可調(diào)諧光功率分配器的應(yīng)用及技術(shù)（3）
當(dāng)光從輸入端輸入，功率將在兩輸出端均分輸出，此時(shí)的Y分支為一3dB耦合器。根據(jù)模式分離原則，當(dāng)Y分支的兩分支臂波導(dǎo)中光的有效折射率存在一定的差異時(shí)，從輸入端輸入的光波將主要傳向有效折射率大的分支臂，并從與此臂相連的輸出端輸出，這時(shí)的Y分支稱為非對(duì)稱Y分支。非對(duì)稱的兩臂有效折射率可以通過(guò)波導(dǎo)尺寸的不同實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)波導(dǎo)材料折射率的不同實(shí)現(xiàn)。如在對(duì)稱型Y分支的兩臂上（或附近）放置加熱電極，利用有機(jī)聚合物材料的（負(fù)）熱光效應(yīng)，使得相應(yīng)的Y分支臂處的溫度上升，波導(dǎo)的有效折射率下降，從輸入端輸入的光波能量將聚向另一分支臂輸出。因此，通過(guò)控制Y分支的兩個(gè)臂上（或附近）的加熱器，就可以控制光在兩個(gè)輸出端的輸出，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧光功率分配器。
從原理上說(shuō)，這樣的器件只適合分光比可調(diào)范圍較小的情況。例如，對(duì)于5%:95%的光耦合器。超過(guò)10%的分光比雖然也可以實(shí)現(xiàn)，但兩路加起來(lái)的總功率損耗會(huì)驟然增加。
●MEMS型可調(diào)光耦合器
MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)由于其微型化、便于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng)。已有從事MEMS技術(shù)開(kāi)發(fā)的公司推出了MEMS可調(diào)光耦合器。但是他們的器件也僅適合5%:95%這樣分光比較小的情況。如果同樣的器件要實(shí)現(xiàn)50%:50%分光比，總功率損耗將超過(guò)50%。因此他們的器件實(shí)際上只是一種可以分光的可調(diào)光衰減器。
●部分反射型可調(diào)光功率分配器
在輸入端采用一個(gè)雙芯準(zhǔn)直器，中間采用一個(gè)反射率漸變的反射片，透過(guò)輸出端采用一個(gè)單芯準(zhǔn)直器來(lái)制作分光比可調(diào)的光功率分配器的辦法也可以改變兩個(gè)輸出端的分光比（圖4）。這種方法的缺點(diǎn)主要是對(duì)馬達(dá)及反射片移動(dòng)時(shí)的控制精度要求非常高。實(shí)驗(yàn)和理論分析發(fā)現(xiàn)，該方法要么成本很高，要么反射輸出端插入損耗變化太大，很不可靠。
● 微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器
微光學(xué)技術(shù)是將小型分立光學(xué)器件組裝在一塊光學(xué)平臺(tái)上的技術(shù)。采用晶體光學(xué)原理制作的微光學(xué)器件具有結(jié)構(gòu)緊湊、制作工藝成熟、偏振靈敏度低等優(yōu)點(diǎn)，利用雙折射晶體分光、合光及微光學(xué)偏振光干涉技術(shù)可以制作微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器。武漢光迅科技公司已經(jīng)推出了實(shí)用化的微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器，目前有手動(dòng)可調(diào)和電信號(hào)可調(diào)兩種款式。其具體原理是輸入光通過(guò)晶體分光后用可旋轉(zhuǎn)半波片改變其振動(dòng)相位，然后又通過(guò)另一塊晶體合光，由旋轉(zhuǎn)半波片的光軸與輸入光的振動(dòng)方向之間的角度來(lái)決定多路輸出光的分光比。經(jīng)過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證明，可調(diào)光功率分配器兩路輸出光插入損耗與旋轉(zhuǎn)半波片的光軸同輸入光振動(dòng)方向間的角度對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖5所示。
由圖5可以看出，從理論上講，該分配器是一款分光比可以從0~100%任意調(diào)諧的寬范圍可調(diào)光功率分配器。實(shí)際上目前研制出的樣品每路輸出插損均在0.8dB以下，是一種低損耗、高分辨率、高精度、寬可調(diào)范圍的優(yōu)良器件。
總結(jié)
