【正文】 折射材料制成的棱鏡粘合在一起構成的。 從上面的分析可以看出， NOLM具有光與門的功能，如圖 （ b）所示。 圖 非線性環(huán)路鏡的輸出功率隨輸入功率的變化 非線性環(huán)路鏡可以采用多種不同的結構，實現(xiàn)不同的目的，圖 路鏡，它的結構采用 50:50耦合器，并在光纖環(huán)的一端配制雙向光放大器，所以稱這種結構為非線性放大環(huán)路鏡（ NALM）。 1( / ) l1 e2i t L vAEi? ??2( / ) l2 e2i t L vAEi? ??兩束光波在第二個 3dB耦合器中線性疊加，兩束光的相位差決定了合成后輸出光的強度。 我們簡單分析一下啁啾光柵補償色散的原理。既可以耦合成前向傳輸模式，也可以偶合成后向傳輸模式。通過改變兩光束的相對角度能產生任意周期具有不同反射波長的光柵，如圖 （ a）所示。 圖 可轉動光纖線圈型偏振控制器 ? 2． 擠壓型偏振控制器 擠壓型偏振控制器利用電磁擠壓是光纖產生附加的雙折射，達到控制偏振狀態(tài)的目的。 它可以用絕對值或百分比給出 ， 在后一種情況下 : ( %) 1 0 0jjjPCRP???（ 614） （ 613） ? 3． 波導耦合器 波導耦合器是一種應用廣泛的耦合器，其基本結構和基本原理與光耦合器類似。 1） 附加損耗 (excess loss) 附加損耗的定義為 ( ) 1 0 l g jexj iPP d BP???? ?????（ 69） 其中 ， Pj 是在端口 j 的輸出功率 ， Pi是端口 i 的輸入功率 。通常用分光比表示耦合器輸出端口之間光功率分配比例，表示為 （ 67） 210 c o s ( )p p z??212= 1 0 0 %ppp??分 光 比 若在兩根輸出光纖中光功率相等，則稱這種耦合器為 3dB耦合器。以 2?2耦合器為例，端口 1（或端口 4）輸入的光信號可以按原設計的功率分配比例耦合到端口 2和端口 3輸出，端口 1和端口 4輸入的光還可以耦合在一起，并按一定的比例從端口 2和端口 3輸出。 由于制造完美的平面來實現(xiàn)理想的物理接觸是不可能的 ， 因此制造商將插針體的端面做成不同的形狀 ， 如圓弧形等 。第二種方法是將加固件 （ 例如芳香族聚酰胺 ）與連接器連接在一起 ， 浙樣就釋放了光纖自身的張力 。 圖 (a) 直套筒； (b) 錐形套筒； (c) 擴展光束 擴展光束類型的連接器在光纖的端面之間加進透鏡，如圖 （ c） 所示。 這些連接器利用的基本耦合機理既可以是對接類型 ， 也可以是擴展光束類型 。管子中心孔的尺寸稍小于待連接的光纖。 圖 光纖的熔接 在 V型槽機械連接方法中，首先要將預備好的光纖端面緊靠在一起，如圖 。這里介紹光纖通信中常用的連接方法 。這些特性包括纖芯的直徑、纖芯區(qū)域的橢圓度、光纖的數值孔徑、折射率剖面等。 傾斜錯位有時稱為角錯位。 連接錯位一般有以下幾種情況：軸向位移 、 連接間隔 、 傾斜位移 、 截面不平整 。 圖 光連接器插入損耗的產生 盡管連接的兩根光纖的端面經過研磨拋光，但連接后它們之間總會有間隙，光在端面處會發(fā)生反射。第六章 無源光器件和 WDM技術 無源器件的幾個常用性能參數 光纖和波導型無源光器件 光學無源器件 波分復用、解復用器件 光 開 關 WDM光纖傳輸系統(tǒng) 無源器件的幾個常用性能參數 ? 1． 插入損耗 插入損耗指的是無源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比，一般以分貝為單位，定義為 （ 61） 其中 ,P0指的是發(fā)送到輸入端口的光功率，P1指的是從輸出端口接收到的光功率。 