波分復(fù)用元件課件

波分復(fù)用元件一、AbsorptioninOpticalFibers二、UtilizingtheFiberBandwidth2025/5/25Opticalfibercommunications二、UtilizingtheFiberBandwidthTDM:在時域?qū)π畔⑦M行快速轉(zhuǎn)換。信道：channels。WDM:在頻域?qū)⒉煌ㄩL的信道結(jié)合起來信道間間隔越大越容易設(shè)計建設(shè)。2025/5/25Opticalfibercommunications二、1、在實際光纖通信中色散和非線性效應(yīng)限制光纖的帶寬的應(yīng)用。a)SMF有材料色散和波導(dǎo)色散b)MMF有橫式色散c)有色散位移光纖和色散平坦光纖，非線性傳播應(yīng)d)在高容量的光纖中需要對色散進行控制2、WDM可以比TDM更充分地利用光纖帶寬。a)WDM對非線性效應(yīng)（FWM&XPM）更敏感（TDM）但是可以以應(yīng)付b)WDM并設(shè)有充分地里利用帶寬。技術(shù)上要求在不同的信道間要加保護帶（guardlands）2025/5/25Opticalfibercommunications2025/5/25Opticalfibercommunicationsa)Lowinsertionlossb)Lowpolarizationdependence(waveguidedeviceshavehighPDL)c)Lowtemperaturedependenceofcenterfrequencyandfiltershaped)Flatpassbande)Goodcrosstalkf)LowcostOpticalfilters,multiplexers,andswitchesshouldhave:2025/5/25Opticalfibercommunications一、F-P(Fabry-Pery)腔型光濾波器：解復(fù)用A:工作原理多光束干涉有頻率選擇物性當(dāng)r1r2反射率較高時必須考慮每光束干涉2025/5/25Opticalfibercommunications每一束透射波比前一束在相徑上延遲Φ＝k2l=4πnl/λ0=4πnlf/c而振幅減小須乘以因子r1r2

。令則：2025/5/25Opticalfibercommunications透射光的復(fù)振幅為歌詞透射光的疊加若：r1=r2=rt1=t2=t(振幅)功率：R=r2,T=t2

無損耗情況下R＋T＝12025/5/25Opticalfibercommunications

輸出光強：K為常數(shù)：為入射光波的光強B)F—P腔的功率傳輸系數(shù)(FabryPerotTransferFuction)2025/5/25OpticalfibercommunicationsWhere

諧振頻率：q=1,2,3,……

諧振波長：傳輸系數(shù)的最大值：2025/5/25OpticalfibercommunicationsF-P腔光濾波器很適應(yīng)做FDM／WDM系數(shù)的解復(fù)用器。將F-P腔諧振調(diào)到和所選擇的信道頻率重合即可從組合的眾多信道中選出該信道。

IT和IR雖然都與R有關(guān),但極大值和極小值的位置僅由L決定，IT的極大值在

＝2kx的地方，極小值在

＝（2k＋1）的地方，IR的極大值和極小值位置剛好對調(diào)。

R對強度分布的影響

隨著R的增大，IT的極大的鋭度越來越大，R的增大意味著無窮系列中后面光束的作用越來越不可忽略，從而參加到干涉效應(yīng)里來的光束數(shù)目越來越多，其后果時使干涉條紋的鋭度越來越大，這一特征是多光束干涉的普遍規(guī)律。在光柵衍射中可以看到。

2025/5/25OpticalfibercommunicationsB.3db帶寬f：表征F－P腔諧振曲線的鋭度。傳輸系數(shù)降為最大值一半時所對應(yīng)的頻帶寬度

三F－P腔光濾波器的特性參數(shù)

A.自由譜線（Free-Spectral-Range)

相鄰兩諧振頻率間的間距由于F－P的多諧性。使用時輸入光波的譜寬不能大于這一頻率范圍，以免造成混淆。2025/5/25Opticalfibercommunications無損耗情況下FR越大精細度越高F－P腔可支持的反用信道數(shù)N＝F/6.4D.峰值傳輸功率peakedpassband

在無損耗的情況下。不管R為何值

max＝1。即諧振頻率上的光完全透過。有損耗L＋R＋T＝1

精細度F～

／（L+T）R越大F越小，干涉條紋變鋭（參于干涉的光束越多）C.精細度越大：自由譜線FSR于3db帶寬F之比2025/5/25Opticalfibercommunications

峰值傳輸系數(shù)作為FDM／WDM光纖通信系統(tǒng)的解復(fù)用器。對F-P腔的要求：1。自由譜域必須大于多信道復(fù)用信號的頻道寬度（以免使信號重疊。造成混亂））信道越多信道間隔越寬，要求F－P腔的FSR也越寬。2025/5/25Opticalfibercommunications

