光無(wú)源器件概述

光纖無(wú)源及有源器件技術(shù)及應(yīng)用主要內(nèi)容：光纖無(wú)源器件技術(shù)光纖放大器技術(shù)光纖激光器技術(shù)

光纖光柵、濾波器、調(diào)制器等

多波長(zhǎng)光纖激光器、鎖模光纖激光器、單頻光纖激光器等

摻鉺光纖放大器、拉曼放大器等光器件用途:

實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的連接、能量分路/合路、波長(zhǎng)復(fù)用/解復(fù)用、光路轉(zhuǎn)換、能量衰減、方向阻隔、光-電-光轉(zhuǎn)換、光信號(hào)放大、光信號(hào)調(diào)制等功能，是構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)的必備元件。光器件是具有上述一種功能的元器件的總稱(chēng)。類(lèi)型：無(wú)源、有源無(wú)源器件主要包括：光連接器、光衰減器、光耦合器、光波分復(fù)用/解復(fù)用器、隔離器、環(huán)行器、濾波器、光調(diào)制器、光開(kāi)光等。有源器件主要包括：激光器、光探測(cè)器、光放大器等。光纖無(wú)源器件技術(shù)

光無(wú)源器件是一種能量消耗型器件，主要功能是對(duì)信號(hào)或能量進(jìn)行連接、合成、分叉、轉(zhuǎn)換以及有目的的衰減等，在光纖通信系統(tǒng)以及各類(lèi)光纖傳感系統(tǒng)中是必不行少的重要器件。無(wú)源器件功能連接功率耦合功率調(diào)整單向傳輸波長(zhǎng)選擇交換、開(kāi)關(guān)復(fù)用、解復(fù)用調(diào)制、解調(diào)編碼、解碼色散處理緩存、存儲(chǔ)邏輯處理光無(wú)源器件的功能：內(nèi)容光連接器Connector光耦合器Coupler復(fù)用器、解復(fù)用器Multiplexer/Demultiplexer光隔離器與環(huán)行器Isolator/Circulator光衰減器Attenuator光起偏器與偏振限制器Polarizer/PolarizationController濾波器Filter光調(diào)制器Modulators光開(kāi)關(guān)Switches光連接器件是把兩個(gè)光纖端面結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)光纖之間可拆卸（活動(dòng)）連接的光無(wú)源器件，它還具有將光纖與有源器件、光纖與其它無(wú)源器件、光纖與系統(tǒng)和儀表進(jìn)行活動(dòng)連接的功能。影響連接損耗的因素：光纖連接時(shí)，由于光纖纖芯直徑、數(shù)值孔徑、折射率分布的差異以及橫向錯(cuò)位、角度傾斜、端面間隙、端面形態(tài)、端面光滑度等因素的影響，都會(huì)產(chǎn)生連接損耗。光纖連接器精密套管結(jié)構(gòu)連接器簡(jiǎn)圖光纖連接器示意圖 評(píng)價(jià)一個(gè)連接器的主要指標(biāo)有4個(gè)，即插入損耗、回波損耗、重復(fù)性和互換性。光纖連接器特性(1)插入損耗插入損耗是指由于增加光無(wú)源器件而產(chǎn)生的附加損耗，定義為該無(wú)源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比，通常用dB表示，即其中Pi為發(fā)送進(jìn)輸入端口的光功率；Po為從輸出端口接收到的光功率。(dB)光纖連接器特性其中Pi為發(fā)送進(jìn)輸入端口的光功率，Pr為從同一個(gè)輸入端口接收到的返回光功率。

(2)回波損耗回波損耗又稱(chēng)為后向反射損耗。它是指光纖連接處，后向反射光對(duì)輸入光的比率的分貝數(shù)，表達(dá)式為： （3）重復(fù)性和互換性重復(fù)性是指光纖(纜)活動(dòng)連接器多次插拔后插入損耗的變更，用dB表示?；Q性是指連接器各部件互換時(shí)插入損耗的變更，也用dB表示。40~50PC型陶瓷-40~+80陶瓷-20~+70不銹鋼工作溫度/oC不銹鋼壽命（插拔次數(shù)）35~40FC型反射損耗/dB互換性/dB重復(fù)性/dB0.2~0.3插入損耗/dB性能型號(hào)或材料項(xiàng)目光纖連接器一般性能常用光纖接頭類(lèi)型光耦合器（Coupler）是一類(lèi)能使傳輸中的光信號(hào)在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生耦合，并進(jìn)行再支配的器件。從端口形式上劃分，它包括X型(2×2)耦合器、Y形（1×2）耦合器、星形（N×N，N>2）耦合器以及樹(shù)形耦合器等。光纖耦合器Coupler光纖耦合器Coupler1α1-αα：耦合分束比，3dBcoupler

