光器件，ｏＰＴＩＣＡＬＤＥＶｌＣＥＳ
围４采用正交双泵浦在ＳＯＡ中实现四波混频
可调谐泵浦光，信号光Ｓ与泵浦光ＰＩ耦台后经同一偏振控制器２，保证泵浦光Ｐｌ与信号光ｓ偏振方向平行，同时调节偏振榨制器ｌ使泵浦光Ｐ２与Ｐ１、Ｓ偏振方向相互垂直。ｓ０Ａ非线性介质在Ｓ、Ｐ１、Ｐ２共同作用ｒ，产生新的转换光ｃｌ、Ｃ２。ＳＯＡ的输出混频光先绛Ｆ—Ｐ腔滤波器后，再经可凋请光滤波器滤卅转换光。其变换效率和信噪比在转换波Ｋ为５５ｎｍ的范围内较高且比较稳定。平行双泵浦的情况是通过调节图４中的偏振榨制器１使泵浦光Ｐ２保持与采浦光Ｐｌ、信呼光相同的偏振方向，限于篇幅，这里小再详述。
上述垂直双泵浦的四波混频能在较大的转换范围内得到比较平坦的转换效率和信噪比（ｓＮＲ），使用了两个泵浦激光器．但足为得到更高的转换效率和信噪比ｆｓＮＨ），固定的泵浦光必须与信号光保持很小的频率差．因此波长固定的泵浦光必须随不同的信【）光波长变化，这就增加了实验的复杂性，限制了其在实际删络巾的应用。
为ｒ克服ｒ述复杂性带来的难度．利用ｓ（）Ａ和光纤环构成的半导体环形激光器（ｓＦＲＬ）进行双泵浦的ＦｗＭ实验…，半导体环Ｊ口激光器产生内部可调的泵浦光，并可以方便地通过?光滤波器根据信号、匕的波长变化改变此泵浦光波长。另外，只需外加?个可凋谐的泵浦光，实验装置便町得到简化，图５所不为垂直
田５半导体环骺激光器的ＦＷＭ
圈先通信技术２００３年第１】期
双泵浦ＳＦＲＬ波长转换器的装置。此装置的转换效率存５０１１ｍ范围内基本保持平上旦。具有宽谪谐范同、Ｔ作稳定、高功率、ｓＯＡ白发辐射谱的线宽比较窄等特点。３－２ＤＦＢ激光器中的四波混频
上述使用ＳＯＡ作为１Ｆ线性介质的ＦＷＭ吏验中，除了信号光外需再加一个外部的激光作为泵浦光，这在耦合上增加了难度．且引入的ＡｓＥ噪声比较大。采用ＤＦＢ激光器作为非线性介质，ＤＦＢ—ＬＤ也具有较高的非线性系数．产生ＦｗＭ的本质同ｓ０Ａ中的样，都是一＝种非线性效应的结果。重要的是其奉身的激光作为泵浦光。不需外加泵浦光，只需外加一个信号光源．就能通过ＤＦＢ激光器自身的非简并四波混频效应产生四波混频共轭光，实验结构紧凑、简单。Ｈ，ＫｕｗａＩ—ｓｕｋａ等人做了此方面的研究㈩，实验装置如【皋Ｊ６所示。
此装置采用的是长腔Ⅳ４相移ＤＦＢ激光器，能获得更稳Ｊ定的激光模式，Ｉ）ＦＢ—ＬＤ两端都涂有防反膜，信号光∞。输入ＤＦＢ—ＬＤ的前端面，与ＤＦＢ—ＬＤ自身产生的激光雌．发生ＦｗＭ效应。产牛新的共轭光咀，其频率转换关系为砒＝２峨鸭。剩余的信号光、泉浦光与转换的共轭光在ＤＦＢ—ＬＤ的另一端面输ｍ，通过光隔离器和光谱仪进行分析杏看。此装置具有高的ＦｗＭ转换效率以及达到６ＴＨｚ的转换带宽。
Ｈ．Ｋｕｗａｔｓｕｋａ等人义提出了利用双向泵浦在ＤＦＢ—ＬＤ中的四波混频”ｌ，依旧是ＤＦＢ—ＬＤ的激光作为泵浦光，其实验装置如图７所不。
线性偏振的信号光Ｅ＾经过起偏器、光环Ｊ｜ｉ；器，被
ＤＦＢ艇圯嚣
图６ＤＦＢ激光器的四波混频实验
Ｅｃｌ
圈７ＤＦ日激光器的双菜浦四波混频
心一
翁一洲争忙一节
一廿
基于四波混频效应的全光波长转换器
作者：谭艺枝， 向望华， 杜荣建
作者单位：天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津,300072
刊名：
光通信技术
英文刊名：OPTICAL COMMUNICATION TECHNOLOGY
年，卷(期)：2003,27(11)
参考文献(9条)
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本文链接：https://www.doczj.com/doc/c94890662.html,/Periodical_gtxjs200311010.aspx
转换半导体激光器的波长面临挑战 非线性光学技术是填补激光光谱空白的有效办法，它包括简单的谐波产生和更为复杂的光参量振荡器（OPO）。二极管泵浦钕激光器的倍频使得绿色激光指示器的价格更低、结构紧凑，但是为什么开发人员不放弃激光泵浦，然后直接通过倍频的方式来产生所需的波长呢？ 绿光激光器实现了这一点，MicorVision公司生产的微微投影仪已经进入市场。但是这并不容易。非线性波长转换不仅需要高的激光源功率，激光打标机而且需要高的光束质量和窄线宽发射。https://www.doczj.com/doc/c94890662.html,把这些特性都集中到一台半导体激光器上并不容易。然而随着技术的不断进步，第一款产品已经进入市场，开发人员还在报告着更多令人兴奋的成果，包括新型激光器设计、二极管泵浦OPO、量子级联激光器的谐波和差频的产生。深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机 寻求倍频的二极管激光器 对二级管激光器进行倍频的工作起始于上世纪90年代早期，当时二极管已经达到较高的功率水平，但是波长止于红光。对近红外二极管激光器的输出进行倍频，可以得到可见光谱中的短波输出。激光打标机针对激光显示等应用，还可使用直接调制的短波激光器。 相干公司成功研制出一款名为D3的激光器（直接倍频二极管激光器），该激光器对860nm二极管激光器的100mW输出进行倍频，从而生成10mW的430nm波长的蓝光。它使用分布式布拉格反射激光器用于窄线宽输出，其输出还需要模式匹配并且相位锁定到外腔谐波发生器。这是业界第一款产品，但是由于没有找到合适的应用而最终退出市场。毫无疑问，部分原因是由于当时在日亚化学株式会社的中村修二成功开发出了蓝光氮化铟镓（InGaN）激光器。