《光纤通信-第三节-光波导的横向耦合和耦合器解析课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光纤通信-第三节-光波导的横向耦合和耦合器解析课件.ppt（14页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、2023/3/26,Optical fiber communications,第三节 光波导的横向耦合和耦合器,2,3,4,1,22定向耦合器Directional Couplers,Y型分支 YCoupler,1：输入端；3、4：输出；2：理想情况下2端无输出,A作用：将光信号进行分路与和路，定向耦合可以 监测光纤中的光功率B原理：横向耦合（通过渐消场相互作用）,2023/3/26,Optical fiber communications,二、22定向耦合器（Directional couplersDefinitions）分束比（Splitting Ratio）：通过损耗（Through p
2、ut loss）：插入损耗（excess loss）：搭线损耗（Torp loss）：,2023/3/26,Optical fiber communications,Tap:搭成窃听电话方向性（Directionality）隔离度（Isolation）,2023/3/26,Optical fiber communications,二、耦合方程,（平行）,A:思路：分折两波导中波的耦合作用，应把两平行波导看作另一统一的体系。来求解这一整体机构中的场，而后分折其耦合物性，由于边界条件复杂，这样做是很困难的。弱耦合理论：在弱耦合情况下，可采用微绕法来使分折简化，相应的理论称为耦合摸理论，是传输理论的
3、重要组成部分。思想是：相耦合的两波导中的场，各保持了该波导独立存在时的场分布和传输系数，偶合的小、影响表现在场的复数振幅的沿途变化。,2023/3/26,Optical fiber communications,B、设两波导中的复数振幅a1(z),a2(z).由于偶合作用，他们沿途变化。其变化规律可用两独立的一阶微分方程组表示：,失配位相常数，,k12,k21两波导的偶合系数，决定于耦合波导的系数也与波长有关。,2023/3/26,Optical fiber communications,对间距为d的两相同光纤：u,w归一化径向相位常数和复位常数K0,k1:0阶和阶修正的Bessel Fure
4、tion,当两波导完全相同时，为实数,2023/3/26,Optical fiber communications,C、有效耦合条件,相位匹配条件D、方程的解：方程：,解：,初始条件：z=0,a1(0),a2(0),2023/3/26,Optical fiber communications,耦合波的传输矩阵,2023/3/26,Optical fiber communications,若：,A、两波导中传输功率的变化规律是能量在两波导中周期性的转换。B、在波导中，光功率从P2(0)=0到z=L0处最大。此时，P1(L0)=0,即光功率全部耦合进第二波导，转换长度，取不同的长度，即可改变两耦合
5、波导的输出功率比，这就是定向耦合器的基本原理。,2023/3/26,Optical fiber communications,A symmetric Directional couplersA finite difference in propagation constant between the two modes leads to less than perfect power exchange.,Symmetric Directional couplersIn the symmetric case the power coupling complete.,2023/3/26,Optic
6、al fiber communications,Problem Symmetric Directional Coupler,a)参考一对定向耦合器，当工作波长为1.55m时，耦合系数为k=10cm-1,耦合区域的有效折射率为 neff=1.5,选择合适的耦合波长，使得该耦合器的搭线功率为10%，（ie如果在Input1有非0功率输入那么teouput2有10%的功率输出，output1有90%的输出）（工作波长为1.55 m）请问使得搭线功率为10%的最短耦合长度是多少？假定Input1的输入功率为P0,对称定向耦合器Power at output1:P0cos2kl=0.9PaPower a
7、t output1:P0sin2kl=0.1Pacos2kl=0.9 kl=0.3218Or L=0.03218cm=321.8 m,2023/3/26,Optical fiber communications,b)在a)中若从只有Input2输入功率，那么，输出功率如何分配。Due to the symmetry 10%of the power goes to output1 and 90%goes output 2.c)考虑一对称的单模拨导，若只有Input1 输入，那么Output1输出25%，Output2输出75%。,2023/3/26,Optical fiber communications,当Input1和Input2同时有能量输入，两光场频率相同，位相不同。Output1和Output2的输出功率比值范围是很大的。,波导没有损失和反射，即输入波导的功率等于输出波导的功率。Pin1+P1n2=Pout1+Pout2,2023/3/26,Optical fiber communications,Pout1:Pout2:Pout1+Pout2=0.75 P1+0.25P2+2+0.25 P1+0.75P2+2=P1+P2,