α=0.5熔錐形光纖耦合器示意圖光纖耦合器示意圖熔融拉錐法是將兩根（或兩根以上）除去涂覆層的光纖以確定方式靠攏，在高溫下熔融，同時(shí)向兩側(cè)拉伸，最終在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法。熔融拉錐系統(tǒng)示意圖光纖耦合器的技術(shù)參數(shù)（1）插入損耗（定義同前）（2）附加損耗附加損耗(ExcessLoss，EL)定義為全部輸出端口的光功率總和相對(duì)于全部輸入光功率的減小值。該值以分貝(dB)表示的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中：Pouti為第i個(gè)輸出口的輸出功率；Pin為輸入光功率。光纖耦合器的技術(shù)參數(shù)（3）分光比（CouplingRatio）分光比(CouplingRatio，CR)是光耦合器所特有的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，它定義為耦合器各輸出端口的輸出功率相對(duì)輸出總功率的百分比，在具體應(yīng)用中常用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：例如對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)X形耦合器，1∶1或50∶50代表了同樣的分光比，即輸出為均分的器件，通常稱(chēng)為3dB耦合器。 （4）方向性（串?dāng)_）方向性也是光耦合器所特有的一個(gè)技術(shù)術(shù)語(yǔ)，它是衡量器件定向傳輸性的參數(shù)。以標(biāo)準(zhǔn)X形耦合器為例，方向性定義為在耦合器正常工作時(shí)，輸入端非注入光端口的輸出光功率與總注入光功率的比值，以分貝(dB)為單位的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：光纖耦合器的技術(shù)參數(shù) 式中：Pin1代表總注入光功率；Pin2代表輸入端非注入光端口的輸出光功率。 (5)偏振相關(guān)損耗偏振相關(guān)損耗(PolarizationDependentLoss，PDL)是衡量器件性能對(duì)于傳輸光信號(hào)的偏振態(tài)的敏感程度的參量。它是指當(dāng)傳輸光信號(hào)的偏振態(tài)發(fā)生360°變更時(shí)，器件各輸出端口輸出光功率的最大變更量：光纖耦合器的技術(shù)參數(shù) 在實(shí)際應(yīng)用中，光信號(hào)偏振態(tài)的變更是常常發(fā)生的，因此，為了不影響器件的運(yùn)用效果往往要求器件的偏振相關(guān)損耗足夠小。光纖耦合器的技術(shù)參數(shù)(6)工作波長(zhǎng)范圍工作波長(zhǎng)范圍是指無(wú)源器件能夠依據(jù)規(guī)定的性能要求下工作的波長(zhǎng)范圍(λmin到λmax)。2×2光纖耦合器內(nèi)的光功率分布k是耦合系數(shù)50:50-40~+70工作溫度/oC0.8~2.0穩(wěn)定性/dB40~55方向性/dB3.45.6/1.810.8/0.7插入損耗/dB分光比0.5/0.50.3/0.70.1/0.91.31或1.55工作波長(zhǎng)/2×2型耦合器耦合器的性能參數(shù)例2×2雙錐形光纖耦合器的輸入光功率為P0=200mW，另外三個(gè)端口的輸出功率分別為P1=90mW，P2=85mW，P3=6.3nW，求耦合比，附加損耗，插入損耗（0口到1口），插入損耗（0口到2口），以及串?dāng)_。例2×2雙錐形光纖耦合器的輸入光功率為P0=200mW，另外三個(gè)端口的輸出功率分別為P1=90mW，P2=85mW，P3=6.3nW，可以求得為：將不同波長(zhǎng)的信號(hào)結(jié)合在一起經(jīng)一根光纖輸出的器件稱(chēng)為復(fù)用器(也叫合波器)，反之，經(jīng)同一傳輸光纖送來(lái)的多波長(zhǎng)信號(hào)分解為各個(gè)波長(zhǎng)分別輸出的器件稱(chēng)為解復(fù)用器(也叫分波器)。從原理上講，這種器件是互易的(雙向可逆)，即只要將解復(fù)用器的輸出端和輸入端反過(guò)來(lái)運(yùn)用，就是復(fù)用器。光波分復(fù)用器和解復(fù)用器是WDM光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。光復(fù)用解復(fù)用器12P0P1P2熔錐光纖型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)和特性1，221直通臂耦合臂1

