(渐变型多模光纤)、G.652光纤(常规单模光纤)、G.653光纤(色散位移光纤)、G.654光纤(截止波长光纤)和G.655(非零色散位移光纤)光纤。 按套塑(二次涂覆层)可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 现在实用的石英光纤通常有以下三种：阶跃型多模光纤、渐变型多模光纤和阶跃型单模光纤。光纤的分类---按ITU-T分类87光电子器件类型（通信）有源激光器光放大器探测器光调制器波长转换器光隔离器光耦合器光滤波器光开关光衰减器色散补偿器偏振控制器偏振模补偿器无源88光纤和光缆---实物89光源：发光二极管（LED）激光二极管（LD）光电检测器： PIN光电管、PIN-FET组件雪崩光电二极管（APD）光纤放大器（EDFA）调制器有源光器件90

激光的亮度很高，把激光聚起来，可以产生几千万度的高温，它可以溶解最难融化的金属；

一根普通的电话线，只能同三路电话；一条微波线路，可通十万路电话；而一条激光通讯线路，可以同一亿路电话；激光在传输过程中始终像一条笔直的线，一束激光射出20公里远，光斑只有茶杯口那么大。激光简述91历史回顾1917年，爱因斯坦就预言了受激辐射的存在1957年，我国第一所光学专业研究所长春光机所建立1958年，美国物理学家肖洛、汤斯发表激光原理论文1960年，迈曼制成了世界上第一台红宝石激光器，标志着激光技术的诞生1963年，我国第一台半导体激光器研制成功1964年，我国第一所激光技术的专业研究所上海光机所成立1966年，我国第一台YAG激光器研制成功92水分子模型:H2O■一个水分子是由一个氧原子和两个氢原子构成的分子是由原子构成的激光的产生过程---预备知识1911年卢瑟福提出原子核模型原子是由带正电的原子核和核外作轨道运动的电子组成原子是化学变化中的最小粒子93激光的基本原理物质是由一些同类微粒组成，（即原子，分子，离子）原子可以处于不同的运动状态，具有不同的内部能量。这些能量在数值上是断续的。通常把原子所可能具有的能量，按其高低画出，这就是所谓的能级图。基态：原子处于内部能量最低的状态，称次原子处于基态。激发态：其它比基态能量高的状态，都叫做激发态建立模型粒子二能级分布图E1E2能量少，低能级能量多，高能级94光与物质作用的三种情况自发辐射E2E1辐射出的光子能量hυ21满足玻尔条件：E2-E1=hυ21

在没有外界作用情况下，原子从高能态向低能态跃迁，释放的能量以光辐射的形式放出95受激吸收E2E1当原子系统受到外来的能量为hυ21的光子照射时，如果hυ21=E2-E1，则处于低能态E1上的原子受到激发，跃迁到高能态E2上去，同时吸收一个能量为hυ21的光子96受激辐射受激辐射过程产生的光简称激光

当原子受到外来能量为hυ21的光子照射时，若hυ21=E2-E1，则处于高能态E2上的原子也会受到外来的能量为hυ21的光子的诱发，而从高能态E2跃迁到低能态E1上去，这时原子将发射一个和外来光子能量相同的光子97

外来光子量越多，受激发的粒子数越多，产生的光子越大，能量越高受激辐射是与受激吸收相反的过程，放出的光子与外来光子频率、传播方向、相位及偏振等完全一样，光辐射能量增大一倍98光放大过程：光的受激辐射＞光的受激吸收光的受激放大

实现原子系统的粒子数反转分布是使光的受激辐射从次要位置转化为主导地位的必要条件，它也是形成激光的必要条件E1E2

若一物质，处于高能级上的原子数密度大于处于低能级上的原子数密度，则该物质处于“粒子数反转分布”状态，这时的介质称为激活介质或增益介质99形成激光的两个条件：必须利用激励能源，使工作物质内部的一中粒子在某些能级间实现粒子数反转分布满足阈值条件G（ν）≥α

G（ν）：单位长度的增益α：单位长度上的损耗100工作物质激励源（泵浦系统）光学谐振腔激光器的三部分组成101根据工作物质：固体激光器：红宝石激光器、钕玻璃激光器、YAG激光器气体激光器：氦-氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子激光器半导体激光器：砷化镓半导体激光器染料激光器：若丹明6G染料激光器根据激励方式：

