得到极大的发展。随着光纤通信向深层的发展，光纤耦合器将在光纤用户网以及光纤居域网中得到大规模的应用。②、研磨型光纤耦合器研磨型光纤耦合器制作过程是，将两根光纤一边的包层磨掉大部分，剩下很薄的一层，然后将两根光纤经研磨的一侧拼合在一起，中间涂上一层折射率匹配液，于是两根光纤可以通过包层里的消失场发生耦和，得到所需的偶合功率。通常，为了有较好的耦和效率，要求剩下的包层极薄（几微米）。由于其耦合原理也是利用消失场耦合，因而其特性和原理类似于上述熔锥型光纤耦合器，但其制造技术不易控制，不如熔锥型光纤耦合器那么简单容易。（2）微器件型用自聚焦透镜和分光片（光部分透射，部分反射）、滤光片（一个波长的光透射，另一个波长的光反射）或光栅（不同波长的光有不同反射方向）等微光学器件可以构成Y型耦合器、定向耦合器和波分解复用器。用2x2的耦合器同样可以构成星状耦合器。自聚焦透镜在光物元器件中起着非常重要的作用。（3）波导型在一片平板衬底上制作所需形状的光波导，衬底做支撑体，同时又做波导包层。波导的材料根据器件的功能来选择，一般是SiO2，横截面为矩形或半圆形。3.波分复用器的光串扰波分复用器的光串扰即为其隔离度，其测试原理、框图如下：测量1310nm的光串扰的方框图如下：光纤活动连接器Plt1310nm输入，1310nm输出、波分复波分复1310nmP风用器用器1550nm输入1550nm输出、无光?PECO图A光纤活动连接器1310nm输出、P/2无光1310nm输入波分复波分复P,区用器1550mm1550nm输入用器1550nm输出，P2l图BPLiz=10log(公式A)P2PL2, =10log(公式B)P21
21 得到极大的发展。随着光纤通信向深层的发展，光纤耦合器将在光纤用户网以及光纤居域网 中得到大规模的应用。 ②、研磨型光纤耦合器 研磨型光纤耦合器制作过程是，将两根光纤一边的包层磨掉大 部分，剩下很薄的一层，然后将两根光纤经研磨的一侧拼合在一起，中间涂上一层折射率匹 配液，于是两根光纤可以通过包层里的消失场发生耦和，得到所需的偶合功率。通常，为了 有较好的耦和效率，要求剩下的包层极薄（几微米）。由于其耦合原理也是利用消失场耦合， 因而其特性和原理类似于上述熔锥型光纤耦合器，但其制造技术不易控制，不如熔锥型光纤 耦合器那么简单容易。 （2）微器件型 用自聚焦透镜和分光片（光部分透射，部分反射）、滤光片（一个波长的 光透射，另一个波长的光反射）或光栅（不同波长的光有不同反射方向）等微光学器件可以 构成 Y 型耦合器、定向耦合器和波分解复用器。用 2×2 的耦合器同样可以构成星状耦合器。 自聚焦透镜在光物元器件中起着非常重要的作用。 （3）波导型 在一片平板衬底上制作所需形状的光波导，衬底做支撑体，同时又做波导包 层。波导的材料根据器件的功能来选择，一般是 SiO2，横截面为矩形或半圆形。 3.波分复用器的光串扰 波分复用器的光串扰即为其隔离度，其测试原理、框图如下： 测量 1310nm 的光串扰的方框图如下： 图 A 图 B 1 12 22 10log P L P (公式 A) 2 21 12 10log P L P (公式 B) 波分复 用器 波分复 用器 1310nm 输入 光纤活动 连接器 1310nm 输出 1550nm 输入 1550nm 输出 2 P P12 P21 1550nm 无光 波分复 用器 波分复 用器 1310nm 输入 光纤活动 连接器 1310nm 输出 1550nm 输入 1550nm 输出 P1 P11 无光 P22 1310nm
