光纖耦合器的理論_設(shè)計(jì)及進(jìn)展

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1、第30卷第1期物理學(xué)進(jìn)展Vol.30No.12010年3月PROGRESSINPHYSICSMar.2010文章編號(hào):1000-0542(2010)01-0037-44光纖耦合器的理論、設(shè)計(jì)及進(jìn)展林錦海,張偉剛(南開大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)研究所,光電信息技術(shù)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津300071)摘要:系統(tǒng)總結(jié)了光纖耦合器的發(fā)展歷程,歸納提煉出各個(gè)階段的標(biāo)志性事件;詳細(xì)闡述了光纖耦合器的耦合類型、制作方法、性能參數(shù);詳細(xì)評(píng)述了光纖耦合器的理論分析方法;全面分析了X型、星型、光柵型、混合型等各種典型光纖耦合器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及耦合特性;指出并展望了光纖耦合器的發(fā)展

2、方向和應(yīng)用前景。作者率先提出并設(shè)計(jì)了超長(zhǎng)周期光纖光柵耦合器,實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)超長(zhǎng)周期光纖光柵之間的有效耦合。關(guān)鍵詞:光纖光學(xué);光纖耦合器;光纖通信;光纖傳感;超長(zhǎng)周期光纖光柵中圖分類號(hào):TN253;TN929文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A展方向和應(yīng)用前景。本文報(bào)道了作者設(shè)計(jì)的超長(zhǎng)周0引言期光柵耦合器,以及從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)兩個(gè)超長(zhǎng)周期光纖光柵之間有效耦合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。光纖耦合器是一種用于傳送和分配光信號(hào)的光纖無(wú)源器件,是光纖系統(tǒng)中使用最多的光無(wú)源器件1光纖耦合器的發(fā)展歷程之一,在光纖通信及光纖傳感領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。光纖耦合器一般具有以下幾個(gè)特點(diǎn):一是器光纖耦合器自問世至今,

3、已被廣泛使用于光纖件由光纖構(gòu)成,屬于全光纖型器件;二是光場(chǎng)的分波系統(tǒng)之中。其發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段:萌芽階段、與合波主要通過模式耦合來(lái)實(shí)現(xiàn);三是光信號(hào)傳輸早期階段、發(fā)展階段。具有方向性。111萌芽階段根據(jù)光的耦合原理,人們已經(jīng)設(shè)計(jì)出了多種光纖耦合器器結(jié)構(gòu)。包括:X型光纖耦合器、星型光纖(1)物質(zhì)基礎(chǔ))))低損耗光纖問世耦合器、雙包層光纖耦合器、光纖光柵耦合器、長(zhǎng)周1970年,美國(guó)的Corning(康寧)公司率先成功[1]期光纖光柵耦合器、布拉格光纖耦合器、光子晶體光拉制出損耗為20dB/km的低損耗光纖。這一光纖耦合器等。學(xué)領(lǐng)域的重大技術(shù)突破,為光纖的進(jìn)一

4、步研發(fā)提供隨著各種光纖通信和光纖傳感器件的廣泛使了先進(jìn)的技術(shù)手段。同時(shí),也為光纖耦合器的問世用,光纖耦合器的地位和作用愈來(lái)愈重要,并已成為以及廣泛應(yīng)用奠定了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域不可或缺的一部分。設(shè)計(jì)(2)理論依據(jù))))耦合模方程推導(dǎo)[2]插入損耗小、耦合效率高、分光比可調(diào)并可實(shí)現(xiàn)特殊1972年,澳大利亞的Snyder成功推導(dǎo)出擾動(dòng)耦合的光纖耦合器,一直是光學(xué)領(lǐng)域科研工作者追均勻光纖系統(tǒng)中的耦合模方程及耦合系數(shù)表達(dá)式,逐的焦點(diǎn)和業(yè)內(nèi)人士的奮斗目標(biāo)。理論上分析了分別位于多邊形各頂點(diǎn)以及多邊形中本文總結(jié)了光纖耦合器的發(fā)展歷程、類型、制作心的光纖

5、系列耦合功率轉(zhuǎn)換情況。同年,美國(guó)的[3]方法、性能參數(shù)、光纖耦合器的理論分析方法;在此Wijngaard給出了兩根相同或相異的平行圓波導(dǎo)[4]基礎(chǔ)上,對(duì)典型光纖耦合器的結(jié)構(gòu)、工作原理及耦合間的模場(chǎng)分布。1973年,Snyder和McIntyre原特性進(jìn)行了詳細(xì)闡述;指出并展望了光纖耦合器發(fā)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了光纖各個(gè)模式間的功率轉(zhuǎn)收稿日期:2009-11-18基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(10674075,10974100,60577018)、天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目(2006AA01Z217)、光電信息技術(shù)科學(xué)教育部重點(diǎn)

6、實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目資助*Email:zhangwg@nankai.edu.cn38物理學(xué)進(jìn)展第30卷?yè)Q。Snyder和Wijngaard出色的理論工作,為光纖纖耦合器,可實(shí)現(xiàn)兩根光纖之間的單路耦合和定向耦合器的設(shè)計(jì)及光纖耦合器功率轉(zhuǎn)換分析提供了可傳輸,這種熔融方法為光纖耦合器的研制指明了靠的理論依據(jù)。方向。(2)光纖系統(tǒng)集成化基元)))星型耦合器112早期階段[7]1974年,Hudson和Thiel提出了星型耦合器(1)光纖耦合器雛形)))光纖連接器的思想,并設(shè)計(jì)出如圖1所示的第一個(gè)星型光纖耦[5]1971年,Bisbee率先采用熔接的方法實(shí)現(xiàn)了合器。與

7、傳統(tǒng)的T形耦合器相比,這種多端口的光[6]多模光纖之間的焊接。翌年,Dyott等人采用類似纖星型耦合器具有損耗更低、方向性更好、穩(wěn)定性更的熔接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了單模光纖之間的焊接,所進(jìn)行的高、各端口等效等諸多優(yōu)點(diǎn)。星型耦合器的出現(xiàn)為拉錐試驗(yàn)也獲得了一定進(jìn)展。光纖通信系統(tǒng)和光纖傳感系統(tǒng)向著集成化、小型化Bisbee和Dyott等人采用熔融方法所設(shè)計(jì)的光發(fā)展提供了技術(shù)保障。圖1星型耦合器的橫截面示意圖(3)光纖定向耦合器問世)))光纖定向耦合器器提供了一種新思路,為光纖耦合器的多元化開辟出現(xiàn)了新途徑。[8]1975年,Kuwahara等人將兩根多模光纖纏繞并在耦合區(qū)填

8、充折射率匹配液,構(gòu)成世界上第一個(gè)光纖定向耦合器,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。