信息光学简明教程 课件 【ch08】光通信中光学信息技术的应用

第八章光通信中光学信息技术的应用物理学-实验-高等学校-教材简明大学物理实验教程01布拉格光纤光栅从光纤出射到空气中的光束发散角和能够有效耦合到光纤内的光束发散角是相同的，一般用数值孔径描述，可以证明考虑一个宽带信号在单模光纤中传播的情况。忽略光信号在光纤中的空间断面分布，信号u(t)的复数表达式可写成信号的谱宽通常比信号的中心频率低得多，可以将β(w)在中心频谱φ,周围展开为泰勒级数。保留展开式的前四项，得到由二次相位项引起的脉冲的时间展宽△r和信号传播所经过的光纤长度L及信号的谱宽△w有关，即一、布拉格光纤光栅的制作一、布拉格光纤光栅的制作

一、布拉格光纤光栅的制作一、布拉格光纤光栅的制作二、FBG的应用密集波分复用技术(DWDM)是实现极高速率光学数据传输的比较常用的方法。通过为每一个数据流指定唯一波长的方法使许多不同的数据流被复用在单一光纤中。不同信道的波长以密集的梳状形式排列，相邻信道间隔为100GHz、50GHz甚至25GHz,在实际中一根光纤上可以复用多达几百个信道。1用于光分插复用器的窄带滤波器二、FBG的应用

二、FBG的应用FBG的另一个应用是光纤系统中的色散补偿。前面已经看到，由于在光纤中不同波长的光波以不同的速度传播，色散的出现是非常常见的。通常情况下，光的频率更高的分量比频率更低的分量传播得快一些。尽管能够用色散补偿光纤克服这种失真，但一般需要很长的这种光纤才能提供适当的补偿。FBG却能够在短得多的长度内提供类似的补偿。2用于光纤系统的色散补偿二、FBG的应用三、工作在透射方式的光栅在某些应用中，反射光栅的光路不适用，透射光栅却比较合适。这种光栅常常根据其类型分别叫作“倾斜光栅”或“长周期”光栅。倾斜光栅是指光栅面与光纤轴线成一夹角的FBG。典型的夹角是2°~3°，它能几乎完全消除主反射峰。然而，和包层中反向传播模式的耦合依然存在。如果光栅的周期是啁啾性质的，包层模式响应的包络决定了向前方向的损耗峰的宽度，其典型的阻带宽度为10~20nm。长周期光栅通常指其周期会使纤芯中的单模和包层中的多个向前传播的模式发生耦合的透射光栅，其包层中的模式最终被光纤的外保护涂层散射掉。这时光栅周期的典型值为0.1~1mm，光栅的长度通常为1~10cm。长周期光栅的阻带峰比FBG更宽，在标准的远程通信光纤中典型的阻带宽度为几百个纳米。倾斜FBG和长周期光栅的典型应用是使光纤放大器的增益变平，变得与频率无关。03超短脉冲的整形和处理

一、时间频率到空间频率的变换一、时间频率到空间频率的变换

一、时间频率到空间频率的变换一、时间频率到空间频率的变换二、脉冲整形系统焦平面上掩膜板的振幅透过率为三、谱脉冲整形的应用1.码分多址(CDMA)的应用如果一个特定用户想要接收传送给他的信息，那么这个用户就要向本地的空间光调制器中加载一个掩膜板，这个模板是任何一个发信者发信给这个用户所用的频谱编码模板的复共轭。展宽的编码信号在本地接收器上再被压缩为一个超短脉冲。实际上，这种解码系统起匹配滤波器的作用。如果这个用户希望同另一个用户通信，那么本地空间光调制器也要加载一个频谱掩膜板，该模板包含适于想向他发送信息的用户的码字。三、谱脉冲整形的应用