光激励激光器、电激励、热激励等根据运转方式：

连续运转激光器和脉冲运转激光器激光器的分类102常用的固体工作物质红宝石：Cr3+:AI2O3

激活离子为三价铬离子，基质是刚玉晶体Nd3+:YAG掺钕钇石榴石激活离子为三价铬离子，基质是YAG晶体钕玻璃：光学玻璃中掺入适量的Nd2O3103LD泵浦固体激光器LD直接端面泵浦104示意图高相干性的激光束产生105激光的特性激光的应用单色性好方向性好相干性好能量集中激光切割激光焊接激光打孔激光医疗光信息处理和激光通讯激光在受控核聚变中的应用106激光切割激光的实际应用激光打孔激光武器激光医疗激光焊接激光通信107光放大器-EDFA108光无源器件109光纤头：Pigtail水平型Pigtail垂直型Pigtail110保偏光纤线：Polarization-maintainingopticalfiber111光纤准直器准直器的基本结构是有由一个光纤头加一个耦合透镜组成基本的参数要求：插损、回损、工作距离等112光纤准直器113连接器connector114各种跳线散件115光纤跳线FC-FC多模光纤跳线LC-LC多模光纤跳线SC-SC多模光纤跳线ST-ST单模光纤跳线LC-LC单模光纤跳线SC-SC单模光纤跳线光纤连接器(又称跳线)：是指光线两端都装上连接器插头，用来实现光路活动连接；

单模光纤连接器：连接头连接类型有FC、SC、ST，端面接触方式有PC、UPC、APC型

；116常用连接器类型FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType117连接头端面类型Ferrule+Flange

InsertionLoss(插入损耗)<0.3dBReturnLoss(回波损耗)PC>40dBSPC>45dBUPC>50dBAPC>60dB118隔离器偏振相关型的典型结构是两个偏振器加一个旋转片119隔离器120无源光耦合器件（Coupler)：能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区发生耦合，并进行再分配的器件

分类：-从功能上看：光功率分配器（Splitter)

光波长分配（合/分波）耦合器（WDMCoupler)-从端口形式上：X型（2×2）耦合器、Y型（1×2）耦合器、星型（N×N，N＞2）耦合器、树型（1×N，N＞2）耦合器-从工作带宽的角度：单工作窗口窄带耦合器（StandardCoupler)单工作窗口宽带耦合器（WavelengthFlattenedCoupler)双工作窗口宽带耦合器（WavelengthIndependentCoupler)-从传导模式上分：多模耦合器单模耦合器121PLCSplitterDualWindow1×NSpliterCoupler122光波分复用器：

--对光波波长进行分离与合成的光无源器件波分复用是光纤通讯中的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段用做一个独立的通道传输一种预定波长的光信号通常将波分复用缩写为WDM（WavelengthDivisionMultiplexing)按照通道间隔的差异，WDM可以分为：

W-WDM（Wide-WDM):

通道间隔等于或者大于25nm

M-WDM(Mid-WDM):