上式中的L，和L，即是波分复用器相应的光串扰。五、实验注意事项1在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行波分复用器的连接。六、实验步骤1.关闭实验系统。按以下方式用连信号连接导线连接：数字信号源模块1310数字光发模块P300—P100（数字信号输出一）（数字光发信号输入）2.按图A连接好波分复用器。3.将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON状态，第二位拨到OFF状态，将1310nm数字光发模块的手调电位器向左旋到最大。4.打开系统电源。将数字信号源输第一路的拨码开关U311全拨到OFF"状态，即输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”5.测出图A中的P和P26.关闭系统电源。然后，按图B连接好波分复用器。7.打开系统电源。测出图B中的P,和P28.关闭系统电源，拆除实验导线，将各实验仪器摆放整齐。七、实验报告aech.22
22 上式中的 L12 和 L21 即是波分复用器相应的光串扰。 五、实验注意事项 1.在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行波分复用器的连接。 六、实验步骤 1.关闭实验系统。按以下方式用连信号连接导线连接： 数字信号源模块 （数字信号输出一） P300—P100 ————→ 1310 数字光发模块 （数字光发信号输入） 2.按图 A 连接好波分复用器。 3.将 1310nm 数字光发模块的拨码开关 J100 第一位拨到 ON 状态，第二位拨到 OFF 状态， 将 1310nm 数字光发模块的手调电位器向左旋到最大。 4.打开系统电源。将数字信号源输第一路的拨码开关 U311 全拨到“OFF”状态，即输入到 1310nm 数字光发模块的信号始终为“1”。 5.测出图 A 中的 P1 和 P22 。 6.关闭系统电源。然后，按图 B 连接好波分复用器。 7.打开系统电源。测出图 B 中的 P2 和 P12 。 8.关闭系统电源，拆除实验导线，将各实验仪器摆放整齐。 七、实验报告 1.按公式 A、B 分别算出波分复用器相应的光串扰 L12 和 L21
实验四光隔离器和光环行器一、实验目的1.了解光隔离器和光环行器的异同点。2.了解光隔离器制造工艺。3.了解光隔离器有哪些参数。二、实验内容1.介绍光隔离器和光环行器的原理与应用。2.介绍光隔离器的发展。三、实验仪器1.光隔离器和光环行器。四、实验原理光隔离器与环行器都是光非互易传输耦合器。光环行器一般用于将一根光纤中传输的正向（输入）和反向（输出）光信号分开，例如在光时域反射仪、反射式光纤传感器以及单端耦合光放大器及其它光纤系统中用作耦合器，可使系统结构简化、性能提高。衡量光隔离器与环行器性能的主要参数有：（1）正向插入损耗，定义为正向传输时输出光功率与输入光功率之比：(2)反向(逆向)隔离比，定义为反向（逆向)传输时输出光功率与输入光功率之比：（3)回波损耗，定义为输入端口自身返回功率与输入功率之比。光隔离器与光环行器所依据的原理是法拉弟磁光效应，即当光波通过置于磁场中的法拉弟旋光片时，光波的偏振方向总是沿着与磁场（H）方向构成右手螺旋的方向旋转，而与光波的传播方向无关。这样，当光波沿正向和沿反向两次通过法拉第旋光片时，其偏振方向旋转角将迭加而不是抵消（如在互易性旋光片中的情形），这种现象称之为“非互易旋光性”。光环行器的结构和光隔离器士分类似，所不同的只是偏振分光镜的设计。典型的分光式光环行器的结构，是采用了偏振分光镜。当光信号由1端门输入时.由YIG晶体和石英旋光片构成的旋光系统不改变光的偏振方向，合光之后光信号将由2端口输出：当光信号由2端口输入时，两束线偏光的偏振方向各自旋转90°，合光之后由3端口输出：当光信号由3端口输入时，光的偏振方向也不发生变化，合光之后将出4端口输出。因此，这种光环行器具有1一2一3一4的环行功能。当不按照这种顺序传输时，就会出现很大的损耗。所以这种环行器23
