光纤作业及答案(3)

答：光纤偏振控制器利用弹光效应改变光纤中的双折射，以控制光纤中光波的偏振态。其工作原理：当改变光纤圈的角度时，便改变了光纤中双折射轴主平面方向，产生的效果与转动玻片的偏振轴方向一样。因此在光纤中加入这种光纤圈，并适当转动光纤圈的角度，就可以控制光纤中的双折射状态。

保偏光纤偏振器：利用高双折射光纤构成的。利用光纤包层中的消逝场，把高双折射光纤中的两偏振分量之一泄露出去（高损耗），使另一偏振分量在光纤中无损（实际上是低损）地传输，从而在光纤出射端获得单偏振光。 解决方法是：（1）用镀金属的办法吸收一个偏振分量，以构成光纤偏振器；（2）用双折射晶体片泄漏一个偏振分量，已构成光纤偏振器；（3）用异性光纤构成光纤偏振器。

4．3试分析比较各种光纤偏振控制器 的基本原理。制作光纤偏振控制器的主要难点何在？试分析比较现有的各种解决方法。

答：光纤偏振控制器的工作原理：当改变光纤圈的角度时，便改变了光纤中双折射轴主平面的方向，产生的效果与转动波片的偏振轴方向一样，因此在光纤系统中加入这种光纤圈，并适当转动光纤圈的角度，就可控制光纤中双折射的状态。

4．4制作全光纤型光纤隔离器的主要困难是什么?试设想可能的解决途径？

答：主要困难是：一般低损耗光纤材料的Verdet系数都很小，因此要获得45度转角，就需要很长的光纤处于强磁场中。

解决方法是：利用高Verdet材料制成单晶光纤以够成光纤隔离器。

4.5详细说明偏振无关的光隔离器的构造原理。

答：光隔离器是利用磁光晶体的法拉第效应，根据光隔离器的偏振特性可将其分为偏振相关型和偏振无关型两种。对于偏振无关的光隔离器，以石英光纤构成的一个隔离器为例。如图4.6.1所示，隔离器磁场是由

4.6试分析比较各种光纤滤波器的基本原理及其优点。制作光纤滤波器的主要困难何在？试比较分析现有的各种解决方法。 答：基本原理：

Mach-Zehnder滤波器：由两个3dB光纤耦合器串联，构成一个有两输入端，两输出端的光纤Mach-Zehnder干涉仪。干涉仪的两臂长度不相等，相差为△L，其中光纤臂用热敏膜或压电陶瓷来调整，以改变△L。

Fabry-Perot滤波器：利用F-P干涉仪的谐振作用构成的滤波器。 主要困难：M-Z的频率间隔要非常准确地控制在fc上，且随着焦道数的增加，所需M-Z光纤滤波器个数增加很多。F-P的自由谱区较小，腔长不能大于10um，插入损耗大。

解决途径：通过中间光纤波导段的长度来调整其自由光谱区。 a光纤波导腔FFPF b空气隙腔FFPF c改进型波导腔FFPF

4.7试分析光纤M-Z干涉仪具有滤波和光交换功能的原理。

???答：由耦合波理论，光纤滤波器中波的传输特性 T?cos2??1?3?2?

因此，若有两个频率分别为f1和f2的光波从1端输入，而且f1和f2分别满足

???T1?4?sin2???2?1??2??Lnfccfs??L2n

这说明，在满足传输特性下，从1端输入的频率不同的光波将被分开，其频率间隔为

从而实现滤波和光交换功能。

4.8试列举目前用于光纤激光器的主要光纤种类和腔结构形式。 答：用于光纤激光器的主要光纤有三类：（1）晶体光纤激光器（2）利用光纤的非线性光学效应制作的光纤激光器（3）掺杂光纤激光器。

光纤激光器谐振腔有三种结构： (1)光纤环形谐振腔：把光纤耦合器的两臂连接起来构成光的循环传播回路，耦合器起到了腔镜的反馈作用。

(2)光纤环路反射器：是将两个环路进行串联构成的。

(3)Fax-Smith光纤谐振腔：由镀在光纤端面上的高反射镜和光纤定向耦合器组成的一种复合谐振腔。

4.9试分析比较光纤激光器和半导体激光器之优缺点及应用前景。 答： 光纤激光器的主要优点是：（1）转换效率高，激光阈值低。光纤的几何形状具有很低的体积和表面积，再加上在单模状态下激光与泵浦可充分耦合。（2）器件体积小，灵活。(3)激光输出谱线多，单色性好，调谐范围宽。并且其性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗小。未来光纤激光器的发展趋势主要体现在以下三个方面：（1）光纤激光器本身性能的提高;如何提高转换效率和输出功率，优化光束质量，缩短增益光纤长度。（2）扩展新的激光波段, 拓宽激光器的可调谐范围压窄激光谱宽开发极高峰值的超短脉冲(ps和fs量级)高亮度激光器。（3）进行整机小型化、实用化、智能化的研究。

半导体激光器易与其他半导体器件集成，但性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。 其波长范围宽，制作简单，成本低，易于大量生产。目前其主要应用领域是Gb局域网。在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导和跟踪、引燃引

爆、自动控制、检测仪器等方面也有广泛应用。

4.10构成一个实用的光纤激光器或光纤放大器，要用到那些光纤器件，那些特种光纤？画出光纤激光器或光纤放大器的结构简图，给出器件和光纤的主要指标。

答：掺饵光纤放大器的构成：

构成一个掺饵光纤放大器需要用到的光纤器件有：波分复用器、光隔离器，用到的特种光纤是掺饵光纤。

对泵浦光源的要求是大功率和长寿命。波长为1.48μm的InGaAsP 多量子阱（MQW）激光器输出光功率在100mW，泵浦光转换成信号光效率在6 dB/mW以上，且噪声低，是未来发展方向。

波分复用器把泵浦光和信号光耦合在一起。对其要求是插入损耗小，熔拉双锥光纤耦合型和干涉滤波型最适用。

光隔离器置于两端防止光反射。对它的要求是插入损耗小，反射损耗大。

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