北大光纤通信课件元器件研究报告.ppt

8、元器件 6月11日~6月24日一、光纤光栅（3-p281-9）
光纤光栅的折射率沿长度方向呈现周期性变化，导致光波沿光纤传输时相位变化，分为光纤布拉格光栅（FBG）和长周期光栅（LPG）两类。
如果输入光纤的光波长和折射率的周期性之间满足一定的条件，则输入光将被反射。这个条件就是“布拉格”条件。
如果输入光的波长为1.5m，平均折射率为1.5，则光栅的周期约为0.5m。就工作原理而言，光纤光栅与DFB激光器中的分布反馈腔相同。光纤光栅的光谱特征

I型，IIA型光栅-反射/透射谱互补 II型光栅-反射/透射谱无关光纤光栅的制作技术……

光敏性：光纤特性参数对光能量的敏感程度决定了光纤光栅的制作条件，也影响到光纤光栅的使用寿命。
一般说来，光纤光栅应当对特定的波长比较敏感，以便写入光栅；同时，光纤光栅应当对自然界中普遍存在的光谱成分以及工作波段的光不敏感，以便延长使用寿命。

光纤的光敏性可以通过掺杂方法来改变或调整。但是，光纤光敏性的物理起因和微观机理目前还不十分清楚，仍然是重要的研究课题。从1993年开始采用相位掩模（phasemask）技术（类似制作IC的照相平板印刷法，将与光栅对应的周期相位模版传递到光纤中），提高了生产效率，降低了成本，并且可用这种方法制作周期渐变的啁啾光纤光栅。

1995年光纤光栅实现商品化，

光纤光栅主要优点是：与传输光纤相容性好（具有与传输光纤相同的几何尺寸），插入损耗低、消光比高；频谱特性丰富，谱线尖锐，可将器件色散的影响降至最低。

光纤光栅作为色散补偿元件的缺点是：窄带器件，光栅长度与所补偿的带宽成正比；光栅的色散特性有轻微的相位畸变（相位与波长的关系不是直线，有波动），因而限制了色散补偿光纤光栅在DWDM系统上的商业应用。光栅的主要特性参数：

1、一级光栅的光栅的失谐量

描述光信号工作波长与光栅周期的差。B是一级光栅的布拉格波数。

2、一级光栅的正向、反向波耦合系数

描述正向波被反射了多少。

对于横向均匀光栅正向、反向波耦合系数为常数
耦合模方程的严格解无法得到，必须针对具体情况做简化、近似才可求解。光纤光栅的基本特点
光纤光栅可以视为带阻滤波器，其传递函数特性包括幅度和相位，与电路理论中的概念完全相同。

布拉格光纤光栅（FBG）：即折射率n(z)沿光纤轴线的变化与光信号波长的关系符合布拉格条件

长周期光纤光栅（LPG）：即折射率n(z)沿光纤轴线的变化率很小，可以视为传输系统结构参数的扰动，这时传输系统成为非均匀传输系统，非均匀传输系统中的各模式之间将产生能量耦合，因此传输模式所携带的能量将减小。
3-p307图1.20(b)显示，长周期光栅对输入信号有限幅效应，因此有可能用于对光脉冲进行限幅整形。但是，由于在长周期光栅产生限幅效应需要的光能量密度很大，目前还不能应用于光纤通信系统中。对数字脉冲信号进行整形的基本法方之一就是将信号放大后再限幅。现在，光放大已经不成问题，因此研制出光的限幅器件将是全光信号处理技术的重大进步。
应当注意，信号的衰减是线性变换，信号的限幅是非线性变换。因此，限幅器件一定要利用非线性效应。非均匀周期光栅：光栅的失谐量()或正向、反向波耦合系数中的一个或两与坐标z有关。

啁啾光栅……
折射率变化的周期是非均匀的
色散补偿，脉冲压缩非均匀周期光纤光栅：
光栅的失谐量()或正向、反向波耦合系数中的一个或两个与传输方向的坐标z有关。

取样光栅……
DFB激光器的有源区内有取样光栅，用它形成分布反馈谐振腔。光子晶体光纤：PCF（photoniccrystalfiber）是在石英光纤中沿长度方向（纵向）上规则地排列空气孔，从光纤的端面看，存在周期性的二维光子晶体结构。光纤的中心有缺陷态，光可以沿着空心或缺陷态传输。
纵向均匀，横向周期性结构。相对于普通光纤，光子晶体光纤具有特殊的色散特性和非线性特性。（3-p310图1.24）光子晶体光纤：可以具有以下特点：
1）低传输损耗，目标0.05dB/km，现在1.72dB/km；
2）在很宽的频率范围内支持单模传输，通过合理的设计可以支持任何波长光波的单模传输；
3）光子晶体光纤的纤芯面积可能大于传统光纤纤芯面积的10倍左右，这样就可在不出现非线性的前提下，允许较高的入射光功率；
4）可灵活地设计色散和色散斜率，提供宽带色散补偿，可以把零色散波长的位置移到1.0m以下。光子晶体可以制作全新原理的高性能光学器件，在光通信领域也可能有重要应用，被认为是新一代的光电子材料。
5）综合利用光子晶体的各种性能，可以制作全反射镜、无阈值激光器、光波导、光偏振器、光开关、光放大器、光聚焦器，等等。

目前关于光子晶体的研究，还处在实验室制作阶段以及理论分析阶段，离实用有一定的距离，主要障碍是