光双稳器件的分类
光双稳器件是一种具有反馈的非线性光学系统,根据反馈方式 可分为本征型和混合型. 本征型光双稳器件直接将部分光信号作为反馈调控参量,非线 性地控制器件的输出; 混合型光双稳器件是先将反馈光信号转换成电磁信号,再以电 磁信号作为反馈调控参量来控制器件的输出.
区别: 区别:两者都需要一定的非线性机制,但实现本征型双稳运转时,对介质的 光学非线性有很高的要求,而混合运转则依靠外部电路等机构就能实现,一 般仅需一个具有非线性透射或反射功能的光学元件和相应的反馈电路,对介 质的非线性要求不高.
类 型
调谐光源 可调谐染料激 光器
工作参数及优缺点 仅从原理上验证了频域光学双稳态 的可行性.由于体积庞大,调谐困 难而不实用. 结构紧凑,但波长调谐范围小,调 谐精度不高(易受温度影响).开 关速度较快,在微秒量级. 体积小,波长调谐范围较宽,调谐 精度高.开关速度较慢,在毫秒量 级. 体积小,开关速度快,皮秒量级.
光电子技术发展史
年代 技术 成就 为光与物质相 相关 互作用的研究 应用 提供了一个极 其有效的工具 60年代 激光器的问世 70年代 低损耗光纤 的实现,半 导体激光器 的成熟 导致以光纤 通信,光纤 传感为代表 的光信息技 术蓬勃发展 80年代 90年代
超大功率 光纤无源和 量子阱阵 有源器件的 列激光器 出现 的出现 导致半导 体双稳态 器件的发 展 为光纤通信 产业的发展 提供了网络 物理层的基 础
理论上滤波器可由 任 意在频 域上 具有非 线 性 透射率 的光 学滤波 器 构 成.从 滤波 器输出 的 光 强信号 经光 纤耦合 器 取 样后输 入反 馈电路 , 经 光电探 测器 转换成 电 压信号,再经放大器A放 大后加在PZT上调制光纤 激 光器的 输出 波长, 实 现 电 光 反 馈 控 制 .
光电子技术基础
选用教材: 《光电子技术基础》朱京平编,2003.9,科学出版社. 主要参考书目: 《现代通信光电子学(第五版)》亚里夫著,陈鹤鸣译,2004.9, 电子工业出版社; 《光电子技术基础》彭江得主编,1988.9,清华大学出版社; 《光电子技术》杨经国等编,1990.12,四川大学出版社.
应用领域 可实现光学双稳态,多稳态, 光存储,光开关. 光学逻辑和寻址式光纤传感 器. 高精度数字型光纤传感,光 开关,光纤激光功率稳定器 和光纤激光频率稳定器. 高速光开关,高速光波长转 换器. 宽范围可调谐光纤激光器, 光开关和光存储. 光纤激光功率稳定器,光开 关和宽范围可调谐光纤激光 器.
混 可调谐半导体 激光器 合 型 环形腔掺铒激 光器 半导体光纤环 形腔激光器 本 F-P腔掺铒光 征 纤激光器 型 环形腔掺铒光 纤激光器
ห้องสมุดไป่ตู้
信息光电子技术与器件
光电子器件
光源器件
光传输器件
光控制器件
光探测器件
光存储器件
光学元件 相干光源 非相干光源 光波导 光纤
调制器 偏转器 光开关 光双稳器件
光电导型 光伏型 热伏型 各种传感器
光盘 光驱 光盘塔
光电子技术应用
光纤通信,传输 太 阳 光 的 光 纤 容 照 明 , 宽 带 数 字 通 信 量 通 信 大 网 信 , 局 域 拟 通 距 离 机 算 模 长 计 光
通常光学双稳态使用波长固定的激光器作为光源,也可 以使用可调谐激光器实现所谓的频域光学双稳.
频域光学双稳可理解为:当非线性调制曲线和反馈曲线均 在频域上时,利用可调谐光源实现不同的波长对应两个稳定而 有区别的输出状态,或者两个稳定而有区别的输出状态对应不 同波长的光学双稳.
频域光学双稳器举例
基于可调谐环形腔光纤激光器实现电光混合频域双稳的光路原理图
全光纤结构,体积小,波长调谐范 围宽,双稳开关速度较慢. 全光纤结构,体积小,双稳区宽度 大,波长调谐范围宽.