相干公司最终开发出了光泵表面发射半导体激光器，它可以倍频输出可见光，但是其更像固体激光器而非二极管激光器。 蓝光二极管激光器的成功，在绿光为中心的可见光光谱中留下了空隙。几年后，当消费电子领域寻找一种新技术用于投影电视的时候，这一问题凸显出来。如果可以找到合适的530nm激光源，激光背投电视可以提供比平板显示更好的色域。倍频钕激光器似乎是一个合理的选择，深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机但是由于不能按照所需速率直接对其进行调制，因此开发人员转而寻求倍频1060nm的二极管激光器或其他激光器，以生成530nm的绿光。 随着背投电视逐渐淡出消费电子市场，大多数项目都因此搁浅，但也有一些项目转向了那些用于移动设备的微微投影仪。Portola Valley公司的光学顾问John Nightingale表示，这类应用的成本要远低于电视应用。 康宁公司已经在刚起步的微投影仪市场上有所开拓。去年该公司推出了一款商用版的投影仪，并为MicroVision公司的Showwx投影仪提供激光器，后者用于iPod和笔记本电脑。康宁公司的绿光激光器对分布式布拉格反射（DBR）激光器的1060nm的输出进行倍频，该DBR激光器发射单频单模激光激光打标机。该激光器包括三部分：第一部分是DBR光栅，第二部分是相位调节器，第三部分是增益介质。康宁公司最初报道的结
OTU 光波长转换器主要用来增加网络的传输带宽和传输距离，并大大降低网络扩容的成本。它可以使网络容量在不影响原有业务的情况下迅速成倍地增加，同时大大提高网络的安全性。具有光中继、波长转换、传输介质在单模光纤与多模光纤之间转换等等功能。它适用于在 10Mb/s～2.5 Gb/s速率范围内各种数字信号(SDH、ATM、以太网、光纤通道)和模拟信号在光纤中的复用传输和波长转换。 光波长转换器主要用来增加网络的传输带宽和传输距离，并大大降低网络扩容的成本。 LM-CW可以使网络容量在不影响原有业务的情况下迅速成倍地增加，同时大大提高网络的安全性。 LM-CW具有光中继、波长转换、传输介质在单模光纤与多模光纤之间转换等等功能。它适用于在10Mb/s～2.5 Gb/s速率范围内各种数字信号(SDH、ATM、以太网、光纤通道)和模拟信号在光纤中的复用传输和波长转换，通常用于高质量网络电视(IPTV)，网络监控，高清电视(HDTV)，远程教育，远程医疗等领域，可配合模拟光端机，数字光端机和带光口的网络交换机使用。 主要应用： 1、网络扩容和升级：LM-CW可以将任意输入光波长转换为固定的ITU-CWDM输出光波长，在一根光纤里同时传输多达十几路的光信号，大大扩充光纤的传输容量和利用率，节省铺设光缆的时间和成本，在开通新业务时不影响原有业务。 2、各类信号混合传输：适用于10Mb/s～2.5 Gb/s速率内的SDH、ATM、以太网、光纤通道设备升级改造、长距离线路中继，模拟信号的传输，以及数字和模拟信号在一根光纤中的混合传输。 3、模式转换：可完成单模光波转换成任意单模、多模光波，适用于各种复杂的网络情况。 4、波长转换：完成单模、多模光波任意波长转换成CWDM波长，或将一个CWDM波长转换为另一个任意波长，传输距离可达100公里。 5、光中继：可将多个LM-CW串联以增加传输距离(可达数百公里)。 6、安全组网：利用LM-CW可在单对光纤中组成多个在物理通道上相互隔离虚拟光网(OPN)，使网络完全免受所有软件病毒和黑客的攻击，其安全性远高于通用的VPN，尤其适用于政府，公安，银行，地铁，国防军事等领域。
光纤系统光接收部分光电转换原理 光接收机是光纤通信系统的重要组成部分，其作用是将来自光纤的光信号转换成电信号，恢复光载波所携带的原信号。图4.3.1-8给出了数字光接收机的组成框图。 1.光检测器 光电检测器是光接收机的第一个关键部件，其作用是将由光纤传送来的光信号转换成电信号。光电检测器主要有PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD两种。PIN管使用简单，只需10~20V 的反向偏压，但PIN管没有增益。APD管具有10~200倍的增益，可以提高光接收机的灵敏度，但需要几十伏以上的偏压，增益特性受温度的影响较严重 2、前臵放大器 经光电检测器检测到的微弱的信号电流，流经负载电阻建立起信号电压后，由前臵放大器进行预放大。除光电检测器性能优劣影响光接收机的灵敏度之外，前臵放大器对光接收机的灵敏度有十分重要的影响。为此，前臵放大器必须是低噪声、宽频带的放大器。 3.主放大器 主放大器用来提供高的增益，将前臵放大器的输出信号放大到适合判决电路所需的电平。前臵放大器的输出信号电平一般为mV量级，而主放大器的输出信号电平一般为1~3V。 4、均衡器 光在光纤中传输时，由于将受到色散的影响，信号将发生畸变与展宽，使码元间相互影响，出现误码。均衡器的作用是对主放大器输出的失真的数字脉冲信号进行整形，使之成为最有利于判决、码间干扰最小的波形，通常为升余弦波 5、判决再生与定时提取 判决即是用一判决电平与均衡器输出信号进行比较，当在判决时刻输出的电压信号比判决电平高，则判断为“1”码，否则判断为“0”码。这样，可在判决再生电路的输出端得到一个和发送端发出的数字脉冲信号基本是一致由矩形脉冲组成的数字脉冲序列。为了精确地确定“判决时刻”，就需要从信号码流中提取准确的定时信息用来标定，以保证和发送端一致。这个工作由“定时提取”电路来完成。 6、峰值检波器与AGC放大器
