上海交通大学：《光通信系统与网络》课程教学课件（PPT讲稿）第08章 光通信网络-光器件

1.3光耦合器对同一波长的光功率进行分路或合路（又称：分路器或合波器）·功能：光信号的分配、合成、复用、提取、监控等。·特征：·Y型（1×2）、X型2×2耦合器、1xN型、MxN型·方向耦合器，无方向耦合·多模耦合器、单模耦合器·宽带、窄带全光纤型、微光元件型、集成光波导型·保偏耦合器、偏振无关耦合器FLTMode:STCD35S08R100SersalNo:STC770101486796-8688911FL+86756-8686910NXN1XN

1.3 光耦合器 •功能：光信号的分配、合成、复用、提取、监控等。 •特征： •Y型（ 12） 、X型22耦合器、1N型、MN型 •方向耦合器，无方向耦合 •多模耦合器、单模耦合器 •宽带、窄带 •全光纤型、微光元件型、集成光波导型 •保偏耦合器、偏振无关耦合器 对同一波长的光功率进行分路或合路（又称：分路器或合波器） N×N 1×N

1.2×2的光纤耦合器（方向耦合器光约束在：光纤半径减小！-纤芯中传播！V明显减小直通功率部分光在Inputpower!纤芯外传播光输入1发生耦合Pa后向反(散)射光-2火焰宽度决定拉伸时决定Crosstalk耦合功率WZLCoupling regionTapered regionTapered region总拉伸长度耦合光功率P2跟以下参数有关：拉伸区长度2L+W拉伸区内逐渐变小的光纤半径耦合区中两根光纤的半径差r

1. 2×2 的光纤耦合器（方向耦合器） 耦合光功率P2跟以下参数有关： 拉伸区长度2L+W 拉伸区内逐渐变小的光纤半径r 耦合区中两根光纤的半径差Dr 总拉伸长度 光约束在 纤芯中传播 光纤半径减小 V明显减小 部分光在 纤芯外传播 发生耦合 P3 P1 P2 光输入 P0 后向反(散)射光 直通功率 耦合功率 拉伸时决定 火焰宽度决定

2×2光纤耦合器内的光功率分布1.0假设耦合器无损耗P/PO0.8odaP, = P sin 2(z)K是耦合系数0.6两根光纤交替成为P= P-P = [1-sin’ (xz)]驱动光纤0.4K2-元/2= Pa cos (kz)0.2Kz-0P2/PoP21081214光功率分配的百分比x100%-Coupler draw length (mm)(a)P + P1.0P0附加耦合损耗=10log0.8P/P,P,+Po20.6NP50:50插入损耗=10log0.4P,PIPo0.2P3串扰=10log013001400150012001600P.Wevelength (nm)(b)

P P (z) 2 2 0 = sin ( ) ( ) 2 1 0 2 0 2 0 1 sin cos P P P P z P z   = − = −     = 100% 2 1 2         + = P P P 光功率分配的百分比         + = 2 1 0 10log P P P 附加耦合损耗         = j i P P 插入损耗 10log        = 0 3 10log P P 串扰 2×2光纤耦合器内的光功率分布 假设耦合器无损耗 两根光纤交替成为 驱动光纤  是耦合系数 50 : 50

2.光纤耦合器的散射矩阵表示法InputOutputfield strengtihsfield strengths311砂4i-$12$21$22其中S为散射矩阵，bS11aS12Sb:b=SaaSj=Isijlexp(ipi)为耦合系数b,S21S22a2/1-8jv假设器件无损耗SJ1-8Jve8为光功率从端口1到端口2的耦合比例

2. 光纤耦合器的散射矩阵表示法 a b S b = Sa       =       =       = , , , 21 22 11 12 2 1 2 1 s s s s b b a a       − − =     1 1 j j 假设器件无损耗 S 其中S为散射矩阵， sij = |sij|exp(jfij)为耦合系数  为光功率从端口1到端口2的耦合比例

例设=0.5，那么输出场Eout1和Eout2可以从输入场Ein,1和Ein.2得到，此时的散射矩阵可以写成Eout,1inEout.2ina令Ein,2=0,则有11EinE和Hout.2V2in,1212那么可以得到两个端口的输出功率为PHHoutin,1out.ou212Pout.2ou.2ou.2in,22V2

例 设 = 0.5，那么输出场Eout,1和Eout,2可以从输入场Ein,1和Ein,2 得到，此时的散射矩阵可以写成 令Ein,2 = 0，则有 那么可以得到两个端口的输出功率为              =      ,2 ,1 ,2 ,1 1 1 2 1 in in out out E E j j E E ,1 ,1 2 1 Eout = Ein ,2 ,1 2 out in j 和 E E = 0 2 ,1 * ,1 ,1 ,1 2 1 2 1 Pout Eout Eout Ei n  = P      = = 0 2 ,2 * ,2 ,2 ,2 2 1 2 1 Pout Eout Eout Ei n  = P      = =