2。為了在一個自由譜內(nèi)容納更多的信道，要求信道間距小，特別是在FDM光纖通信系統(tǒng)中，信道間距小與1Nm。甚至為幾個GHZ這就要求F-P腔有較窄的帶寬⊿F。

三.級聯(lián)F-P腔濾波器將多個F-P腔串聯(lián)使用。2025/5/25Opticalfibercommunications四.光纖F-P性光濾波器page196

2025/5/25OpticalfibercommunicationsF-P腔的選頻位相差

以準單色平行光入射時i=

由于多光束干涉，使得在很寬的光譜范圍內(nèi)只有某些特定的波長附近出現(xiàn)極大T=0時

相鄰極強的頻率是等間隔的，間隔為每條譜線

k

或

k稱為一個縱模

F-P腔對輸入的非單色光起挑選波長，壓縮線寬，從而提高單色性的作用。2025/5/25Opticalfibercommunications

光濾波器分振幅法產(chǎn)生雙光束干涉TwoDirectionalCouplers:DC1DC2分光比1：1耦合距離L遠小于二耦和器之間的距離，（L1,L2)

L=L1-L2Input(1)(2)Output(3)(4)

若有(1)端（or)輸入頻率為f1,f2的混合信號，當(dāng)L取得合適時可將這兩個頻率的光信號分開，使各從（3）（4）端輸出。七.MachZehnderInterferometers2025/5/25OpticalfibercommunicationsA.原理：雙光束干涉

(1)>(3)(L1)(1)>(4)(L1)(1)>(3)(L2)(1)>(4)(L2)f1加強f2相消f1相消f2加強B.(1)-(3),(1)-(4)的功率傳輸系數(shù)13和

14

定向耦合器的傳輸矩陣

設(shè)(1)端輸入信號的電場強度為E1(3)(4)端輸出信號的電場強度為E3,E42025/5/25Opticalfibercommunications2025/5/25Opticalfibercommunications

設(shè)(1)端輸入功率為P1,(3)(4)端輸出功率為P2,P3

2025/5/25OpticalfibercommunicationsC.M-Z干涉儀的頻率響應(yīng)2025/5/25OpticalfibercommunicationsM-Z光濾波器只能分開兩個不同頻率的光信號，對多信道的FDM/WDM光纖通信系統(tǒng)須增加M-Z光濾波器的組數(shù)M-Z元件是可逆的，如反轉(zhuǎn)使用也是復(fù)用器，可不同頻率的光信號合成。2025/5/25OpticalfibercommunicationsA原理：多光束干涉＋單縫衍射狹縫衍射光柵有N個寬為a，間隔為d的狹縫構(gòu)成，d：光柵常數(shù)八.DrffractionGratings

2025/5/25Opticalfibercommunications

主極強：主極強的位置于縫數(shù)N無關(guān)，但他們的寬度隨N減小。相鄰主極強有N-1條暗紋。相鄰主極強有N-2條次極強。P點光強2025/5/25Opticalfibercommunications2025/5/25Opticalfibercommunications

角色散本領(lǐng)只說明不同波長出射角分離的程度，還未能說明能否被分辨。B.分辨本領(lǐng)

1.角色散本領(lǐng)：單位波長間隔的散開角度2025/5/25Opticalfibercommunications

光柵的刻槽數(shù)N越多，光譜級次K越高，光柵的分辨本領(lǐng)越強，為了減少波分復(fù)用系統(tǒng)的鄰道干涉光柵的

min必須遠大于相鄰信道的波長間隔。C.BlazedGratings2。角分辨本領(lǐng):在波長

附近，光柵可辨別的最小波長間隔。2025/5/25Opticalfibercommunications1.采用第一種照明方式:沿槽面法線n方向入射

1級閃耀波長2dsin

=

1b2級閃耀波長2dsin

=

2b通過閃耀角

的設(shè)計,使光柵適用于某一特定波段的等級光譜上2.第二種照明方式:沿光柵平面法線N入射Problem1:Gratingdemultiplexer用閃耀光柵設(shè)計一WDM的解復(fù)用元件名,中心波長在1.55um(見圖），假定入射角度為0。閃耀角（中心波長）為600。2025/5/25Opticalfibercommunicationsa)光柵的周期d為多少（提示：可能不止一個正確答案，最好寫出所有可能的的正確答案）。b)光柵的尺寸為多少，c)你能否設(shè)計一個更小的解復(fù)用器，改變那些參數(shù)來減小光柵的尺寸（若相鄰信道間隔為0。8nm)a)d(sin

I-sin

d)=k

b)Fornormalincident

i=0