21212121

21

21

21

2公共臂衍射光柵型波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖光纖透鏡光柵1231231+2+31+2+31+2+3123接受棒透鏡的光柵型WDM光纖棒透鏡光柵1+2+31231+2+3123波導(dǎo)型波分解復(fù)用器光波分復(fù)用解復(fù)用器波分復(fù)用器l1l2l3l4l1

,l2,l3,l4波分解復(fù)用器l1l2l3l4光波復(fù)用器解復(fù)用器應(yīng)用示意圖耦合器和其他大多數(shù)光無(wú)源器件的輸入端和輸出端是可以互換的，稱(chēng)之為互易器件。隔離器就是一種非互易器件，光隔離器是允許光向一個(gè)方向通過(guò)而阻擋向相反方向通過(guò)的無(wú)源器件，它的作用是防止光路中由于各種緣由產(chǎn)生的后向傳輸光對(duì)光源以及光路系統(tǒng)產(chǎn)生的不良影響。光隔離器光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應(yīng)實(shí)現(xiàn)其功能。光隔離器的特性是：插入損耗低，反向隔離度高，回波損耗高。光隔離器分偏振相關(guān)與偏振無(wú)關(guān)隔離器。光隔離器光纖隔離器示意圖光環(huán)形器是由多個(gè)光隔離器單元組合而成的、限制光束傳播方向的無(wú)源器件。光環(huán)形器

三端口光環(huán)形器四端口光環(huán)形器箭頭方向代表了允許光傳輸?shù)姆较?。光纖環(huán)形器示意圖光發(fā)射機(jī)1光發(fā)射機(jī)2光接收機(jī)1光接收機(jī)2123321光環(huán)行器用于雙向傳輸系統(tǒng)光衰減器主要用于光纖通信系統(tǒng)的特性測(cè)試和其他測(cè)試中，是對(duì)光功率有確定衰減量的器件。依據(jù)衰減量是否變更，可以分為固定衰減器和可變衰減器。光衰減器光衰減器固定衰減器

固定衰減器對(duì)光功率衰減量固定不變，主要用于調(diào)整光纖傳輸線路的光損耗。輸入光纖輸出光纖光纖連接器光纖連接器透鏡透鏡衰減部分

可變衰減器可變衰減器的衰減量可在確定范圍內(nèi)變更，用于測(cè)量光接收機(jī)靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。(a)光路和結(jié)構(gòu)(b)連續(xù)衰減片厚薄用于從自然光中獲得偏振光的無(wú)源器件稱(chēng)為起偏器(Polarizer).光起偏器光偏振限制器光偏振限制器主要用于對(duì)入射光的偏振態(tài)變更及限制。理論上，偏振限制器能將輸入的任何一種偏振態(tài)的光（橢圓偏振，圓偏振，線偏振）轉(zhuǎn)變成隨意指定偏振態(tài)的輸出。三環(huán)型機(jī)械式偏振控制器采用了三個(gè)固定延遲的波片，通過(guò)調(diào)節(jié)波片的角度可使輸出光偏振態(tài)完全覆蓋Poincare球表面。進(jìn)行波長(zhǎng)選擇的無(wú)源光器件，即光濾波器。光濾波器l1光濾波器l1,l2,l3,l4l,l,l234梳狀濾波器光濾波器l1,l2,,ln寬帶光源帶通濾波器光濾波器示意圖幾種常用光濾波器法布里-珀羅(FP:Fabry-Perot)濾波器馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x(MZI:Mach-ZehnderInterferometer)

光纖光柵光濾波器的帶寬帶通濾波器的帶寬濾波器的兩個(gè)相鄰的通帶之間的頻譜范圍稱(chēng)作自由光譜范圍(FSR：FreeSpectralRange)；用FWHM（Fullwidthathalfmaximum）表示傳遞函數(shù)的半高寬；比值FSR/FWHM稱(chēng)作FP濾波器的精細(xì)度(F:Finesse),則（7.12）濾波器的幾個(gè)重要參數(shù)濾波器的幾個(gè)重要參數(shù)濾波器參數(shù)標(biāo)識(shí)法布里-珀羅(FP:Fabry-Perot)濾波器是由兩塊平行放置的高反射率的鏡面形成的腔構(gòu)成的。這種濾波器也叫F-P干涉儀，傳統(tǒng)上用作干涉儀，現(xiàn)在也用在WDM系統(tǒng)中作濾波器。法布里-珀羅濾波器F-P濾波器輸入信號(hào)F-P腔反射同相相加后的輸出信號(hào)法布里-珀羅(FP:Fabry-Perot)濾波器是由兩塊平行放置的高反射率的鏡面形成的腔構(gòu)成的。這種濾波器也叫F-P干涉儀，傳統(tǒng)上用作干涉儀，現(xiàn)在也用在WDM系統(tǒng)中作濾波器。F-Ｐ濾波器的功率傳遞函數(shù)TFP(f)與光的頻率f有關(guān)：（7.10）法布里-珀羅濾波器若用自由空間波長(zhǎng)λ表示，則：這里A表示每個(gè)鏡面的吸取損耗，R為每個(gè)鏡面的反射率(假設(shè)兩個(gè)鏡相同)，光在腔內(nèi)單程傳播的時(shí)延為τ，腔內(nèi)介質(zhì)的折射率為n，腔長(zhǎng)為l,因此τ=nl/c，c為真空中光速。