第6章光波长转换单元 开放式OptiX BWS 1600G系统使用光波长转换单元可以接入任何厂商的光传输设备。OptiX BWS 1600G系统提供如下光波长转换单元： ●LWF：STM-64 标准FEC功能波长转换单元 ●LWFS：STM-64 标准FEC功能波长转换单元（SuperWDM） ●LRF：STM-64 标准FEC功能再生中继波长转换单元 ●LRFS：STM-64 标准FEC功能再生中继波长转换单元（SuperWDM） ●LWS：STM-64 增强型FEC功能波长转换单元 ●LRS：STM-64 增强型FEC功能再生中继波长转换单元 ●OCU：四路STM-16与单路STM-64转换单元（FEC） ●OCUS：四路STM-16与单路STM-64转换单元（FEC&SuperWDM） ●TMX：四路STM-16与OTU-2异步复用板（AFEC） ●TMXS：四路STM-16与OTU-2异步复用板（AFEC&SuperWDM） ●TMR：10.71G超强FEC再生中继波长转换板 ●TMRS：10.71G超强FEC再生中继波长转换板（SuperWDM） ●LWC：STM-16收发合一光波长转换板 ●LWC1： STM-16收发合一光波长转换板（支持G.709建议） ●TWC：STM-16发端光波长转换板 ●TRC：STM-16 FEC功能再生中继光波长转换板 ●TRC1： STM-16 FEC功能再生中继光波长转换板（支持G.709建议） ●LDG：双路GE接口板 ●LBE：10GE收发一体光波长转换板（LAN接口） ●LBES：10GE收发一体光波长转换板（LAN接口）（FEC&SuperWDM） ●LOG：八路GE业务汇聚和波长转换板(AFEC) ●LOGS：八路GE业务汇聚和波长转换板(AFEC&SuperWDM) ●LWX：任意速率光转换板 ●LWM：多速率光波长转换板 ●LQS：4xSTM-1/4光波长复用转换板 ●AP8：8路任意协议业务汇聚板
第三节光电效应波粒二象性 [学生用书P243]) 一、黑体和黑体辐射 任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领．辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布．这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射．为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体，以此作为热辐射研究的标准物体． 二、光电效应 1．定义：在光的照射下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)． 2．产生条件：入射光的频率大于极限频率． 3．光电效应规律 (1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多． (2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应． (3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 s. 1.判断正误 (1)我们周围的一切物体都在辐射电磁波．() (2)光子和光电子都是实物粒子．() (3)能否发生光电效应取决于光的强度．() (4)光电效应说明了光具有粒子性，证明光的波动说是错误的．() (5)光电子的最大初动能与入射光的频率有关．() (6)逸出功的大小与入射光无关．() 答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√ 三、光电效应方程 1．基本物理量 (1)光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34 J·s(称为普朗克常量)． (2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值． (3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸
每种颜色的光与波长的对应值 紫光 400～450 nm 蓝光 450～480 nm 青光 480～490 nm 蓝光绿 490～500 nm 绿光 500～560 nm 黄光绿 560～580 nm 黄光 580～595 nm 橙光 595～605 nm 红光 605～700 nm
根据光子能量公式：E＝hυ 其中，h为普朗克常数，υ为光子频率 可见光的性质是由其频率决定的。 另外，在不同折射率的介质中，光的波长会改变而频率不变。
色温 色温（colo(u)r temperature）是表示光源光色的尺度，单位为K（开尔文）。色温在摄影、录象、出版等领域具有重要应用。光源的色温是通过对比它的色彩和理论的热黑体辐射体来确定的。热黑体辐射体与光源的色彩相匹配时的开尔文温度就是那个光源的色温，它直接和普朗克黑体辐射定律相联系。 一．概述 基本定义 色温是表示光源光谱质量最通用的指标。一般用Tc表示。色温是按绝对黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。低色温光源的特征是能量分布中，红辐射相对说要多些，通常称为“暖光”；色温提高后，能量