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实现双稳态的两个必要条件: 1,光学非线性 2,反馈机制
非线性法布里-珀罗标准具是典型的光双稳器件,由非线 性光学材料和反馈光腔构成. 机理:在强光的作用下,介质的非线 性参数(非线性吸收系数或非线性折 射率)发生变化,从而引起透射光强 发生变化,光强的变化进一步引起非 线性参数的变化.在光腔的反馈作用 下,这种变化形成正反馈过程,因而 产生光学双稳态.
利用交叉增益饱和机制实现双稳的半导体环形腔光纤激光器光路原理图 不同的波长经过保偏光纤后对应不同 的偏振态,而偏振不同的光在SOA内 的增益是不同的.可以通过控制SOA 抽运电流或控制入射光强来实现两个 稳态之间的切换.当SOA抽运电流先 达到波长1的阈值电流时,开始产生波 长1的激光,继续增大SOA的抽运电流, 在达到波长2的阈值电流时由于波长1 的竞争作用,波长2的增益低于腔的损 耗,此时不能产生波长2的激光.双稳 态装置处于低态.继续增加抽运电流, 由于在SOA中对波长1的光出现增益饱 和现象,此时开始有波长2的激光产生, 双稳器件输出切换到高态.此时若减 少SOA的抽运电流时,双稳态输出又 会切换到低态,从而实现两个稳定而 有区别的输出状态对应不同波长的频 域光学双稳过程.
学时安排
章节 主要内容 1 2 3 4 5 6 7 导论 光学基础知识和光束传播规律 激光原理与技术 光波导技术基础 光通信无源有源器件 光调制技术 光电探测技术 学时安排 2 2 4 6 6 4 2
绪论
光子技术与电子技术相结合的光 电子技术主要研究光与物质中的电子 相互作用及其能量相互转换的相关技 术,以光源激光化,传输波导化,手 段电子化,现代电子学中的理论模式 和电子学处理方法化为特征,是一门 新兴的综合交叉学科.
光应用计算 精 密 测 量 , 全 息 测 量 , 在 线 光 测 量 感 传 激 , 螺 统 光 陀 系 , 激 感 达 传 雷 光 纤 光 激
光空间传输 光 在 遥 线 检 测 开 关 通 信 象 , 光 图 单 感 简 距 离 光 短
光学双稳态
1969年Szoke首先提出光学双稳态: 器件在一定的输入范围内,对给定的输入存在 着两个稳定的输出状态.
利用介质饱和吸收机制实现双稳态的环形腔光纤激光器光路原理图
饱和吸收是介质对输入的小信号具 有较强的吸收而对大信号吸收较弱. 在激光器中,小信号的增益决定激 光的阈值.基于饱和吸收光学双稳 态的机理是在达到激光阈值的过程 中,由于小信号因介质的吸收而衰 减较大,因此对小信号增益输出的 抽运功率要比大信号高很多.对于 一定的波长,在增加抽运功率的过 程中,当小信号的增益等于腔内损 耗时,双稳态输出由下稳态跃迁到 上稳态,当降低抽运功率到一定程 度时,峰值增益会低于腔内的损耗, 激光不能维持振荡,此时双稳态输 出由上稳态跃迁回下稳态.
课程目的与任务
光电子技术是"光子技术"与"电子 技术"相结合的产物,是继微电子技术后 兴起的一门高新技术,目前已成为信息科 学的重要支柱.本课程讲解了光电技术的 基本知识,包括光束传播规律,激光原理 与技术,光波导技术,光通信无源和有源 器件技术,光调制技术以及光电探测技术.
教学基本要求
通过本课程的学习,要求掌握的主要内容: 描述光场的麦克斯韦方程,波动方程,光波的表示与传 播特性,高斯光束的特性等; 激光产生的基本条件,激光器的基本结构和输出特性; 平面介质波导中的光传播特性,光波导的物理光学分析, 光纤基本知识; 光通信无源与有源器件,包括半导体激光器,光纤连接 器,光纤耦合器,光纤隔离器,偏振控制器,光纤激光器 以及光纤放大器等; 光调制技术,包括晶体光学基础,光在晶体中的传播, 电光以及声光调制器等; 光电探测技术,包括光探测器性能参数,探测方式,物 理效应以及光电探测器的种类.
光信息处理 信 息 维 处 理 器 , 激 光 打 印 机 器 储 器 真 机 , 传 波 相 存 配 滤 盘 照 匹 频 理 音 息 处 光 息 , , 全 信 频 盘 储 程 器 析 分 视 存 二 光 盘 快 过 光 超
分光分析 激 光 诊 素 断 微 等 离 定 分 , 体 同 位 素 用 分 析 分 析 体 气 医 析 , 分 析 分 光 子 测 度 气 体 密 精 浓 污 染 光 超 位 同 气 激 大 同 步