（7.11）法布里-珀羅濾波器A=0及R=0.75、0.9和0.99時(shí)FP濾波器的功率傳遞函數(shù)反射率R越大，相鄰信道的隔離度就越好。法布里-珀羅濾波器

FP濾波器的兩個(gè)相鄰的通帶之間的頻譜范圍稱(chēng)作自由光譜范圍(FSR：FreeSpectralRange)；用FWHM表示傳遞函數(shù)的半高寬；比值FSR/FWHM稱(chēng)作FP濾波器的精細(xì)度(F:Finesse),則（7.12）F-P濾波器的幾個(gè)重要參數(shù)F-P濾波器的幾個(gè)重要參數(shù)濾波器參數(shù)標(biāo)識(shí)F-P級(jí)聯(lián)濾波器

F-P可調(diào)諧濾波器馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x(MZI:MachZehnderInter-ferometer)運(yùn)用兩條不同長(zhǎng)度的干涉路徑來(lái)確定不同的波長(zhǎng)輸出。MZI通常以集成光波導(dǎo)的形式出現(xiàn)，即用兩個(gè)3dB定向耦合器來(lái)連接兩條不同長(zhǎng)度的光通路，如圖所示。馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x輸入1輸入2路程差，DL輸出1輸出2馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x(MZI)結(jié)構(gòu)圖考慮MZI作為一個(gè)解復(fù)用器的狀況。這時(shí)只有一個(gè)輸入，假設(shè)從輸入端口1輸入，經(jīng)過(guò)第一個(gè)定向耦合器后，功率平均支配到兩臂上，但是在兩臂上的信號(hào)有了π/2的相差，下臂上的信號(hào)比上臂滯后π/2。MZI(DL)輸入1輸入2輸出1輸出2馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x(MZI)方框圖M-Z干涉儀的工作原理同理，在輸出2處，兩信號(hào)總的相位差為+βΔL-=βΔL。在輸入1的所有波長(zhǎng)中，滿足βΔL=kπ(k為奇數(shù))條件的波長(zhǎng)，由輸出1輸出；滿足βΔL=kπ(k為偶數(shù))條件的波長(zhǎng)由輸出2輸出。而β=,n為介質(zhì)折射率，λ為光波長(zhǎng)，通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的解復(fù)用。如果下臂與上臂的長(zhǎng)度差為ΔL，則下臂信號(hào)的相位進(jìn)一步滯后βΔL,β為光在MZI介質(zhì)中的傳輸常數(shù)。在第二個(gè)定向耦合器的輸出1處，來(lái)自下臂的信號(hào)又比來(lái)自上臂的信號(hào)延遲了π/2，因此，在輸出1處，兩信號(hào)總的相位差為:+βΔL+。

