【正文】 動(dòng)態(tài)布拉格光柵工作 。消光比是指開(kāi)關(guān) on 和 off 時(shí)輸出功率之比（常用 dB 表示），阻塞性質(zhì)是指任一輸入端的信號(hào)能否在任意時(shí)刻接通到任意輸出端的性質(zhì)。機(jī)械開(kāi)關(guān)的通斷消光比大約為 4050 dB。 圖 三種機(jī)械光開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu) 機(jī)械型光開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是插入損耗低（小于1dB）， 隔離度高（大于 45dB），與波長(zhǎng)和偏振無(wú)光，制作技術(shù)成熟?；阽R面的二維 MEMS 器件是一種受靜電控制的二維微鏡面陣列組成，安裝在機(jī)械底座上，準(zhǔn)直光束和旋轉(zhuǎn)微鏡構(gòu)成多端口光開(kāi)關(guān)矩陣，其原理如圖 。由于 MEMS 光開(kāi)關(guān)是靠鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)交換功能，所以任何機(jī)械摩擦、磨損或震動(dòng)都可能損傷光開(kāi)關(guān)。 圖 MZI型熱光開(kāi)關(guān) MZI干涉儀型熱光開(kāi)關(guān)的主導(dǎo)思想是利用光相位特性。當(dāng)電功率被加載到其中一個(gè)分支上的加熱器時(shí)，加熱器下面的波導(dǎo)溫度升高，折射率減小，從而阻止光沿著該分支傳輸，同時(shí)光功率轉(zhuǎn)向另一側(cè)分支。三維結(jié)構(gòu)主要靠?jī)蓚€(gè)微鏡陣列完成兩個(gè)光纖陣列的光波空間連接，每個(gè)微鏡能向任何方向轉(zhuǎn)動(dòng)，都有多個(gè)可能的位置，輸入光線(xiàn)到達(dá)第一個(gè)陣列鏡面上后，被反射到第二個(gè)陣列的預(yù)制鏡面上，然后再被反射到輸出端口。 MEMS有低損耗、低串?dāng)_、低偏振敏感性、高消光比、體積小、易于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)。 ? 機(jī)械光開(kāi)關(guān) 根據(jù)工作原理的區(qū)別，機(jī)械光開(kāi)關(guān)可以分為移動(dòng)光纖、移動(dòng)套管、移動(dòng)準(zhǔn)直器、移動(dòng)反光鏡、移動(dòng)棱鏡和移動(dòng)耦合器等多種類(lèi)型。 （ 2）通斷消光比 通斷消光比是指光開(kāi)關(guān)處于通（開(kāi)）狀態(tài)時(shí)輸出的光功率和處于斷（關(guān)）狀態(tài)時(shí)的輸出光功率之比。 聲光可調(diào)諧濾波器的功率轉(zhuǎn)換與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線(xiàn) Ｌ 為聲光相互作用長(zhǎng)度，可以證明， T(?)的半峰值全寬（ FWHM）即濾波器的通帶B≈?，雖然 Ｌ 越長(zhǎng)帶寬越窄，但另一方面， L 越長(zhǎng)，調(diào)諧速度越慢，因?yàn)樗陕暡ㄔ?AOTF中的傳播時(shí)間決定，相互作用長(zhǎng)度越長(zhǎng)，時(shí)間越長(zhǎng)。 作為例子 ， TE波沿上圖的上臂移動(dòng) ， 而 TM波沿下臂傳播 。 對(duì)于 LiNbO3晶體 ， nTE、nTM模折射率的差為 ?n=， 因而布拉格方程為 ?=Λ(?n) 因 ?n=，選擇中心波長(zhǎng) ?= μm， 則由布拉格方程知， ?=22 μm，聲波在LiNbO3中的速度約為 km/s，則相應(yīng)的電驅(qū)動(dòng) RF頻率為 170 MHz。