光波导的横向耦合和耦合器课件.pptVIP

1-*CopyrightWangYan光波導的橫向耦合和耦合器23412×2定向耦合器DirectionalCouplersY型分支Y—Coupler1：輸入端；3、4：輸出；2：理想情況下2端無輸出A作用：將光信號進行分路與和路，定向耦合可以監測光纖中的光功率B原理：橫向耦合（通過漸消場相互作用）2025-5-23Opticalfibercommunications二、2×2定向耦合器（Directionalcouplers－Definitions）分束比（SplittingRatio）：通過損耗（Throughputloss）：插入損耗（excessloss）：搭線損耗（Torploss）：2025-5-23OpticalfibercommunicationsTap:搭成竊聽電話方向性（Directionality）隔離度（Isolation）2025-5-23Opticalfibercommunications二、耦合方程（平行）A:思路：分折兩波導中波的耦合作用，應把兩平行波導看作另一統一的體系。來求解這一整體機構中的場，而後分折其耦合物性，由於邊界條件複雜，這樣做是很困難的。弱耦合理論：在弱耦合情況下，可採用微繞法來使分折簡化，相應的理論稱為耦合摸理論，是傳輸理論的重要組成部分。思想是：相耦合的兩波導中的場，各保持了該波導獨立存在時的場分佈和傳輸係數，偶合的小、影響表現在場的複數振幅的沿途變化。。2025-5-23OpticalfibercommunicationsB、設兩波導中的複數振幅a1(z),a2(z).由於偶合作用，他們沿途變化。其變化規律可用兩獨立的一階微分方程組表示：失配位相常數，k12,k21兩波導的偶合係數，決定於耦合波導的係數也與波長有關。2025-5-23Opticalfibercommunications對間距為d的兩相同光纖：u,w歸一化徑向相位常數和複位常數K0,k1:0階和１階修正的BesselFuretion當兩波導完全相同時，為實數2025-5-23OpticalfibercommunicationsC、有效耦合條件相位匹配條件D、方程的解：方程：解：初始條件：z=0,a1(0),a2(0)2025-5-23Opticalfibercommunications耦合波的傳輸矩陣2025-5-23Opticalfibercommunications若：A、兩波導中傳輸功率的變化規律是能量在兩波導中週期性的轉換。B、在波導中，光功率從P2(0)=0到z=L0處最大。此時，P1(L0)=0,即光功率全部耦合進第二波導，，轉換長度，取不同的長度，即可改變兩耦合波導的輸出功率比，這就是定向耦合器的基本原理。2025-5-23OpticalfibercommunicationsAsymmetricDirectionalcouplersAfinitedifferenceinpropagationconstantbetweenthetwomodesleadstolessthanperfectpowerexchange.SymmetricDirectionalcouplersInthesymmetriccasethepowercouplingcomplete.2025-5-23OpticalfibercommunicationsProblemSymmetricDirectionalCouplera)參考一對定向耦合器，當工作波長為1.55μm時，耦合係數為k=10cm-1,耦合區域的有效折射率為neff=1.5,選擇合適的耦合波長，使得該耦合器的搭線功率為10%，（ie如果在Input1有非0功率輸入那麼teouput2有10%的功率輸出，output1有90%的輸出）（工作波長為1.55μm）請問使得搭線功率為10%的最短耦合長度是多少？假定Input1的輸入功率為P0,對稱定向耦合器Poweratoutput1:P0cos2kl=0.9PaPoweratoutput1:P0sin2kl=0.1Pacos2kl=0.9kl=0.3218OrL=0.03218cm=321.8μm2025-5-23