M-Z干涉儀的工作原理假如兩臂長(zhǎng)度差為ΔL，只是輸入1輸入，則單個(gè)MZI的功率傳遞函數(shù)為:2sin2LDbT11(f)T12(f)=其中f為光頻率。MZI可用來(lái)作濾波器和波分復(fù)用器/解復(fù)用器。在寬帶濾波方面MZI特殊有用，例如用來(lái)分開(kāi)1.31μm和1.55μm兩個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)。單級(jí)M-Z干涉儀假如將MZI級(jí)聯(lián)就構(gòu)成多級(jí)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x，形成窄帶濾波器。一個(gè)4級(jí)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x如圖所示，其中每個(gè)MZI以及級(jí)聯(lián)后整個(gè)4級(jí)MZI的傳遞函數(shù)曲線如下頁(yè)圖所示。輸入1輸入2輸出1輸出2MZI(DL)MZI(2DL)MZI(3DL)MZI(4DL)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x(MZI)四級(jí)MZI級(jí)聯(lián)M-Z干涉儀MZI單級(jí)及級(jí)聯(lián)后的傳遞函數(shù)光纖光柵是利用光纖材料的光敏性（外界入射光子和纖心內(nèi)鍺離子相互作用引起折射率的永久性變更），在纖心內(nèi)形成空間相位光柵，其作用實(shí)質(zhì)上是在纖心內(nèi)形成一個(gè)窄帶的（透射或反射）濾波器或反射鏡，使得光在其中的傳播行為得以變更和限制。光纖在紫外光照射下產(chǎn)生的光致折射率變更的效應(yīng)，在纖芯上形成周期性的折射率調(diào)制分布，從而對(duì)入射光中相位匹配的頻率產(chǎn)生反射。光纖光柵光纖光柵的歷史1978年由加拿大通訊探討中心(CRC,CanadianResearchCentre)的K.O.Hill.領(lǐng)先報(bào)道了光纖的光敏特性，制造了第一支光纖光柵。1989年G.Melts報(bào)道了從光纖的側(cè)面用激光的干涉曝光制作了光纖光柵，使光纖光柵得到快速發(fā)展。1993年K.O.Hill提出的相位掩模制造法使光纖光柵的制造技術(shù)得到重大發(fā)展，使光纖光柵的大批量制造成為可能。利用某種特殊光纖的光敏特性，就可在光纖中寫(xiě)入光柵。在傳統(tǒng)光纖的SiO2中摻入少量鍺(Ge)后就具有了光敏特性，再由紫外(UV)光照射，就可引起光纖纖芯的折射率變更。若用兩束相干的紫外光照射摻雜后的光纖纖芯，則照射光束的強(qiáng)度將沿著光纖長(zhǎng)度方向周期性地變更，強(qiáng)度高的地方纖芯折射率增加，強(qiáng)度低的地方纖芯折射率幾乎無(wú)任何變更，這樣就在光纖中寫(xiě)入了光柵。也可以運(yùn)用位相模版(phasemask)來(lái)寫(xiě)入光柵。位相模版是一種光衍射元件，當(dāng)用光束照射它時(shí)，它將光束分別成各個(gè)不同的衍射級(jí)，這些衍射級(jí)相互干涉就可將光柵寫(xiě)入光纖。光纖光柵的寫(xiě)入光纖光敏性概念所謂的光敏性，是指材料被外部光照射時(shí)，引起該材料物理或化學(xué)特性的短暫或永久性變更的一種特性。光纖中的光敏性通常是特指光纖纖芯折射率在外部光源照射時(shí)發(fā)生變更的特性。在確定條件下，變更的大小與光強(qiáng)成線性關(guān)系并可保存下來(lái)。在通信中應(yīng)用最廣泛的是纖芯摻鍺光纖。在光纖材料中摻入Ge以后將產(chǎn)生位于195nm、213nm、240nm、281nm、325nm、517nm等多個(gè)附加吸取帶，其中240nm、195nm為強(qiáng)吸取帶光纖光柵的寫(xiě)入裝置光束干涉法制備光纖光柵示意圖光纖光柵的寫(xiě)入裝置相位模板方法制備光纖光柵示意圖光譜測(cè)量示意圖圖光纖光柵可以分為短周期(short-period)光纖光柵和長(zhǎng)周期(long-period)光纖光柵。短周期光纖光柵也稱(chēng)光纖布喇格光柵，其周期可以和光波長(zhǎng)相比較，典型值大約0.5μm；長(zhǎng)周期光纖光柵的周期比光波長(zhǎng)大得多，從幾百微米到幾毫米不等。光纖布喇格光柵(FBG：FiberBraggGrating)是一種反射型光纖光柵，光柵使正向傳輸模(單模光纖中即為基模)同反向傳輸模之間發(fā)生耦合，光柵的波矢應(yīng)等于傳輸模波矢的2倍，也就是說(shuō)，光柵的周期應(yīng)等于傳輸光波在光纖內(nèi)部的波長(zhǎng)的一半，這種光纖光柵只對(duì)在布喇格波長(zhǎng)及其旁邊很窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光發(fā)生反射，而不影響其它波長(zhǎng)的光通過(guò)。光纖光柵按周期的分類(lèi)設(shè)兩列波沿著同一方向傳播，其傳播常數(shù)分別為β0和β1，假如滿足布喇格相位匹配條件：其中Λ為光柵周期，則一個(gè)波的能量可以耦合到另一個(gè)波中去。在反射型濾波器中，我們假設(shè)傳播常數(shù)為β0的光波從左向右傳播，假如滿足條件：則這個(gè)光波的能量可以耦合到沿它的反方向傳播的具有相同波長(zhǎng)的反射光中去。（7.7）（7.8）光纖光柵設(shè)β0=2πneff/λB，其中λB為輸入光的波長(zhǎng)，neff為光纖的有效折射率。則假如λB=2neffΛ，將滿足布拉格條件，光波將發(fā)生反射，這個(gè)波長(zhǎng)λB就稱(chēng)作布喇格波長(zhǎng)。