23 实验四 光隔离器和光环行器 一、实验目的 1.了解光隔离器和光环行器的异同点。 2.了解光隔离器制造工艺。 3.了解光隔离器有哪些参数。 二、实验内容 1.介绍光隔离器和光环行器的原理与应用。 2.介绍光隔离器的发展。 三、实验仪器 1.光隔离器和光环行器。 四、实验原理 光隔离器与环行器都是光非互易传输耦合器。光环行器一般用于将一根光纤中传输的正 向(输入)和反向(输出)光信号分开，例如在光时域反射仪、反射式光纤传感器以及单端耦合光 放大器及其它光纤系统中用作耦合器，可使系统结构简化、性能提高。 衡量光隔离器与环行器性能的主要参数有：(1)正向插入损耗，定义为正向传输时输出光 功率与输入光功率之比；(2)反向(逆向)隔离比，定义为反向(逆向)传输时输出光功率与输入光 功率之比；(3)回波损耗，定义为输入端口自身返回功率与输入功率之比。 光隔离器与光环行器所依据的原理是法拉弟磁光效应，即当光波通过置于磁场中的法拉 弟旋光片时，光波的偏振方向总是沿着与磁场(H)方向构成右手螺旋的方向旋转，而与光波的 传播方向无关。这样，当光波沿正向和沿反向两次通过法拉第旋光片时，其偏振方向旋转角 将迭加而不是抵消(如在互易性旋光片中的情形)，这种现象称之为“非互易旋光性”。 光环行器的结构和光隔离器十分类似，所不同的只是偏振分光镜的设计。典型的分光式 光环行器的结构，是采用了偏振分光镜。当光信号由 1 端门输入时．由 YIG 晶体和石英旋光 片构成的旋光系统不改变光的偏振方向，合光之后光信号将由 2 端口输出；当光信号由 2 端 口输入时，两束线偏光的偏振方向各自旋转 90°，合光之后由 3 端口输出；当光信号由 3 端口 输入时，光的偏振方向也不发生变化，合光之后将出 4 端口输出。因此，这种光环行器具有 1－2－3－4 的环行功能。当不按照这种顺序传输时，就会出现很大的损耗。所以这种环行器
也兼具隔离器功能。实际上，这种环行器等效于1与2、2与3、3与4之间三个光隔离器。目前，各种实用的光环行器还主要是用磁光材料作为旋光材料。但可用大块介质或光纤作为偏振分光镜。大块介质做成的棱镜分光镜是在两直角棱镜的斜面上镀制偏振分光膜并胶合而成。而光纤偏振分光器件可用拉锥方法制成。1、传统技术自由空间单级光隔离器通常由三个元件组成：两个起偏器、一个法拉第旋光器。两个起偏器将法拉第旋光器夹在中间形成一个三层结构，法拉第旋光器确定输入输出光的偏振态方向。由于其固有的偏振敏感性，这种光隔离器通常运用于固定偏振态光源的输出端。法拉第旋光器对光偏振态的旋转角度与其厚度成正比。用于通信波长（如1310nm、1550nm）的法拉第旋光器通常由稀土石榴石薄膜制成，这些石榴石薄膜厚度通常在1mm以下，并且需要在充满磁场的环境中工作，由于大多数的通信应用都要求有一个比较宽的工作温度范围，而这种石榴石材料恰恰可以很好地满足这种要求，因此得到了很广泛的应用，虽然其对磁场的需求使得整个设计变得比较复杂。在石榴石的进光侧和出光侧分别加上一个起偏器，就可以形成一个光阀门（使光仅可以沿一个方向传输）。通常在通信系统光收发器中应用的起偏器都是基于金属材料共振吸收的原理来确定传输偏振态的，这种技术在过去几十年中都被认为是非常完美的，而且这些起偏器价格低廉、透光率高（≥98%）、消光比高（≥10,000:1）。2、纳米制造技术纳米制造是一种更为高效的制造技术。这种技术利用半导体晶片制造工艺在亚微米尺寸上制作元器件。纳米制造技术使尺寸低于光波长的微型结构得以实现，它可以在不同材料（如玻璃、熔融石英、IⅡI-IV族材料、石榴石）、不同规格（如圆形、矩形）的基底上制作出各种形状（如轨道形、柱形、棱锥形、圆锥形）的器件。通过适当地选择材料、基底、形状、规格便可以在纳米结构上实现各种各样的光功能，如起偏、相位延迟、分束、滤波、光隔离等。