2.对光纤色散补偿的应用四、光谱全息术用R(v)和S(v)分别表示参考脉冲和信号波形的复数时间频谱。于是入射到全息记录平面上的强度可用下式描述全息图的记录四、光谱全息术四、光谱全息术当参考脉冲和探针脉冲都是单个飞秒脉冲时，它们的频谱在包含信号波形频谱的全息图的那一部分上几乎是平坦的，因此透射场变成信号的再现四、光谱全息术假定探针脉冲为可能和参考脉冲的频谱不同的频谱P(v)。忽略一个比例常数，可得到全息图透射的光场由不同的三项给出：信号的再现四、光谱全息术四、光谱全息术上述讨论假定参考脉冲和探针脉冲都是简单的飞秒脉冲。这个假定可以改变，以得到更一般的处理时间信号的能力。信号的再现

五、参考脉冲和信号波前之间延迟的影响04阵列波导光栅一、阵列波导光栅的基本部件这里先简要地描述一下这些基本部件，包括传送光信号的波导、光信号扇入和扇出的星形耦合器和产生波长色散的波导光栅。1.集成光波导集成光路的基本结构单元是波导。由于这种工艺基本上是平面的，所以波导的形状通常是矩形的而不是光纤的圆形。输入你的标题一、阵列波导光栅的基本部件一、阵列波导光栅的基本部件0102矩形的几何形状，在水平方向和竖直方向上对模式的限制不同当n₂≠n₃时在波导的顶部界面和底部界面对传播模式的限制也不同2.集成星形耦合器星形耦合器的用处是把在每个输入端口出现的信号的一部分传给所有的输出端口,并且在每个输出端口收集来自每个输入端口的部分信号。输入端口和输出端口都是用来把信号传送进器件和从器件中传出的矩形波导。有些星形耦合器输入端口是1个而有N个输出端口，另一些星形耦合器输入端口是N个而只有1个输出端口。但是，一般的星形耦合器为输入端口和输出端口都是N个的对称情况。输入你的标题一、阵列波导光栅的基本部件

输入你的标题一、阵列波导光栅的基本部件

一、阵列波导光栅的基本部件4.总体系统假定输入耦合器上只有中央位置的输入波导受到激励，波长的改变会使输出亮点在系统输出处的各个波导上挨个移动，直到这个亮点通过最后一个输出波导。每当输出亮点挪出最后一个输出波导时，一个新的亮点就出现在输出阵列相反一端的波导上。当一个光栅级移出了这个输出波导阵列时，一个相邻的光栅级就产生一个新的亮点代替它，但是在输出阵列的相反一端上。事实上由于衍射级数太多存在着输出亮点的“卷绕”现象。在“卷绕”现象发生之前可以提供的波长的范围叫作系统的自由光谱范围。当自由光谱范围

时，光栅级发生改变。这就是对AWG的一般特性的讨论。一、阵列波导光栅的基本部件二、阵列波导光栅的应用AWG分离这些信号，在N个分离的输出端口的每个端口上产生这N个不同波长中的一个波长。波分复用信道之间的波长分离程度必须大于或等于AWG的波长分辨本领。光栅中至少需要N个不同的波导来对N个不同的等间隔光波波长解复用。复用器有相似的光路，只不过作为复用器现在有N个不同的输入端口，每个载有单一的光波波长和一个输出端口，上面载有全部各个波长。光栅中仍然需要至少N个不同的波导以复用N个不同的等间隔波长。波长复用器和解复用器二、阵列波导光栅的应用二、阵列波导光栅的应用AWG分离这些信号，在N个分离的输出端口的每个端口上产生这N个不同波长中的一个波长。波分复用信道之间的波长分离程度必须大于或等于AWG的波长分辨本领。光栅中至少需要N个不同的波导来对N个不同的等间隔光波波长解复用。复用器有相似的光路，只不过作为复用器现在有N个不同的输入端口，每个载有单一的光波波长和一个输出端口，上面载有全部各个波长。光栅中仍然需要至少N个不同的波导以复用N个不同的等间隔波长。