隨著入射光波的波長(zhǎng)偏離布喇格波長(zhǎng)，其反射率就會(huì)降低。假如具有幾個(gè)波長(zhǎng)的光同時(shí)傳輸?shù)焦饫w布喇格光柵上，則只有波長(zhǎng)等于布喇格波長(zhǎng)的光才反射，而其它的光全部透射。Bragg波長(zhǎng)FBG是在光纖纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，通過(guò)光柵前向傳輸?shù)睦w芯模式與后向傳輸?shù)睦w芯模式之間發(fā)生耦合，而使前向傳輸?shù)睦w芯模式的能量傳遞給后向傳輸?shù)睦w芯模式，形成對(duì)入射波的反射。其反射波長(zhǎng)即布拉格波長(zhǎng)為λB=2neffΛ，其中，Λ為光柵周期，neff為纖芯等效折射率。光纖Bragg光柵（概念總結(jié)）光纖Bragg光柵反射及透射特性布喇格波長(zhǎng):λB=2neffΛ光纖光柵原理示意圖變跡光纖光柵接受特殊形式對(duì)光纖Bragg光柵的折射率調(diào)制深度進(jìn)行調(diào)制，可形成變跡光柵，這種光柵具有豐富的譜特性，通過(guò)變更其調(diào)制函數(shù)及其他有關(guān)參數(shù)可依據(jù)須要限制其反射譜形態(tài)。布喇格光柵的反射譜勻整折射率情形變跡折射率情形留意:變跡光柵旁瓣的削減是以主瓣加寬為代價(jià)的。勻整折射率及切趾光柵的反射譜長(zhǎng)周期光纖光柵的工作原理與光纖布喇格光柵略微有些不同。在光纖布喇格光柵中，纖芯中正向傳輸模的能量耦合到反向傳輸模上；而在長(zhǎng)周期光纖光柵中，纖芯中正向傳輸模的能量耦合到包層里的正向傳輸模上，包層模沿著光纖傳輸時(shí)極簡(jiǎn)潔消逝掉，因此相應(yīng)波長(zhǎng)位置的光波被衰減，出現(xiàn)一些損耗峰。設(shè)纖芯中模的傳輸常數(shù)(假定為單模光纖)為β，p階包層模的傳輸常數(shù)為βcp，相位匹配條件為：長(zhǎng)周期光纖光柵（7.9）其中Λ為光柵周期。一般狀況下，兩個(gè)正向傳輸模的傳輸常數(shù)相差很小，為了發(fā)生耦合，通常要求Λ是一個(gè)相當(dāng)大值，一般為幾百微米以上。設(shè)纖芯和p階包層模的有效折射率分別為neff和npeff，由公式β=2πneff/λ可得：當(dāng)波長(zhǎng)滿足λ=Λ(neff-npeff)時(shí)，纖芯模的能量便耦合到包層模上去。因此，假如我們知道了傳輸光的波長(zhǎng)和纖芯、包層模的有效折射率，就可以設(shè)計(jì)合適Λ值的長(zhǎng)周期光柵來(lái)滿足各種須要。長(zhǎng)周期光纖光柵長(zhǎng)周期光纖光柵的透射譜，特殊適合用作帶阻濾波器.設(shè)纖芯和p階包層模的有效折射率分別為neff和npeff，由公式β=2πneff/λ可得：當(dāng)波長(zhǎng)滿足λ=Λ(neff-npeff)時(shí)，纖芯模的能量便耦合到包層模上去。因此，假如我們知道了傳輸光的波長(zhǎng)和纖芯、包層模的有效折射率，就可以設(shè)計(jì)合適Λ值的長(zhǎng)周期光柵來(lái)滿足各種須要。長(zhǎng)周期光纖光柵長(zhǎng)周期光纖光柵的透射譜，特殊適合用作帶阻濾波器.啁啾光纖光柵啁啾光纖光柵的周期不是常數(shù)而是沿軸向單調(diào)變更的,是一個(gè)非周期的光柵間距，可變更軸向的光柵周期Λ或光纖纖芯折射率或同時(shí)變更兩者獲得。啁啾光柵的譜分布由于不同的柵格周期對(duì)應(yīng)于不同的反射波長(zhǎng)，啁啾光柵能夠形成很寬的反射帶。超結(jié)構(gòu)光纖光柵又稱(chēng)取樣光柵，折射率調(diào)制是周期性間斷的，相當(dāng)于在光纖Bragg光柵或啁啾光纖光柵的折射率調(diào)制上又加一個(gè)調(diào)制函數(shù)超結(jié)構(gòu)光纖光柵寫(xiě)入和應(yīng)用R.Kashyap寫(xiě)入方法接受相移相位掩模近場(chǎng)衍射法。B.J.Eggleton等人利用振幅掩模與相位掩模聯(lián)合運(yùn)用的方法也可精確地寫(xiě)入超結(jié)構(gòu)光纖光柵。應(yīng)用：超結(jié)構(gòu)勻整光柵在梳狀濾波器以及多波長(zhǎng)激光器在波分復(fù)用通信系統(tǒng)中的色散補(bǔ)償；相移光纖光柵是指在光纖Bragg光柵的某些點(diǎn)，通過(guò)一些方法破壞其周期的連續(xù)性而得到的，每個(gè)不連續(xù)連接都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相移。相移光纖光柵的透射譜其主要特點(diǎn)是在Bragg反射帶中打開(kāi)透射窗口，使波長(zhǎng)具有更高的選擇性，通過(guò)選擇合適的相移點(diǎn)位置和相移量，能夠限制透射窗口的位置。光纖光柵的波長(zhǎng)調(diào)諧電磁調(diào)諧,舉例：如運(yùn)用103mT磁場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)1.1nm的調(diào)諧熱調(diào)諧，Bragg波長(zhǎng)的溫度靈敏度為1.1X10-2nm/℃機(jī)械調(diào)諧，應(yīng)力等光纖光柵(FiberGrating)是一種特殊有吸引力的全光纖器件，其用途特殊廣泛，可用作光濾波器、光分插復(fù)用器和色散補(bǔ)償器等。其主要優(yōu)點(diǎn)有：光纖光柵的應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)插入損耗小易于與光纖耦合對(duì)偏振不敏感封裝簡(jiǎn)潔成本較低等光纖光柵在光通信中的應(yīng)用