纳米制造的光隔离器的核心部件就是直接在石榴石基底上集成纳米偏振结构。这项技术的应用给光隔离器带来了三大优势：体积小、稳定性高、成本低。这些都是收发器厂商非常感兴趣的。纳米偏振结构的厚度不到1微米（传统的共振吸收起偏器的厚度约为200微米）。这么薄的纳米结构使得光隔离器核心部件的总厚度压缩了一半：工作波长为1550nm的从0.9mm左右降为0.5mm左右，工作波长为1310nm的从0.7mm左右降为0.3mm左右。因此纳米制造的隔离器核心部件的尺寸比通常的平板结构要小得多，这正好满足厂商们对器件紧凑结构的24
24 也兼具隔离器功能。实际上，这种环行器等效于 1 与 2、2 与 3、3 与 4 之间三个光隔离器。 目前，各种实用的光环行器还主要是用磁光材料作为旋光材料。但可用大块介质或光纤 作为偏振分光镜。大块介质做成的棱镜分光镜是在两直角棱镜的斜面上镀制偏振分光膜并胶 合而成。而光纤偏振分光器件可用拉锥方法制成。 1、传统技术 自由空间单级光隔离器通常由三个元件组成：两个起偏器、一个法拉第旋光器。两个起 偏器将法拉第旋光器夹在中间形成一个三层结构，法拉第旋光器确定输入输出光的偏振态方 向。由于其固有的偏振敏感性，这种光隔离器通常运用于固定偏振态光源的输出端。 法拉第旋光器对光偏振态的旋转角度与其厚度成正比。用于通信波长（如 1310nm、 1550nm）的法拉第旋光器通常由稀土石榴石薄膜制成，这些石榴石薄膜厚度通常在 1mm 以 下，并且需要在充满磁场的环境中工作，由于大多数的通信应用都要求有一个比较宽的工作 温度范围，而这种石榴石材料恰恰可以很好地满足这种要求，因此得到了很广泛的应用，虽 然其对磁场的需求使得整个设计变得比较复杂。 在石榴石的进光侧和出光侧分别加上一个起偏器，就可以形成一个光阀门（使光仅可以 沿一个方向传输）。通常在通信系统光收发器中应用的起偏器都是基于金属材料共振吸收的原 理来确定传输偏振态的，这种技术在过去几十年中都被认为是非常完美的，而且这些起偏器 价格低廉、透光率高（≥98%）、消光比高（≥10,000:1）。 2、纳米制造技术 纳米制造是一种更为高效的制造技术。这种技术利用半导体晶片制造工艺在亚微米尺寸 上制作元器件。纳米制造技术使尺寸低于光波长的微型结构得以实现，它可以在不同材料（如 玻璃、熔融石英、III-IV 族材料、石榴石）、不同规格（如圆形、矩形）的基底上制作出各种 形状（如轨道形、柱形、棱锥形、圆锥形）的器件。通过适当地选择材料、基底、形状、规 格便可以在纳米结构上实现各种各样的光功能，如起偏、相位延迟、分束、滤波、光隔离等。 纳米制造的光隔离器的核心部件就是直接在石榴石基底上集成纳米偏振结构。这项技术 的应用给光隔离器带来了三大优势：体积小、稳定性高、成本低。这些都是收发器厂商非常 感兴趣的。 纳米偏振结构的厚度不到 1 微米（传统的共振吸收起偏器的厚度约为 200 微米）。这么薄 的纳米结构使得光隔离器核心部件的总厚度压缩了一半：工作波长为 1550nm 的从 0.9mm 左 右降为 0.5mm 左右，工作波长为 1310nm 的从 0.7mm 左右降为 0.3mm 左右。因此纳米制造的 隔离器核心部件的尺寸比通常的平板结构要小得多，这正好满足了厂商们对器件紧凑结构的
要求。另外，由于不需使用环氧树脂层，光隔离器的环境可靠性得到了大大提高。这种新工艺不再需要昂贵的手工对准和组装，在磁场中的封装也简化了，从而提高了制造效率，使光隔离器的成本降到了10美元以下。LabTech25
25 要求。 另外，由于不需使用环氧树脂层，光隔离器的环境可靠性得到了大大提高。这种新工艺 不再需要昂贵的手工对准和组装，在磁场中的封装也简化了，从而提高了制造效率，使光隔 离器的成本降到了 10 美元以下