分布中，蓝辐射的比例增加，通常称为“冷光”。一些常用光源的色温为：标准烛光为1930K （开尔文温度单位）；钨丝灯为2760-2900K；荧光灯为3000K；闪光灯为3800K；中午阳光为5600K；电子闪光灯为6000K；蓝天为12000-18000K。 显示器指标 色温（ColorTemperature）是高档显示器一个性能指标。我们知道，光源发光时会产生一组光谱，用一个纯黑体产生出同样的光谱时所需要达到的某一温度，这个温度就是该光源的色温。15英寸以上数控显示器肯定带有色温调节功能，通过该功能（一般有9300K、6500K、5000K三个选择）可以使显示器的色彩能够满足高标准工作要求。高档产品中有些还支持色温线性调整功能。 光源颜色 光源的颜色常用色温这一概念来表示。光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。在黑体辐射中，随着温度不同，光的颜色各不相同，黑体呈现由红——橙红——黄——黄白——白——蓝白的渐变过程。某个光源所发射的光的颜色，看起来与黑体在某一个温度下所发射的光颜色相同时，黑体的这个温度称为该光源的色温。“黑体”的温度越高，光谱中蓝色的成份则越多，而红色的成份则越少。例如，白炽灯的光色是暖白色，其色温表示为2700K，而日光色荧光灯的色温表示方法则是6000K。 某些放电光源，它发射光的颜色与黑体在各种温度下所发射的光颜色都不完全相同。所以在这种情况下用“相关色温”的概念。光源所发射的光的颜色与黑体在某一温度下发射的光的颜色最接近时，黑体的温度就称为该光源的相关色温。
1、 计算以下两种激光波长相应的光子的质量与能量（能量分别用焦耳和电子伏表示）。 （1）He-Ne 激光器632.8nm 激光； （2）CO 2激光器10.6mm 激光。 解：（1）He-Ne 激光器，l=632.8nm 激光；. （2）CO 2激光器10.6mm 激光。 例、氢原子第一激发态的能级E 1=-3.40eV,而基态能量E 0=-13.60eV 。问在室温下两能级的粒子数及粒子数之比? 解：原子按能级分布由波耳兹曼分布决定：kT E ge N /-=g 为一常数 室温 T=300K ： kT=1.38′10-23′ 300/1.60′10-19 =0.026eV 基态粒子数 ： x e x x e 4343.0lg 1010== kT= 0.026eV E 1=-3.40eV 激发态粒子数 ： 两能级粒子数之比 ： 可见在室温下处于热平衡状态时几乎全部的氢原子都处于基态，对其它物质的原子也能 得出同样的结果。 例1、已知某氦氖激光器输出功率为3mw 试计算其发出的光通量？（波长l=632.8nm ） 分析：输出功率3mW 是什么量？Fe l 求的是 Fv l 由光视效率公式 He-Ne 激光器的输出光通量Fnl=KmFel V(l)其中 Km=683 (l m/w) 由书上P15,图1-3-3可查得，当He-Ne 激光器的输出波长l=632.8nm 时,其光谱的光视效率（明视）V(l)=0.24得： Fnl=KmV(l) Fel =683′0.24′3′10-3 =0.492(l m) Hz c v 14981074.4108.632/103/?=??==-λc h c hv c m λε///22===8934103108.632/10626.6????=--) (1049.336 kg -?=163621091049.3???==-mc ε)(1014.319J -?=) (96.1106.1/1014.31919eV =??=--Hz c v 14681083.2106.10/103/?=??==-λc h c hv c m λε///22===8634103106.10/10626.6????=--)(1008.237kg -?=163721091008.2???==-mc ε)(1087.120J -?=)(117.0106.1/1087.11920eV =??=--kT E ge N /0 0-=026.0/)60.13(--=ge 523ge =227 4343.05231010g g ==?227010g N =kT E ge N /11-=026.0/)40.3(--=ge 137ge =5.594343.01371010g g ==?167 60227101010/==-N N λ λ ΦΦλe v m K V 1)(=
基于铌酸锂光波导的全光波长转换 周敏娟,孙军强 (华中科技大学光电子工程系,湖北武汉 430074) 摘要:研究了双脉冲泵浦情况下,在准相位匹配(QP M )的周期性极化反转的铌酸锂光波导(PP LN )中,基于级联二阶非线性效应———和频与差频效应(SFG +DFG )的全光波长转换。推导了描述SFG +DFG 波长转换的理论模型。通过数值模拟,研究了波长转换过程,观察到脉冲传播过程中出现了走离效应与脉冲展宽。研究了器件长度、信号波长、脉宽等参数对波长转换效率的影响。 