影響光連接器的插入損耗的因素 : ?被連接的兩根光纖是否匹配，即兩根單模光纖的模場分布是否匹配，或兩根多模光纖的芯徑和折射率分布是否相同，被連接的兩根光纖性能參數的離散性必然導致插入損耗的增加； ?安裝的精度，如下圖 ，兩根光纖橫向的錯位、縱向的分離（兩根光纖中間有間隙）和光纖的傾斜都會增加插入損耗。 內部損耗又稱為與光纖相關的損耗 ， 這主要是由于光纖的波導特性和幾何特性差異導致的損耗 。如果兩根光纖通過連接器相連，則不必接觸，因為在連接器接觸產生的相互摩擦會損壞光纖。 除了錯位連接之外，任何相連的光纖的幾何特性和波導特性的差異對光纖間的耦合損耗都有大的影響。 為了實施和計算這樣的連接 ，必須考慮的因素有兩根光纖的幾何差異 、 光纖在接點時的對準誤差和接頭的機械強度 。 但是 ， 在采用這種連接方法時必須注意到 ， 由于用手接觸時產生的光纖表面損傷 、加熱時引起的表面損傷加深 、 光纖連接處附近的殘余應力等都會在光纖介質熔化時導致化學成分的變化 ， 從而產生不牢固的連接 。這種連接器件基本上就是一根用彈性材料做成的管子。 這三種結構都包括單通道連接器和既可應用于光纜對光纜 ， 也可用于光纜對線路卡連接的多通道器 。類似地，筒中的套管和引導環(huán)的長度同樣也使光纖的端面保持給定的間距。 第一種方法是使用保護套來最小化連接和拆開光纜時產生的彎曲損耗 。 現(xiàn)在多數連接器都是利用這種方法安裝的 。圖 2?2和 1 ?2光耦合器（ Y型分路器）。假設耦合器是無附加損耗的，輸入到一根光纖中的光功率是 p0，根據耦合模理論，耦合到另一根光纖中的功率為 （ 65） 220 sin ( )p p z?? 根據功率守恒，第一根光纖中的輸出功率為： （ 66） ?是耦合系數，與兩根光纖耦合區(qū)的長度、耦合區(qū)兩根光纖的半徑比及光波長有關。 ( 2 1 ) , 1 , 2 , 3 ,2z m m?? ? ? ? 圖 熔融拉錐法制作 4 ?4耦合器 耦合器的特性可以用一下幾個性能參數來描述。 （ 612） （ 611） 3) 耦合比 耦合比形式上定義為某一端口輸出的光功率與所有端口的輸出光功率之比 ， 即 ( ) 10 l g jjjPC R dBP??? 這個特性通常用來描述一個耦合器的性能 。當光纖線圈被轉動時，光纖中的快軸和慢軸也發(fā)生旋轉，因此，通過調整線圈的方向可以獲得所需要的任意的偏振方向。干涉曝光法中的干涉條紋是將紫外激光先分成 2個光路 ,然后再疊加而成。 圖 光纖布拉格光柵原理示意圖 FBG 的結構和 DFB 激光器周期性波紋結構的作用一樣，提供周期性的耦合點，使單模光纖中入射的基膜根據光柵和不同傳輸常數決定的相位條件。 ( ) ( 1 )z cz? ? ? ? 圖 啁啾光纖光柵 在這種光柵中，由于光柵周期的變化，使輸入光波中不同的波長在光柵的不同深度位置處被反射，造成不同波長的光在光柵中渡越時間不同，這一特性適合用于作為群速度色散補償器件，也可以構成寬帶濾波器。由于兩波導的長度不同，傳輸時延不同，到達第二個 3dB耦合器時，兩束光的電場強度可以表示為 （ 620） （ 621） 式中， ? 為光波的角頻率， ? 是光纖中光的傳輸速度。 光強度引起的光纖折射率的變化與輸入光功率有關，相位差的大小也與輸入功率有關，從而使相位差隨輸入光功率的增強而增大，輸出光功率隨輸入功率的變化如圖 。 （ 1）在光纖環(huán)的一端配置有 WDM耦合器，通過它將幀同步信號（控制信號）耦合進來； （ 2）當幀同步信號與某一路數字信號同步，并一起沿順時針方向傳輸時，強的控制信號使折射率發(fā)生變化，群速度也發(fā)生相應的變化，而逆時針方向傳輸的光信號不受影響； （ 3）適當的調整幀同步脈沖的強度和光纖環(huán)的長度，可以使與幀同步脈沖同步傳輸的一路信號從輸出端被選擇出來，實現(xiàn)光時分復用信號的解復用功能。除此之外，偏振分束器在波長變換等領域也有很多應用。性能良好的隔離器的插入損耗可以降到 ，隔離度可以達到 70dB以上。 ，正好匹配第二個偏振濾光片的偏振方向，從而可以幾乎無損耗地輸出。一種制造偏振無關的光隔離器的方法是將輸入光先分成偏振正交的兩束光，分別處理，然后再合在一起。 圖 3端口光環(huán)行器中端口 1到端口 2的光路圖 參考圖 ，簡要說明光環(huán)行器的工作原理。 ? 自聚焦透鏡 自聚焦透鏡（ GRIN）是應用廣泛的無源光器件，主要作用是準直光束。對于入射端面的光斑，在 z= Ln 處，可形成一個 1:1的正立的實像；在 z=Ln /2 處可形成一個 1:1的倒立的實像；從入射端面上某一點發(fā)出的光線，在 z=3Ln/4 處變?yōu)槠叫泄?。在光通信中經常使用反射型平面衍射光柵，作為波長選擇濾波器用于波分復用系統(tǒng)中。角色散本領只反映不同波長的譜線中心分離的程度，它不能說明兩條譜線是否重疊，色分辨本領可以反映器件分辨波長很接近的譜線的能力。通帶特性是指波分復用器的各個信道的濾波特性，可以用 ?、 ?3dB帶寬和 ?20dB帶寬來表示。圖 （ a）所示的結構用傳統(tǒng)的透鏡作準直器件，圖（ b）用自聚焦透鏡作準直器件。濾光片由多層介質薄膜構成，它可以通過介質膜系的不同選擇構成長波通、短波通和帶通濾光器。 圖 8 波長干涉膜濾波器型解復用器的輸出光譜圖，波長間隔為 。圖 （ b）為一個 8波陣列波導光柵型解復用器的通帶特性。 （ 643） 由方程（ 641）可以得到列陣波導的角色散為 頻率間隔是色散角對應的頻率范圍： 其中 , Lf是平面波導的焦距，即圖中的羅蘭盤圓半徑 。 表 復用器參數要求 表 WDM系統(tǒng)解復用器參數要求 隨著復用波長數的不斷增加，一種稱為波長交織器的復用、解復用器問世。 偏振器放置在波導的輸出端，只讓 TM模的光波通過。輸入的光能量（由 TE模和 TM模攜帶）經輸入偏振器分解為 TE模和 TM模，然后各自通過波導與聲波相互作用，最后經輸出偏振器合成輸出。波長不滿足諧振條件的信道將不被改變地通過這個結構。 隨著光網絡的發(fā)展，各種光開關相繼出現(xiàn)，光開關可分為自由空間型和波導型，每一類又可以采用不同的物理效應（如電光效應、熱光效應、電 機械效應等）、不同的材料（ LiNbO硅基、聚合物、液晶等）和不同的工藝來實現(xiàn)。當開關處于不同的輸入 /輸出連接狀態(tài)時，插入損耗有可能不一致，即插入損耗的一致性差，這對于實際的應用是不希望的。 ? 微機械光開關 微機械（ MicroElectroMechanicalSystem,MEMS）光開關是指由半導體材料（如 Si）構成的微機械電控結構。 圖 自由空間 MEMS光開關原理圖（二維） 二維 MEMS 需要 N2 個微鏡來完成 N?N 個自由空間的光交叉連接，其控制電路較簡單，由 TTL 驅動器和電壓變換器來提供微鏡所需的電壓。 ? 熱光開關 熱光開關也是一種易制作成端口數較多的光開關，基本結構有兩種：一種是 Y型分路器結構，另一種是 Much－Zahnder（ MZI）干涉儀型結構。如圖中所示，信號光由 1端口輸入，若薄膜加熱器處于關閉狀態(tài)，此時 MZI 產生的相位差為 0，當光波經過 3dB 耦合器時，沿