梳妝濾波器一般是利用高階光學(xué)干涉途徑實(shí)現(xiàn)，可以利用麥克尓遜干涉原理、 FP干涉原理、 MZ干涉原理等制成，可以是光纖型的，也可以是晶體型的。作為WDM器件，它的插損較小，但串?dāng)_不容易達(dá)到最小。 圖 平面波導(dǎo)的羅蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)（ R為羅蘭圓半徑） 另外 ， 陣列波導(dǎo)的數(shù)量要足夠多 ， 以充分接收平面波導(dǎo)區(qū)的衍射光功率 ， 這樣陣列波導(dǎo)和兩個(gè)平面波導(dǎo)區(qū)就構(gòu)成了 1:1的光學(xué)成像系統(tǒng) 。它是由出入波導(dǎo)，兩個(gè)平面耦合波導(dǎo)，陣列波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)構(gòu)成的。 圖 基本的干涉膜濾波器型解復(fù)用器件的結(jié)構(gòu) 圖 安裝在透鏡軸上的波分復(fù)用器件 從自聚焦透鏡的成像性質(zhì)，我們不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)光纖離開(kāi)自聚焦棒的軸線(xiàn)安裝時(shí)，經(jīng)四分之一節(jié)距的 GRIN透鏡準(zhǔn)直后的平行光和透鏡軸線(xiàn)成一定角度，即準(zhǔn)直后的光斜入射到濾光片上。 圖 光柵型解復(fù)用器的三種結(jié)構(gòu) 當(dāng)入射光被準(zhǔn)直成平行光后照射到光柵上，被光柵的周期性槽溝衍射，向各個(gè)方向傳播，在成像平面上，來(lái)自各個(gè)槽溝的同波長(zhǎng)光干涉疊加形成具有最大和最小強(qiáng)度變化的干涉條紋，主最大強(qiáng)度的方向可以由下式給出： （ 639） 取 k = 1，對(duì)波長(zhǎng) ?i，可以得到 （ 640） si n , 1 , 2 , 3 ,d k k????s in ii d?? ? 上式說(shuō)明各個(gè)波長(zhǎng)在一個(gè)確定的角度上有它的主最大，即不同波長(zhǎng)的主最大相互分開(kāi)一個(gè)角度，這就是光柵能夠?qū)⒍嗖ㄩL(zhǎng)信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用的原因。 WDM系統(tǒng)要求相鄰信道隔離度大于 25dB，非相鄰信道的隔離度大于 22dB。由式（ 636）、（ 637）可知，光柵的角色散本領(lǐng)與光柵常數(shù) d 成反比，與 k 成正比；光柵的色分辨本領(lǐng)與光柵的總槽數(shù) N 和 k 成正比。 ( s i n s i n )i n dkb? ? ??? 光柵的形狀與衍射角度沒(méi)有關(guān)系，但與各級(jí)衍射光束的相對(duì)強(qiáng)度有關(guān)。中間介質(zhì)的折射率是 n，兩邊介質(zhì)的折射率是 n180。 圖 自聚焦透鏡中光線(xiàn)的軌跡 在自聚焦透鏡中，近軸光線(xiàn)的軌跡 r(z)及其導(dǎo)數(shù)為 （ 627） （ 628） （ 629） 其中， r0是入社端面（ z=0）上射線(xiàn)的徑向位置； r0180。 ，是原來(lái)的垂直偏振光變?yōu)樗狡窆?，反之亦然? 光環(huán)行器可以設(shè)計(jì)成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，如圖（ b）所示，最后一個(gè)端口輸入的光傳輸?shù)降谝粋€(gè)端口輸出，但在很多應(yīng)用中光不需要循環(huán)回去而將光環(huán)行器設(shè)計(jì)成非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，如圖 （ a）所示。 ，總共 90186。（ 沿光傳輸?shù)姆较蚩矗叵喾捶较騻鬏數(shù)墓廨x旋轉(zhuǎn)同樣的角度（沿光傳輸方向看是向左旋轉(zhuǎn)）。若輸入光中含有垂直偏振和水平偏振分量，它們?cè)陔p折射材料中被分開(kāi)，傳輸時(shí)將產(chǎn)生相位差。 它由調(diào)諧激光器 、 光電二極管平衡器件和濾波器等構(gòu)成 ， 下圖給出了其原理框圖 。兩束光回到耦合器時(shí)有相同的功率電平，但由于折射率被光強(qiáng)的非線(xiàn)性調(diào)制效應(yīng)，兩束光具有不同的相位差，出現(xiàn)與圖 。 圖 （ b）給出透射率隨光頻率變化的曲線(xiàn)，可以看出它的濾波效應(yīng)。這種被展寬的光信號(hào)進(jìn)入啁啾光柵后，不同波長(zhǎng)的信號(hào)在與光柵周期對(duì)應(yīng)的位置被反射，即短波長(zhǎng)的信號(hào)在光柵的末端才被反射，長(zhǎng)波長(zhǎng)的信號(hào)在脈沖的起始端就被反射，于是就補(bǔ)償了群速度色散效應(yīng)，使脈沖寬度被壓縮甚至還原。 e f f=2B n? ? 圖 的一個(gè)示例。 1次衍射光 ， 兩光疊加于光纖芯部并形成干涉條紋 。 圖 擠壓型偏振控制器 ? 光纖光柵 ? 1． 光纖光柵的結(jié)構(gòu) 光纖光柵由一段折射率沿其長(zhǎng)度周期性變化的光纖構(gòu)成。 （ a） （ b） 圖 波導(dǎo)耦合器的結(jié)構(gòu) 可以采用多個(gè) 3dB耦合器連接的方式設(shè)計(jì)多端口星形波導(dǎo)耦合器，圖 8?8和 1?8波導(dǎo)耦合器的結(jié)構(gòu)圖。附加損耗定量給出了實(shí)際情況和理想狀態(tài)的差別，因此附加損耗應(yīng)盡可能小。 利用式（ 65）、（ 66）給出的關(guān)系，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)將耦合器結(jié)構(gòu)用于兩路波分解復(fù)用。 圖 常用的制造光耦合器的方法有研磨拋光法、熔融拉錐法和平面波導(dǎo)法。 拋光方法的提高使得制造商可以將 PC連接器的回波損耗從幾年前的 40 dB減小到如今的 55 dB， 同時(shí) ， 也將平均插入損耗限制在可接受的 dB以?xún)?nèi) 。 插入損耗是由制造商以如下的兩個(gè)數(shù)值提供的：平均值和最大值。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是由于準(zhǔn)直了光束，因此在連接器的光纖端面間就可以保持一定的距離，這樣連接器的精度將較少地受橫向?qū)?zhǔn)誤差的影響。 將光纖涂上環(huán)氧樹(shù)脂后插入套圈內(nèi)的精密孔中 。當(dāng)插入光纖時(shí)，光纖使孔膨脹，于是塑料材料對(duì)光纖施加均勻的力。 V型通道既可以是槽狀石英、塑料、陶瓷，也可以是金屬基片作成槽狀。 第一種方法可產(chǎn)生永久性的連接 ， 而后兩種連接方法在需要時(shí)可以將已連接的光纖拆開(kāi) 。理論結(jié)果表明，與折射率剖面、纖芯區(qū)域的橢圓度相比，纖芯的直徑和數(shù)值孔徑的差異對(duì)連接損耗的影響更大。 ，則耦合損耗不會(huì)超過(guò) dB。 圖 (a) 軸向位移； (b) 連接間隔； (c) 傾斜錯(cuò)位 。而且若反射光回饋到激光器，會(huì)嚴(yán)重?cái)_亂激光器諧振腔的正常工作。 r0 10 l og ( )pRLp?? 3． 反射系數(shù) 反射系數(shù)指的是對(duì)于給定的光譜組成 、偏振的幾何分布 ， 在器件的給定端口的反射光功率 Pr與入射光功率 P0之比 ， 通常用dB表示： （ 63） r01 0 l o g ( )pRp?? 4． 