关键词:周期性极化反转的铌酸锂光波导;级联二阶非线性效应;全光波长转换中图分类号:T N914 文献标识码:A 文章编号:100528788(2006)022******* A ll 2opti ca l wavelength conversi on ba sed on L i Nb O 3wavegu i des ZHO U M i n 2juan,SUN Jun 2q i a ng (Depart m ent of Op t oelectr onic Engineering,HUST,W uhan 430074,China ) Abstract:An all 2op tical wavelength conversi on based on the cascaded second 2order nonlinear interacti ons of Su m 2and D ifference 2Fre 2quency Generati on (SFG +DFG )in quasi -phase matched Peri odically Poled L i N b O 3(PP LN )W aveguides with a dual 2pulse pu mp s ource is studied .A theoretical model for the descri p ti on of the SFG +DFG wavelength conversi on is devel oped .The p r ocess of the wavelength conversi on is analyzed by nu merical si m ulati on and walk 2off effect and pulse br oadening have been observed in pulse p r opa 2gati ons .The study shows that the conversi on efficiency is affected by the length of the waveguides,signal wavelength and pulse width .Key words:Peri odically Poled L i N b O 3(PP LN )W aveguides;cascaded second 2order nonlinear interacti ons;A ll 2Op tical W avelength Conversi on (AOWC ) 全光波长转换器(AOWC )是发展未来光网络的关键器件之一。AOWC 在某一波长上接收输入光信号,而在另一个不同的波长上将其复制出来。它是光波长路由系统的核心器件,解决了全光传输网中的波长争用问题。此外,它在光开关、光交换、波长再生等技术中也有着广泛的应用。 用于实现波长转换的方案很多,其中,基于准相位匹配的周期性极化反转的铌酸锂光波导,利用级联二阶非线性效应实现的波长转换具有独特的优点:效率高、速度快、噪声低、无啁啾,易实现THz 的调制带宽;能以相等的效率同时向上和向下转换多个信道(波长);无附加的放大自发辐 射噪声;能实现全透明转换[1] 。目前,利用该效应实现波长转换的方案有两种:基于倍频与差频效应(SHG +DFG )和基于和频与差频效应(SFG +DFG )。其中,SFG +DFG 方案采用双泵浦驱动,泵浦波长可调性好,转换效率较高。 传统的利用连续泵浦实现的波长转换技 术已经比较成熟[2～3] ,然而由于高速全光网 络的发展,连续泵浦下的波长转换速率低,已经不再 适用。因而,国内外很多研究者都开始把焦点投向 了超短脉冲泵浦下的波长转换。 1 理论模型 SFG +DFG 实现的波长转换原理如图1所示。 1.5μm 波段频率为ωp1、 ωp2的两个脉冲泵浦源,其峰值功率分别为P p10和P p20,泵浦脉冲和信号脉冲 ωs (1.5μm 波段)同时注入准相位匹配的铌酸锂光波导中。泵浦脉冲通过SFG 产生780nm 波段的和频光脉冲,此光脉冲再与信号光脉冲通过DFG 作用,产生频率为ωc =ωp1+ωp2-ωs 的转换光脉冲,从而实现了波长转换。 图1 脉冲泵浦下SFG +DFG 波长转换原理图 这里,我们采用准相位匹配的周期性极化反转的铌酸锂光波导(PP LN ),它的通光范围大(0.4～4.5μm ),光波导对光波约束性强,互作用距离较长,便于与半导体激光器直接耦合。设传输轴为ξ,收稿日期:2005-07-15 作者简介:周敏娟(1982-),女,江苏常熟人,硕士,主要研究方向为全光波长转换及全光信号处理。 8 62006年 第2期(总第134期) 光通信研究 ST UDY ON OPTI CAL COMMUN I CATI O NS 2006 (Sum.No .134)
光的C波段L波段及DWDM波长换算 如下内容大都摘抄自网络，仅此备忘，尤其是光速299792458m/s，和C=λ*f 这个公式。 雷达波段(radar frequency band) 雷达发射电波的频率范围。其度量单位是赫兹(Hz)或周/秒(C／S)。大多数雷达工作在超短波及微波波段，其频率范围在30~300000兆赫，相应波长为10米至1毫米，包括甚高频(VHF)、特高频(UHF)、超高频(SHF)、极高频(EHF)4个波段。第二次世界大战期间，为了保密，用大写英文字母表示雷达波段。将230—1000兆赫称为P波段、1000—2000兆赫称为L波段、2000—4000兆赫称为S波段、4000~8000兆赫称为C波段、8000—12500兆赫称为x波段、12.5~18千兆赫称Ku波段、18~26.5千兆赫称K波段、26.5~40千兆赫称Ka波段。上述波段一直沿用至今。随着超视距雷达和激光雷达的出现，新波段的开辟，雷达采用的工作波长已扩展到从大于166 米的短波至小于10-7米的紫外线光谱。 技术文章中经常提及80波DWDM系统，这里的80波指的是单根光纤可以支持80波不同波长的光信号进行传输，如80波100G就是8.8T容量。