5第二讲-典型的光器件-光纤光栅解说.pptVIP

机械调谐法——悬臂梁调节法 通过改变悬臂梁的形状，可以实现各种方式的调谐。 调节时，需将光栅刚性粘贴于悬臂梁的表面 磁调谐 将FBG固定在磁致伸缩棒上，连同该棒置于磁场中，棒将磁力转化为应力作用于光栅上 FBG 光纤光栅的调谐技术 热调谐 选用具有较大热膨胀系数的材料作为驱动元件，通过加热来调节埋在其中的光栅的波长 借助其他材料，光栅的温度调谐量可达0.15nm/ oC以上 二 阵列波导光栅（AWG） AWG：Arrayed Waveguide Gratings 也被称作Waveguide Grating Routers AWG由两个多端口耦合器和连接它们的阵列波导构成。 AWG可用作N×1波分复用器和1×N波分解复用器及N×N型的波长路由器等 ，是互易性的 特点：通道数多，插入损耗低，通带平坦，容易集成在一块衬底上 工作原理——罗兰圆与凹面光栅 凹面光栅的曲率半径为R=2r，罗兰圆的半径为r，二者内切且罗兰圆通过光栅中心。 通过光路分析及近似可得，罗兰圆上任一点发出的光，经凹面光栅衍射之后仍聚焦在罗兰圆上，不同衍射级次对应不同衍射角 工作原理 阵列波导所起作用与凹面光栅一致，但为透射式光栅 AWG的输入输出星型耦合器采用类似凹面反射式光栅和罗兰圆的结构，输入/输出平板波导的端口位于罗兰圆的圆周上，阵列波导的端口位于凹面光栅的圆周上。 阵列波导区域相邻波导间的长度差是固定的，记为ΔL 工作原理 传统 传统的衍射光栅的光栅方程为， 其中m为主极大的级次， 为光程差 AWG满足的光栅方程为， d为阵列波导的周期 m为AWG工作的衍射级数 对于由中心信道波导输入并由中心信道波导输出的中心波长满足 通过对 的设定可以决定衍射级数，一般较大的m可以产生较高的分辨率 相邻阵列波导的长度差 为光在输入输出平板波导上的衍射角，i、j为输入输出波导的序列号(中心波导记为0) 阵列波导折射率 平板波导折射率 AWG的应用 复用和解复用 上下话路(OADM) AWG AWG AWG 并入串出，串入并出 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 阵列波导间相邻波导都有固定的长度差，这种结构将使阵列波导中传输的复用光信号产生与波长相关的不同相位差，所以相当于衍射光栅的作用。 * AWG的每一个路径均有周期性的通道频率，其间距可以视为FSR，它限制能够分离的波长范围，衍射级数越大，FSR越小，可用的带宽范围越小，但分辨率越高。 * L=100mm, dn=0.0001 P=1068.9nm dn=0.004 均匀光纤光栅的反射与透射特性 均匀光纤光栅的反射谱实验图 均匀光纤光栅的反射谱仿真图 折射率调制比较深的情况 均匀光纤光栅的时延特性 --透射率 —时延 时延/ps 波长/nm (a) 透射率/dB 时 延/ps 波长/nm --透射率 —时延 (b) 均匀光栅时延的理论计算图 实验写入的时延特性 无解析解 一般用数值法或半解析法解 例如：传输矩阵法（分段均匀的思想） l3 l2 l1 接缝 接缝 3.2非均匀光纤光栅（Non-uniform FBG） 光栅分为M段，每段的传输因子为Ri和Si 初始条件：（光栅输出端）R0=R(L/2)=1，S0=S(L/2)=0; R(-L/2)=RM,S(-L/2)=SM, 第i段的传输矩阵定义为： 在第i段内定义正向传输Ri和反向传输Si为传输经过第i段后场的幅度 传输矩阵法分析非均匀光栅 1 N i …… …… -L/2 L/2 M为总的分段数，满足 利用传输矩阵法可以分析啁啾光栅，取样光栅，切趾光栅等多种非均匀的光纤光栅 啁啾光纤光栅的反射谱和时延特性 时延/ps 波长/nm 反射率/% --反射率 —时延 波长/nm 时延/ps 反射率/dB 仿真计算获得的啁啾光栅反射谱和时延特性 实验测得的啁啾光栅反射谱和时延特性 啁啾光纤光栅反射谱和时延纹波的形成机理 光栅两端的折射率突变可以被看作两个宽带反射镜，当光入射到光栅时，光栅入射端的折射率突变和光栅中的各个布拉格反射点之间会形成一个个Fabry-Perot腔，从而使出射光的时延呈现出振荡的纹波。 切趾啁啾光纤光栅的反射谱和时延特性 时延/ps 波长/nm 反射率/% --反射率 —时延 波长/nm 时延/ps 反射率/dB 未切趾时啁啾光栅的折射率调制以及反射谱和时延特性 切趾后啁啾光栅的折射率调制以及反射谱和时延特性 折射率调制 折射率调制 切趾的主要作用是减小光栅两侧的折射率突变，进而减小由此引起的较大的反射谱以及时延特性上的纹波 强度取样光栅的反射谱特性 折射率调制 在