波分復(fù)用與解復(fù)用WDMMux/DemuxEDFA的增益平坦與線路色散補(bǔ)償WDMAmplifiers信號(hào)上下載復(fù)用與解復(fù)用WDMSwitchingWDMTransmitters光源中的波長(zhǎng)鎖定光纖光柵在OADM中的應(yīng)用上圖是基于光纖光柵的光分插復(fù)用器，由兩個(gè)三端口光環(huán)行器和N個(gè)光纖布喇格光柵構(gòu)成，由光柵反射回來(lái)的波長(zhǎng)λi從環(huán)行器1的端口3取出進(jìn)行下載，余下的波長(zhǎng)接著前行。從環(huán)形器2的1端口上載信號(hào)，經(jīng)光柵反射波長(zhǎng)λi通過(guò)環(huán)形器3端口輸出，接著傳輸。光調(diào)制器調(diào)制器概述電光調(diào)制器聲光調(diào)制器激光是一種頻率很高（1013~1015Hz)的電磁波，具有很好相干性，因而象以往電磁波（如微波等）一樣可以用來(lái)作為傳遞信息的載波。這種將信息加載于激光的過(guò)程稱(chēng)之為調(diào)制。完成這一過(guò)程的裝置稱(chēng)為調(diào)制器。其中激光稱(chēng)為載波；起限制作用的低頻信息稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)。解調(diào)：調(diào)制的反過(guò)程，即把調(diào)制信號(hào)還原成原來(lái)的信息。調(diào)制、解調(diào)的基本概念激光光波的電場(chǎng)強(qiáng)度是：因激光具有振幅、頻率、相位、強(qiáng)度等參量，如使其中某一參量按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變更，則激光受到信號(hào)的調(diào)制，達(dá)到運(yùn)載信息的目的。激光調(diào)制按其調(diào)制的性質(zhì)可以分為調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相及強(qiáng)度調(diào)制等。調(diào)制的分類(lèi)其中：，角頻率，相位。按調(diào)制器的工作原理，可分為電光調(diào)制、聲光調(diào)制、磁光調(diào)制等。強(qiáng)度調(diào)制是光載波的強(qiáng)度(光強(qiáng))隨調(diào)制信號(hào)規(guī)律而變更的激光振蕩。激光調(diào)制通常多接受強(qiáng)度調(diào)制形式，這是因?yàn)榻邮掌?探測(cè)器)一般都是干脆地響應(yīng)其所接收的光強(qiáng)度變更的緣由。強(qiáng)度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制（例）調(diào)制器可以用電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)或聲光效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。最常見(jiàn)的調(diào)制器是利用具有強(qiáng)電光效應(yīng)的鈮酸鋰(LiNbO3)晶體制成的。這種晶體的折射率n和外加電場(chǎng)E的關(guān)系為n=n0+αE+βE2式中，n0為E=0時(shí)晶體的折射率。α和β是張量，稱(chēng)為電光系數(shù)。依據(jù)不同取向，當(dāng)β=0時(shí)，n隨E按比例變更，稱(chēng)為線性電光效應(yīng)或普克爾(Pockel)效應(yīng)。當(dāng)α=0時(shí)，n隨E2按比例變更，稱(chēng)為二次電光效應(yīng)或克爾(Kerr)效應(yīng)。調(diào)制器是利用線性電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檎凵渎蕁隨外加電場(chǎng)E(電壓U)而變更，從而變更了入射光的相位和輸出光功率。電光調(diào)制器電光調(diào)制的物理基礎(chǔ)是電光效應(yīng)，即某些晶體在外加電場(chǎng)的作用下，其折射率將發(fā)生變更，當(dāng)光波通過(guò)此介質(zhì)時(shí)，其傳輸特性諸如相位、功率就會(huì)受到影響而變更。電光調(diào)制器將出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)相比得：