但是为什么是80波，具体如何而来，今天有空研究一下，总结如下: 1）DWDM系统之前是CWDM系统，这个是粗（稀）波分，CWDM从1260nm 到1620nm波段，间隔为20nm，可复用16个波长通道，其中1400nm波段由于损耗较大，一般不用。主要在DWDM技术成熟前期应用较多，有点是成本低。随着DWDM技术的成熟和成本降低，CWDM应用较少。 2）DWDM采用100GHz或者50GHz间隔，可以支持40波或者80波。这里的100GHz或者50GHz间隔是与相关波长对应的。光纤有两个长波长的低损耗窗口，1310nm窗口和1550nm窗口，均可用于光信号传输，但由于目前常用的掺铒光纤放大器的工作波长范围为192.1～196.1THz。就在1550nm窗口附近。因此，光波分复用系统的工作波长区为192.1～196.1THz。具体参照 ITU-TG.692规定，一般有C波段或者L波段最常用，C-Band1530 to 1565nm，L-Band 1565 to 1625nm。这里解释一下，标称中心频率指的是光波分复用系统中每个通路对应的中心波长。在G.692中允许的通路频率是基于参考频率为193.1THz、最小间隔为200GHz、100GHz或50GHZ的频率间隔系列。 DWDM的中心波长是算出来的，基频是F=193.1THz，光速是 C=299792458m/s，则193.1T对应的波长就是
全光波长转换器实验 一、实验目的 1.了解全光波长转换器(All-optical wavelength converter, AOWC)在实际光 纤通信网络中的作用； 2.熟悉全光波长转换器的工作原理和分类； 3.掌握增益钳制型波长转换器(Gain-clamped Wavelength Converter)的静态、 动态特性测试与分析； 4.掌握误码仪、光谱仪、光示波器等常见测试仪表的使用。 二、实验原理 1.全光波长转换器的应用 全光波长转换器是全光网络(AON)的核心技术之一，它能够缓解光交叉连接(OXC)中的波长阻塞，实现不同光网络见的波长匹配，增强网络管理的灵活性和可靠性。WDM光网络采用波长路由，波长路由网络有两个显著的特点：一是波长决定了光信号传输的路径，因此一个节点可以同时发出多路不同的波长信号，每路信号到达不同的目的地，目的地的数量与这个节点所能产生的波长数相同；二是每路信号被限制在特定通道中，因此只要这些通道不在同一条光纤中，在网络的其他部分就可以同时使用这些信号的波长，即实现波长重用。因此，波长是WDM光网络中非常重要的资源，如何有效的提高光网络中的波长利用率是WDM光网络中的重要问题。在不带波长转换的网络中，两个节点之间建立一个连接，在其通路上经过的所有链路段必须使用同一波长，如果有另外的连接需要使用其中某个链路段的这一波长，则会发生波长阻塞现象。通过波长转换则可将信号转换到其它空闲的波长上，避免发生波长阻塞，提高波长利用率。通信网络中采用波长转换器，能使参与波分复用的波长数目减少，大大降低网络中的波长阻塞率，使网络组建、子网管理更具灵活性与兼容性。 近年来全光波长转换在光纤接入网中也得到越来越广泛的应用。华中科技大学和中兴通讯股份有限公司共同提出的混合波分复用-时分复用无源光网络(The
第七章 光电转换器件 1、什么是光电探测器件的光谱响应特性？了解它有何重要性？ 2、为什么结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应？结型光电器件必须 工作在哪种偏置状态？ 3、如何理解“热释电探测器是一种交流或瞬时响应的器件”? 4、光敏电阻和热敏电阻其阻值随光照强度的变化规律分别是什么？ 5、光电探测器的“电压响应度”和“电流响应度”如何定义？ 6、光电导探测器的“截止频率”如何定义？ 7、 光敏电阻的“亮电阻”、“暗电阻”的含义是？实际应用中，选择光敏电阻时， 其暗电阻阻值越大越好还是越小越好？为什么？ 8、光电导探测器的工作电路如左图所示， 试推导光敏电阻的最佳负载电阻阻值。 9、一块半导体样品，有光照时电阻为50Ω，无光照时为5000Ω，求该样品的 光电导。 10、 已知CdS 光敏电阻的最大功耗为40mW ，光电导灵敏度 lx s S g /105.06-?=，暗电导00=g ，若给CdS 光敏电阻加偏压20V ，此时入射到CdS 光敏电阻上的极限照度为多少勒克斯？ 11、敏电阻R 与Ωk R L 2=的负载电阻串联后接于V U b 12=的直流电源上，无光照时负载上的输出电压为mW U 201=，有光照时负载上的输出电压为V U 22=。求：（1）光敏电阻的亮电阻和暗电阻阻值； （2）若光敏电阻的光电导灵敏度lx s S g /1066-?=，求光敏电阻所受的照度。 12、已知CdS 光敏电阻的暗电阻ΩM R D 10=，在照度为 100lx 时亮电阻Ωk R 5=，用此光敏电阻控制继电器，如