綜上所述，可調(diào)諧光功率分配器在未來(lái)的光通信市場(chǎng)中會(huì)有非常誘人的應(yīng)用前景。然而由于其實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不成熟，目前市場(chǎng)上真正產(chǎn)品化的可調(diào)諧光功率分配器還極為少見(jiàn)。光迅公司推出的微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器可能是一個(gè)突破，有望為可調(diào)諧光功率分配器在未來(lái)市場(chǎng)的大規(guī)模應(yīng)用鋪平道路。
從原理上說(shuō)，這樣的器件只適合分光比可調(diào)范圍較小的情況。例如，對(duì)于5%:95%的光耦合器。超過(guò)10%的分光比雖然也可以實(shí)現(xiàn)，但兩路加起來(lái)的總功率損耗會(huì)驟然增加。
●MEMS型可調(diào)光耦合器
MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)由于其微型化、便于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng)。已有從事MEMS技術(shù)開(kāi)發(fā)的公司推出了MEMS可調(diào)光耦合器。但是他們的器件也僅適合5%:95%這樣分光比較小的情況。如果同樣的器件要實(shí)現(xiàn)50%:50%分光比，總功率損耗將超過(guò)50%。因此他們的器件實(shí)際上只是一種可以分光的可調(diào)光衰減器。
●部分反射型可調(diào)光功率分配器
在輸入端采用一個(gè)雙芯準(zhǔn)直器，中間采用一個(gè)反射率漸變的反射片，透過(guò)輸出端采用一個(gè)單芯準(zhǔn)直器來(lái)制作分光比可調(diào)的光功率分配器的辦法也可以改變兩個(gè)輸出端的分光比（圖4）。這種方法的缺點(diǎn)主要是對(duì)馬達(dá)及反射片移動(dòng)時(shí)的控制精度要求非常高。實(shí)驗(yàn)和理論分析發(fā)現(xiàn)，該方法要么成本很高，要么反射輸出端插入損耗變化太大，很不可靠。
● 微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器
微光學(xué)技術(shù)是將小型分立光學(xué)器件組裝在一塊光學(xué)平臺(tái)上的技術(shù)。采用晶體光學(xué)原理制作的微光學(xué)器件具有結(jié)構(gòu)緊湊、制作工藝成熟、偏振靈敏度低等優(yōu)點(diǎn)，利用雙折射晶體分光、合光及微光學(xué)偏振光干涉技術(shù)可以制作微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器。武漢光迅科技公司已經(jīng)推出了實(shí)用化的微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器，目前有手動(dòng)可調(diào)和電信號(hào)可調(diào)兩種款式。其具體原理是輸入光通過(guò)晶體分光后用可旋轉(zhuǎn)半波片改變其振動(dòng)相位，然后又通過(guò)另一塊晶體合光，由旋轉(zhuǎn)半波片的光軸與輸入光的振動(dòng)方向之間的角度來(lái)決定多路輸出光的分光比。經(jīng)過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證明，可調(diào)光功率分配器兩路輸出光插入損耗與旋轉(zhuǎn)半波片的光軸同輸入光振動(dòng)方向間的角度對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖5所示。
由圖5可以看出，從理論上講，該分配器是一款分光比可以從0~100%任意調(diào)諧的寬范圍可調(diào)光功率分配器。實(shí)際上目前研制出的樣品每路輸出插損均在0.8dB以下，是一種低損耗、高分辨率、高精度、寬可調(diào)范圍的優(yōu)良器件。
總結(jié)
綜上所述，可調(diào)諧光功率分配器在未來(lái)的光通信市場(chǎng)中會(huì)有非常誘人的應(yīng)用前景。然而由于其實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不成熟，目前市場(chǎng)上真正產(chǎn)品化的可調(diào)諧光功率分配器還極為少見(jiàn)。光迅公司推出的微光學(xué)型可調(diào)光功率分配器可能是一個(gè)突破，有望為可調(diào)諧光功率分配器在未來(lái)市場(chǎng)的大規(guī)模應(yīng)用鋪平道路。
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