波導漸變器過渡器和耦合器

寫在前面

目錄

第一章 導論

第二章 耦合波方程組

第三章 用喇叭模分析波導漸變器

第四章 階梯式波導過渡器

第五章 單個雜波的過渡器和耦合器

第六章 漸變波導過渡器

第七章 具有雜模簡并的波導漸變器

第八章 功率完全轉(zhuǎn)換和接近完全轉(zhuǎn)換的波耦合　

第九章 光波導漸變器

補充參考文獻

索引

本書將波導漸變器、過渡器和耦合器作為不規(guī)則波導應用耦合波理論進行了全面的分析．

書中第一至三章論述耦合波方程，第四至七章應用耦合波理論分析了波導漸變器、過渡器和耦合器，還介紹了幾種對于雜模激發(fā)最小的過渡器輪廓曲線和分布函數(shù)進行綜合的設計方法，這是全書的主要部分．最后兩章用耦合波理論闡述了光波導漸變器和耦合器．

本書理論分析與工程應用密切結合，書中列舉了一些典型的微波和光波器件．例如TEM傳輸線耦合器、階梯式和漸變式波導過渡器、波導間的多孔耦合器，以及平面光路中介質(zhì)薄膜波導間的漸變器和過渡器．

本書可供從事微波和導波光學等研究的科技工作者和高等院校有關的師生閱讀參考．

光纖耦合器可分標準耦合器（雙分支，單位1×2，亦即將光訊號分成兩個功率）、星狀/樹狀耦合器、以及波長多工器（WDM，若波長屬高密度分出，即波長間距窄，則屬于DWDM），制作方式則有燒結（Fuse）、微光學式（Micro Optics）、光波導式（Wave Guide）三種，而以燒結式方法生產(chǎn)占多數(shù)（約有90%）。燒結方式的制作法，是將兩條光纖并在一起燒融拉伸，使核芯聚合一起，以達光耦合作用，而其中最重要的生產(chǎn)設備是融燒機，也是其中的重要步驟，雖然重要步驟部份可由機器代工，但燒結之后，仍須人工作檢測封裝，因此人工成本約占10～15%左右，再者采用人工檢測封裝須保品質(zhì)的一致性，這也是量產(chǎn)時所必須克服的，但技術困難度不若DWDM module及光主動元件高，因此初期想進入光纖產(chǎn)業(yè)的廠商，大部分會從光耦合器切入，毛利則在20～30%。

國外企業(yè)有JDS、E-Tek、Oplink、Gould等，目前都已直接在大陸設廠生產(chǎn)光纖耦合器。

耦合器定向種類

定向耦合器是一種具有定向傳輸特性的四端口元件，它是由耦合裝置聯(lián)系在一起的兩對傳輸系統(tǒng)構成的。首先介紹定向耦合器的性能指標，然后介紹波導雙孔定向耦合器、雙分支定向耦合器和平行耦合微帶定向耦合器。

1）定向耦合器的性能指標

定向耦合器是四端口網(wǎng)絡，端口“①”為輸入端，端口“②”為直通輸出端，端口“③”為耦合輸出端，端口“④”為隔離端，并設其散射矩陣為[S]。描述定向耦合器的性能指標有： 耦合度、隔離度、 定向度、輸入駐波比和工作帶寬。下面分別加以介紹。

2）隔離度

輸入端“①”的輸入功率P1和隔離端“④”的輸出功率P4之比定義為隔離度，記作I。

⑶定向度

耦合端“③”的輸出功率P3與隔離端“④”的輸出功率P4之比定義為定向度，記作D。

⑷輸入駐波比

端口“②、 ③、 ④”都接匹配負載時的輸入端口“①”的駐波比定義為輸入駐波比，記作ρ。

⑸工作帶寬

工作帶寬是指定向耦合器的上述C、 I、 D、 ρ等參數(shù)均滿足要求時的工作頻率范圍。

耦合器波導種類

波導雙孔定向耦合器是最簡單的波導定向耦合器，主、副波導通過其公共窄壁上兩

個相距d=（2n 1）λg0/4 的小孔實現(xiàn)耦合其中，λg0是中心頻率所對應的波導波長，n為正整數(shù)，一般取n=0。耦合孔一般是圓形，也可以是其它形狀。當工作在中心頻率時，βd=π/2，此時D→∞; 當偏離中心頻率時，secβd具有一定的數(shù)值，此時D不再為無窮大。實際上雙孔耦合器即使在中心頻率上，其定向性也不是無窮大，而只能在30dB左右。

總之，波導雙孔定向耦合器是依靠波的相互干涉而實現(xiàn)主波導的定向輸出，在耦合口上同相疊加，在隔離口上反相抵消。為了增加定向耦合器的耦合度，拓寬工作頻帶，可采用多孔定向耦合器，

耦合器雙分種類

雙分支定向耦合器由主線、副線和兩條分支線組成，其中分支線

的長度和間距均為中心波長的1/4，如圖 5 - 15 所示。設主線入口線“①”的特性阻抗為，主線出口線“②”的特性阻抗為（k為阻抗變換比），副線隔離端“④”的特性阻抗為，副線耦合端“③”的特性阻抗為，平行連接線的特性阻抗為Z0p，兩個分支線特性阻抗分別為和。

耦合器平行種類

平行耦合微帶定向耦合器是一種反向定向耦合器，其耦合輸出端與主輸入端在同一側(cè)面，如右圖所示，端口in為輸入口,端口out為直通口，端口ocup為耦合口，端口“④”為隔離口。