工作波長(zhǎng)范圍 器件能夠按照規(guī)定的性能工作的從最小波長(zhǎng)（ ?min）到最大波長(zhǎng)（ ?max）的范圍，是標(biāo)稱(chēng)工作波長(zhǎng)范圍。光連接器可以有多種安裝結(jié)構(gòu)，如 FC/PC型、 APC型、 ST型、 SC型等。 圖 斜面型光連接器（ APC型） （ 1） 光纖連接損耗 連接損耗可分為外部損耗和內(nèi)部損耗 。連接間隔有時(shí)又稱(chēng)端分離。如果截面與垂直面的夾角小于 3176。 (b) NA1NA2。 然后在兩根光纖的連接處 ， 使用電弧或激光脈沖加熱 ， 使光纖頭尾端被熔化 ， 進(jìn)而連接在一起 。這是一種可以自動(dòng)進(jìn)行橫向、縱向、角度對(duì)準(zhǔn)的獨(dú)特器件。由于每一根光纖在插入到彈性管中時(shí)，其各自位置與彈性管管軸相關(guān)，因此兩根待連接的光纖在尺寸上并不一定要相等。在直套筒連接器中，套圈中的套管和引導(dǎo)環(huán)的長(zhǎng)度決定了光纖的端面間距。 正如前面所討論的 ， 存在各種可能的原因引起光的損耗 。 2）回波損耗（簡(jiǎn)稱(chēng)回?fù)p） 對(duì)連接器來(lái)說(shuō) ， 回波損耗的問(wèn)題起源于一個(gè)簡(jiǎn)單的矛盾現(xiàn)象：為了最小化插入損耗 ， 需要盡可能地將光纖端面拋光 ， 而拋光的端面對(duì)光的反射增強(qiáng) ， 這樣回波損耗就產(chǎn)生了 。 資料表明 ， 連接器在多次插拔之后其插入損耗將增加 ， 通常 5000次插拔之后增加量應(yīng)小于 dB。 圖 研磨拋光制作法 用熔融拉錐法制造光耦合器時(shí)，先將兩根或多根光纖扭絞在一起，用高溫火焰對(duì)扭絞區(qū)局部加熱使其熔融，并在熔融過(guò)程中使其拉伸，形成雙錐形耦合區(qū)，如圖 （ b）所示。將多根光纖熔融拉錐制成的耦合器稱(chēng)為星形耦合器，如圖 。） 2) 插入損耗 (IL) 插入損耗是指輸入端口 i和輸出端口 j之間產(chǎn)生的損耗 ， 為輸出與輸入端口光功率之比 ，即 ( ) 1 0 l g jijiPI L d BP?? 如從端口 1輸入 ， 端口 2輸出 ， 則它們之間的插入損耗為 2121( ) 1 0 l g PI L d BP?? 一個(gè)耦合器的插入損耗是相當(dāng)高的。當(dāng)光纖被纏繞在圓盤(pán)上彎曲成小圓圈時(shí)，光纖外面被拉伸，里面被壓縮，如圖 （ b） 所示。制作方法主要有干涉法（如雙反射鏡、三反射鏡法）與非干涉法（如相位、振幅掩膜法）。 ? 2． 光纖布拉格光柵 （ 1） 光纖光柵濾波器 纖芯中折射率的周期性分布實(shí)際上構(gòu)成布拉格衍射的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為布拉格光柵（ FBG）。 光纖光柵具有體積小，插損低，與普通光纖匹配良好等優(yōu)點(diǎn)，在光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。 ? MachZahnder濾波器 MZ濾波器的結(jié)構(gòu)如圖 （ a）所示，由兩個(gè) 3dB耦合器和兩段長(zhǎng)度不等的波導(dǎo)臂組成。 圖 非線(xiàn)性環(huán)路鏡的典型結(jié)構(gòu) 由 2?2光纖耦合器和光纖構(gòu)成，光纖與耦合器的兩個(gè)壁相連構(gòu)成閉合環(huán)路。所謂 OTDM，就是將幾路數(shù)字光信號(hào)先變成窄脈沖，然后在光域時(shí)分復(fù)用成高速信號(hào)在光纖中傳輸。 圖中 ， 增益控制放大器的作用是使本地激光器和接收到的光功率電平相一致 。 ? 光隔離器 光隔離器是光單向傳輸