通道间隔小于25nm,而大于3.2nm

D-WDM(Dense-WDM):通道间隔小于或等于3.2nm123把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送(如每个波承载一种TDM电信号）的方式统称为波分复用。WDM：波长间隔比较大，在不同传输窗口（比如：1310nm、1550nm）DWDM：波长密集，同一传输窗口（比如1550nm）CWDM：粗波分复用，同一传输窗口内波长间隔大（比如1550nm）什么是波分复用？双纤双向：一根光纤传送一个方向的信号，系统使用两根光纤单纤双向：一根光纤传送两个方向的信号，系统使用一根光纤124什么是波分复用？125OTUOUTWPA1n合波器OTUOTU1nWBA波长转换合波器光放大分波器分波器OSCOSCOSC波长转换器（OTU）的功能是完成G.957光信号到G.692固定波长光的转换。DWDM的功能模块合波器和分波器完成G.692固定波长光信号的合波和分波。光放大器包括BA、PA、LA。BA是功放，通过提升合波后的光信号功率，从而提升各波长的输出光功率；PA是预放，通过提升输入合波信号的光功率，从而提升各波长的接收灵敏度；LA是线放，完成对合波信号的纯光中继放大处理。OSC（光监控信道）通常采用1310nm和1510nm，负责整个网络的监控数据传送。126合波分波器件INiOUTINOUTi合波分波合波/(分波)器件是将不同波长的光信号合在一起/(按波长分开)的器件，是DWDM系统最核心器件，这是光层的最基本复用合解复用。故分波/合波器件也经常被叫做光复用/(光解复用)器件这里的“分”、“合”是相对波长/频率而言的，不是针对光功率而言。127特点：成本低，技术成熟，插损大插损理论计算方法：插损＝级数×3dB输入端口编号与波长无关（对波长不敏感）对相邻波长隔离作用低耦合型合波器件inout128λ３λ１λ1—4λ４λ２λ１滤波器λ３滤波器自聚焦棒透镜玻璃设计上可以实现结构稳定的小型化器件，信号同带平坦，且与极化无关，插入损耗小，通路间隔度好。但通路数不会很多。多层介质膜复用解复用器件129膜片型波分复用器光波分复用器是对波长进行分离与合成的无源器件。WDM的原理很简单，利用镀膜片，将需要的波长挑选出来。1303端口8-ChannelDWDMModules4ChannelDWDM16-ChannelDWDMModules131Interleaver技术：是一种可把一列频率间隔为f的光信号分为两列频率间隔为2f的光信号，分别从两个信道输出的光滤波技术，称其中一个信道为奇信道，另外一个为偶信道。也称为光学梳状滤波。50GHZInterleaver的工作示意图132间隔为50GHz，80路的DWDM器件Interleaver50GHz100GHz1×40WDM100GHz1×40WDM50GHz1×80DWDM器件133什么是Interleaver134应用介绍Interleaver主要和其他器件一起构成WDM系统，用于数据等的传输。135光学材料薄膜光学136光学玻璃

---应用最广泛的光学材料，属于无机物，是高分子的凝聚态物质;不论化学成分和固化温度范围如何，一切由熔体过冷却所得的无定形体，由于粘度逐渐增加而具有的固体的机械性质的，均称之为玻璃；而且有液态变为玻璃态的过程应当是可逆的◆光学晶体

---是有规则排列结构的固体◆光学塑料

---属于有机物，是有机高分子化合物光学材料有三大类137Ⅰ:光学玻璃的分类■：无色光学玻璃：

分为冕牌和火石两大类，各以K和F表示■：有色光学玻璃：

1、硒镉着色玻璃---可以得到黄色（JB）、橙色（CB）、红色（HB）玻璃

2、离子着色的选择性吸收玻璃3、离子着色的中性玻璃■：特种光学玻璃1、光学石英玻璃（熔石英）2、红外光学玻璃3、耐辐射光学玻璃4、防辐射光学玻璃5、微晶玻璃--玻璃的物质性质，如折射率、热膨胀系数，不因测量方向的不同而不同138Ⅱ、光学晶体的分类---具有格子结构的固体，物质的性质随测量方向的不同而不同晶族晶系特征轴单位轴角低级晶族三斜a0≠b0≠c0α0≠

β0≠

γ0≠

90°单斜a0≠b0≠c0α0=

γ0=

90°，β0≠90°正交a0≠b0≠c0α0=

β0=

γ0=

90°中级晶族四方a0=b0≠c0α0=

β0=

γ0=

90°六方a0=b0≠c0α0=

β0=90°，γ0=

120°三方a0=b0=c0α0=

β0=

γ0≠

90高级晶族立方a0=b0=c0α0=

β0=

γ0=

90°三大晶族七大晶系139光学晶体的分类■：紫外、红外晶体

---利用晶体透紫外、红外的性能，制造红外、紫外透光窗、分光棱镜■：偏振晶体

---利用晶体的双折射性能制造偏振零件■：闪烁晶体---某些碱卤化合物的光学晶体中引入杂质激活剂，能将看不见的核子射线转为可见光■：窗口材料---是指用于探测仪、红外光学仪器、人造卫星、导弹、宇宙飞船上的窗口式穹面罩材料■：激光晶体---人工合成晶体，把激活离子个别掺入到适当的结晶母体中，包含基质晶体和激活离子■：非线性晶体---用以解决激光应用中的光调制、偏转、和变频等问题，大体分为电光晶体、声光晶体、变频晶体140晶体的几个重要的物理性质1、解理性2、硬度：常用莫氏硬度，指甲可划的为1~2.5，小刀能刻画的为5~5.5，锉刀为6~7，锉刀都不能的为8~9，石英晶体为7，天然金刚石为93、溶解度4、双折射：高级晶族没有，中级有，会将一束光分为2束，为寻