Vπ和Vλ/2是一回事。其中的T稱(chēng)為調(diào)制器的透過(guò)率。依據(jù)上述關(guān)系可以畫(huà)出光強(qiáng)調(diào)制特性曲線。由圖可見(jiàn)，在一般狀況下,調(diào)制器的輸出特性與外加電壓的關(guān)系是非線性的。強(qiáng)度調(diào)制特性曲線電光調(diào)制特性曲線若調(diào)制器工作在非線性部分,則調(diào)制光將發(fā)生畸變。為了獲得線性調(diào)制，可以通過(guò)引入一個(gè)固定的／2相位延遲，使調(diào)制器的電壓偏置在T＝50％的工作點(diǎn)上。依據(jù)調(diào)制器和激光器的相對(duì)關(guān)系，可以分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制：內(nèi)調(diào)制：是指加載調(diào)制信號(hào)是在激光振蕩過(guò)程中進(jìn)行的，即以調(diào)制信號(hào)去變更激光器的振蕩參數(shù)，從而變更激光輸出特性以實(shí)現(xiàn)調(diào)制。外調(diào)制：是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置調(diào)制器，當(dāng)激光通過(guò)調(diào)制器時(shí)，就會(huì)使光波的某參量受到調(diào)制。外調(diào)制便利，且比內(nèi)調(diào)的調(diào)制速率高（約一個(gè)數(shù)量級(jí)），調(diào)制帶寬要寬得多，故倍受重視。調(diào)制方式外調(diào)制：通過(guò)光調(diào)制器，將攜帶信息的電信號(hào)與輸入光調(diào)制器的連續(xù)光載波相作用。外調(diào)制方式外調(diào)制方式（例）馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x型調(diào)制器MZ干涉型調(diào)制器上圖是馬赫-曾德?tīng)?MZ)干涉型調(diào)制器的簡(jiǎn)圖。在LiNbO3晶體襯底上，制作兩條光程相同的單模光波導(dǎo)，其中一條波導(dǎo)的兩側(cè)施加可變電壓。設(shè)輸入調(diào)制信號(hào)按余弦變更，則輸出信號(hào)的光功率式中Us和Ub分別為信號(hào)電壓和偏置電壓，Uπ為光功率變更半個(gè)周期(相位為0~π)所需的外加電壓，并稱(chēng)為半波電壓。由公式可以看到，當(dāng)Us+Ub=0時(shí)，P=2為最大；當(dāng)Us+Ub=Uπ時(shí)，P=0。MZ干涉型調(diào)制器聲光調(diào)制器聲光調(diào)制器由聲光介質(zhì)和壓電換能器構(gòu)成。當(dāng)驅(qū)動(dòng)源的某種特定載波頻率驅(qū)動(dòng)換