右图所示。如果继电器的线圈电阻为4Ωk ，继电器的吸合电流为2mA ，问需要多少光照度时才能使继电器吸合？ 13、太阳能电池的“开路电压”、“短路电流”、“转换效率”、“最佳负载电阻”如 何定义？ 14、（1）硅光电池的的开路电压为oc U ，当光照度增加到一定值后， oc U 为何不 随光照度的增加而增加，只是接近0.6V ？（给出开路电压饱和的物理解释） （2） 随着光照度的增加，光电池的短路电流是否会出现饱和现象？为什么？ 15、在太阳能电池的伏安特性曲线中， （1） “光电压区域”和“光电流区域”如何定义？ （2） 用光电池探测缓变光信号时，应工作在哪个区域？ 16、（1）PIN 管和普通PN 结光电二极管相比在结构上有何区别？ （2）简述PIN 管、雪崩光电二极管的工作原理。 （3）它们和普通的PN 结光电二极管相比，性能有哪些改善？ （4）PIN 管的频率特性为什么比普通光电二极管好？ 17、2CU 型和2DU 型光电二极管在结构上由何区别？2DU 型引入环极的作用是 什么？ 18、（1）简述光电倍增管的工作原理。 （2）光电倍增管的“阳极灵敏度”、“阴极灵敏度”、“放大倍数”如何定义？ 19、现有GDB-433型光电倍增管，其光电阴极的面积为2cm 2，阴极灵敏度lm A S K /25μ=，倍增系统的放大倍数为105，阳极额定电流为20A μ，求允许的最大光照。 20、用波长为0.633m μ的单色辐射照射2CU 硅光电二极管，入射光功率为2mW ，输出光电流为0.6mA ，求光电二极管的响应度和量子效率。 21、（1）已知硅PIN 光电二极管的量子效率7.0=η，波长m μλ85.0=，求其响 应度。 （2）已知锗PIN 光电二极管的量子效率4.0=η，波长m μλ6.1=，求其响应 度。 22、光电倍增光的光阴极灵敏度为lm A /50μ，每一个倍增极的二次电子收集率为 80%，二次电子发射系数6=σ，共有11级，求阳极灵敏度。（令1≈f ） 23、制作探测波长为0.9m μ的光电二极管，相应的半导体材料的禁带宽度是多少 电子伏特？
三次谐波与四波混频 （2013年12月31） 摘要：讨论了各向同性介质中的三阶非线性过程，以及四波混频和它的特殊情况。 关键词：三阶非线性过程，四波混频。 一、 各向同性介质中的三阶非线性过程 只有不具有中心对称性的介质或者各向异性介质才具有二阶非线性，但是所有介质都存在着三阶非线性。一般(3)χ比(2)χ小得多，故三阶效应要比二阶效应弱得多。在三阶非线性现象中，也存在着光与介质不发生能量交换，而参与作用的光波之间发生能量交换的非线性效应，这被称为波动非线性效应。 设输入光场()E t 是由沿z 方向传播的三个不同频率的单色光场组成 312123().i t i t i t E t E e E e E e c c ωωω---=+++ （1.1） 相应的各向同性介质中的三阶非线性极化强度为 (3)(3)30()()P t E t εχ= （1.2） 将式（1.1）代入式（1.2），可见(3)()P t 是具有不同频率的（包括零频）的各项极化强度之和，可以写成
(3)()()n i t n n P t P e ωω-=∑ （1.3） 式中n 取±，负号表示复数共轭量，包括极化强度的各种频率成分： 11211231231200,0,3,,,2ωωωωωωωωωωωω+++-+等。这些频率项分别表示三次谐 波、四波混频、相位共轭、光克尔效应、自聚焦、饱和吸收、双光子吸收、受激散射等三阶非线性光学效应。 三倍频效应是频率为ω的光场入射介质产生频率为3ω光场的过程，其极化强度为 (3)(3)30(3)(3;,,)( )P E ωεχωωωωω= （1.4） 这里D=1. 很少有晶体能实现三倍频的相位匹配，而且输入激光的强度往往受到光损伤的限制。气体激光损伤极限强度比固体要高几个数量级，研究表明碱金属蒸汽在可见光区极化率 (3)χ有很强的共振增强，因此具有较强的三倍频效应。 以功率比表示的三倍频的转换效率为 222(3)223243039()sin ()2P P L kL c P c n n S ωωω ωωωηχε?== （1.5） 定义相干长度c c /,L=L kL /2/2c L k ππ=??=当时，，三倍频效率很快下降；当0k ?=，相位匹配，有最大的转换效率。 二、 四波混频 四个不同频率的波在介质中混频，如图2.1所示。入射波为 1234(),(),(),E E E E ωωωω合成波为（） 。 在四波混频过程中，光子的能量守恒与动量守恒关系如下
实验项目：四波混频原理及特性研究学院年级： 姓名： 学号：
引言 在非线性介质中的四波混频是目前普遍采用的一种重要的实现光学相位共扼的方法。早在20世纪60年代，全息术的开拓者们如Gabor、Denisyuk、Leith和Upatnieks等就产生了光波混频的想法。自Kogelnik于1965年提出传统的静态全息技术可通过静态不均匀介质成像之后，全息技术的发展就与最早的光学相位共扼有关了。1971年，stepanov等人分别提出了实时全息的设想并做了验证.他们的想法是基于两束相干光在特定的非线性材料中形成全息图，同时由第三束光(波长可与前两束光不同)读出记录的信息，这就是四波混频的雏形。1994年，美国亚利桑那大学的Meerllolz等研究者通过外加电场，利用光折变效应在一种新型聚合物内获得了近100%的衍射效率，这为聚合物材料光存储的实用化展示了美好前景, 掺偶氮染料聚合物材料是一类比较典型的光存储材料，其光存储过程主要包括光致异构、激发态吸收等效应，目前尚未有完整同一的理论描述.本文即针对一种偶氮染料掺杂的高分子薄膜进行了四波混频特性研究，取得了一些有意义的结果. 关键词: 相位共扼;四波混频;非线性光学 实验原理: 偶氮染料是一类具有光致异构特性的有机非线性光学材料，其分子结构是在两个苯环之间以一偶氮双键(一N~N一)相连接，参见图 在通常条件下，偶氮染料的顺式异构体不稳定，分子大多数处于反式异构体状态.在共振光作用下，反式偶氮分子吸收一个光子后跃迁到单重激发态，经过系间跃迁无辐射弛豫到三重激发态，偶氮双键之一绕另一键旋转，这样偶氮分子就由反式结构转变成顺式结构.顺式偶氮分子不稳定，可以通过加热或暗过程由顺式缓慢地转变成反式结构.利用染料分子的光致异构过程可以实现光存储. 四波混频(DFWM)的结构如图1.简并是指参与作用的4束光波频率相同.当有频率为ω的3个波E1(ω,z),E2(ω,z),E3(ω,z)(E1,E2是彼此反向传播的泵浦波,E3是探测信号光波)作用于非线性介质时,自动满足相位匹配条件,即κ1+κ2=κ3+κ4=0,将产生与E3反向传播的相位共轭光波E4. 在介质中相互作用的4个平面波为El=El(r)exp[-i(ωt-κlr)](l=1,2,3,4) 如果4个光波为偏振方向相同的线偏振光,泵浦光的强度远远大于探测信号光的强度,则可以忽略泵浦抽空效应.在这种情况下,只需考虑E3(r)和E4(r)所满足的方程即可.假设E3(r),E4(r)
