實驗 12: circulator 的應用與實驗

許立根教授編撰許立根教授編撰教育部顧問室光通訊系統教育改進計畫教育部顧問室光通訊系統教育改進計畫台科大師大淡江東南萬能台科大師大淡江東南萬能

實驗 12: Circulator 的應用與實驗

• Circulator 功能與原理介紹• 光纖光柵的功能介紹• Circulator 應用實驗 1. 光纖光柵特性量測實驗 2. 光纖光柵式 OADM 實驗 3. 模擬雙向傳輸實驗


光纖旋光器 (Optical Circulators)

Device Configuration

Key Components Polarization splitters/combiners Polarization controller/rotator Polarization displacers


雙折射晶體


Key Component - Polarization Splitter/Combiner/Displacer -

Birefringent Crystals

• Positive: ne > no (YVO4, TiO2…)

• Negative: ne < no (Calcite, LiNbO3…)

Walk-off

Polarization Splitter/Combiner Polarization Displacer

e-ray

o-ray


Key Component - Polarization Controller/Rotator -


Circulator 之設計範例

Psplit Pcontrol Displacer Pcontrol Pcombine


Specifications of Circulator

Specifications Commercial

Insertion Loss < 1 dB

@1530~1560nm

Isolation > 45 dB

(P2 to P1 & P3 to P2)

Directivity > 45 dB

PDL < 0.15 dB

PMD < 0.15 ps


光纖光柵

• 光纖光柵是一全光纖元件 , 其光纖核心 (core) 有週期性的折射率變化

• 利用光纖對紫外光 ( 波長為 248 或 244 nm) 的光感性 (Photosensitivity), 在光纖核心中曝照出所須的折射率變化分布

• 光纖光柵元件之應用有窄頻反射器 (Narrow-band reflect

or

增益平坦化濾波器 (Gain-flattening filters), 色散補償器 (dispersion compensators), 光加取多工器 (OADM)…


光纖光柵之製作

• 利用 UV 雷射 ( 波長為 248 或 244 nm) 為光源 , 設法形成干涉條紋• 由光纖側邊入射將 UV 干涉條紋曝照在光纖核心上• 應用相位光罩 (Phase mask) 形成干涉條紋 , 可有效降低光學架構的複雜性

Source: Lucent OFC1999


布拉格光纖光柵 (Fiber Bragg grating) 的光譜特性

Source : HighWave Technology

是光纖光柵的週期率是光纖的區域等效折射

反射波長

eff

effB

N

N2


啁啾型光纖光柵 (Chirped FBG) 色散補償器

Sh

ort

Lon

g

週期增加

Cor

e

Cla

ddin

g

是光纖光柵的區域週期率是光纖的區域等效折射

反射波長

eff

effB

N

N2


量測光纖光柵之反射頻譜實驗

• 步驟 1. 將寬頻光源之輸出端連接至 Circulator 之 Port 1, 再由 Circulator 之 Port 2 連接至光譜分析儀之輸出端

Optical Spectrum Analyzer

BroadbandLight Source

2

Circulator

1 3

熔接點

• 步驟 2. 量測入射光譜 , 並啟動光譜分析儀校正動作


量測光纖光柵之反射頻譜實驗

• 步驟 3. 將寬頻光源之輸出端連接至 Circulator 之 Port 1, 再由 Circulator 之 Port 2 連接至 FBG filter 輸入端 , 最後由 Circulator 之 Port 3 連接至光譜分析儀之輸出端

• 步驟 4. 量測 FBG filter 之反射頻譜

FBG filter


BroadbandLight Source

Circulator

1 3

2


波長相關色散量測

TunableLaser Modulator

RF SignalSource

DUT Receiver

PhaseComparator

Phase Shift Method

modg f

12

Delay Time Group lativeRe


波長相關色散量測

• 步驟 1. 將光網路分析儀之 Port 1 連接至 Circulator

之 Port 1, 再由 Circulator 之 Port 2 連接至 FBG filter 輸入端 , 最後由 Circulator 之 Port 3 連接至光網路分析儀之 Port 2.

•步驟 2. 選擇量測穿透訊號 , 量測穿透光之群時間延遲 (Group Delay)

光網路分析儀(Optical Network Analyzer)

FBG filter

Port 1 Port 2

熔接點Circulator


光纖光柵式 OADM 實驗

Circulator 1

1

3

2FiberCoupler

1550nmLaser source

1310nmLaser source


•步驟 1. 連接光路如下圖 , 量測 Circulator 1 之 Port 2 的輸出光譜 P12()

1

3

2FiberCoupler

1550nmLaser source

1310nmLaser source Optical Spectrum

Analyzer

FBG filter (B=1550nm)Circulator 1

• 步驟 2. 連接光路如下圖 , 量測 Circulator 1 之 Port 3 (Drop Port) 的輸出光譜 P13()



• 步驟 3. 比較光譜 P12() 與 P13() 之光訊號分布差異

• 步驟 4. 連接光路如下圖 , 量測 Circulator 2 之 Port 3 的輸出光譜 P23()

3

FiberCoupler

1550nmLaser source

1530nmLaser source


FBG filter1 2

Circulator 1

2 3

Circulator 2

1

Drop Port Add Port

• 步驟 5. 比較光譜 P13() 與 P23() 之光訊號分布差異



• 步驟 6. 連接光路如下圖 , 量測 Circulator 2 之 Port 3 的輸出光譜 P’23()

3

FiberCoupler

1550nmLaser source

1530nmLaser source


FBG filter1 2

Circulator 1 Circulator 2

Drop Port Add Port

2 3

1

• 步驟 5. 比較光譜 P23() 與 P’23() 之光訊號分布差異


雙向傳輸實驗

3

1 2


2 3

1

1550nmLaser source

PowerMeter

3

1 2


2 3

1

1550nmLaser source

PowerMeter

• 步驟 1. 連接光路如下圖 , 量測 Circulator 2 之 Port 3 的輸出光功率 P23


• 步驟 3. 計算 Circulator 2 之輸出光功率比 = 10·log10(P23 / P21)


雙向傳輸實驗

3

1 2


2 3

1 1550nmLaser source

PowerMeter

3

1 2


2 3

1 1550nmLaser sourcePower

Meter



•步驟 6. 計算 Circulator 1 之輸出光功率比 = 10·log10(P13 / P11)

實驗 12: circulator 的應用與實驗

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