目录 第1章引言 碰撞问题是物理学中常见的问题，早在1639年就有物理学家开始提出有关碰撞的问题，之后的几百年中无数科研工作着持续对碰撞问题进行探索，提出不同的假设，运用实验演示验证自己的理论，研究碰撞问题的规律和特点等。当时的碰撞问题还只局限于宏观物体的碰撞，到近代物理研究中碰撞问题的研究已经深入到微观领域。物质是由分子构成，碰撞效应能够对对物质的结构的检测和分析，用于研究激光制冷。对于碰撞截面的探究有助于我们了解碰撞系统下能量的再分布，各个能级之间的跃迁几率等等。它不仅仅在物理方向具有重要作用，而且在其它领域都具有广泛的应用，包括，天文学、等离子体学、原子物理学化学、材料和气体电子学等领域。关于碰撞的研究与之有联系的种类相当宽泛：原子间碰撞、Au+Au碰撞等。由于碰撞效应能够为许多实际生产应用部门都会需要相关数据，促进各个领域的飞速发展，因此碰撞效应[1-2]的研究具有重要的研究价值 四波混频是一种先进的光谱学技术，随着激光技术的不断发展使得四波混频技术的应用有的巨大的提高，比以往的技术相比拥有许多技术优势，因而四波混频技术是一种常用技术手段。 本文中我们就应用四波混频来研究多普勒系统中的碰撞效应。 1.1 碰撞效应 近代物理学中无数科研工作着对微观领域的碰撞问题进行探索，发现碰撞的的特点之一就是粒子之间发生碰撞之后，辐射频率发生改变。 一个原子或者分子和其它物质产生碰撞时,能导致其固有辐射频率的改变,这个现象就叫做碰撞效应。宇宙中的物质都是由原子分子构成的，碰撞效应的理论可以用来分析原子或分子内部的结构，为众多学科的研究和发展奠定了理论基础，提供了实验方法，具有非常重要的研究价值。 关于碰撞问题的研究包括对碰撞截面的研究，对谱线线性的研究，对谱线展宽的研究等等。碰撞效应在物理化学甚至其它领域都具有广泛的应用，包括，天文学[3]、等离子体学[4-6]、原子物理学化学[7-9]、材料和气体电子学[10-14]等领域。例如通过对谱线展宽、 II
第一章 电子衍射分析基础知识 1-1 电子的波动性 近代物理研究证实，微观世界中一切客体都具有粒子性与波动性，电子衍射是对运动具有波动性的有力证据。 为了把电子的粒子性与波动性这一对矛盾统一起来，近代物理用德布罗意关系，把表征粒子性的能量E 和动能P 与描述波动性的波长与频率机即λ与ν联系起来，即 E=h ν P=h/λ 式中h=6.6254×10-34焦耳·秒是普朗克常数。若电子的静止质量280101086.9-?=m g ，而电子的电荷e=4.8029×10-10静电单位。 若一束电子在电压V 作用下加速后，以速度u 均匀运动，则 E=ev= 2 1 m 0u 2 P=m 0u 电子波长λ为： V em h 02= λ 对500电子伏以下的低能电子的电子波长： V 26 .12= λ（埃） 目前透射电子显微镜中电压高达几千千伏或数百千伏，电子能量达数十千夫以上。电子波长应加入相对论的修证后进行计算，即 )21(22 00c m eV V em h + = λ 2 12 0)21(c m eU + 是相对论修正系数,经修正后电子波长为: ) 10979.01(26.126 V V -?+= λ V 为加速电压（伏），λ为电子波长（埃）。
1-2晶体对电子的散射 1-2-1布拉格定律： 晶体内部的质点是有规则的排列，由于这种组织结构的规则 性，电子的弹性散射波可以在一定方向相互加强，除此以外的方向则很弱，这样就产生一束或几束衍射电子波，晶体内包含着许多族晶面的堆垛，每一族晶面的每一个晶面上质点都按同样的规律排列且这族晶面的堆垛间距是一个恒定的距离，称之为晶面间距d hkl 。 当一束平面单色波照射到晶体上时，各族晶面与电子束成不同坡度，电子束在晶面上的掠射角θ标记上述特征入射束的波前A 、B ，散射束的波前为A ’、B’，当第一层晶面的反射束Q A ’与透射束在第二层晶面反射束RB ’间的光程差RT SR +=δ，晶面间距d ，则θδsin 2d = 按波的理论证明，两支散射束相干加强的条件为波程差是波长的整数倍，即： λθn d =sin 2 这就是布拉格定律或布拉格方程，其中n 为整数，晶面间距d 代表晶体的特征，λ为电子波长代表入射电子束的特征，θ为掠射角代表入射束与d 代表的晶面间的几何关系。布拉格定律规定了一个晶体产生衍射的几何条件，它是分析电子衍射谱的几何关系的基础。只要晶面间距d hkl 和它对入束的取向θ满足布拉格定律，可以同时产生衍射： λθ=s i n 2 n d h k l 据晶面指数的定义，晶面间距小了n 倍就相当于晶面指数大了n 倍： λθ=s i n 2..ne nk nh d n 为晶面的（hkl ）衍射级数，因此，以上公式是把晶面（hkl ）的n 级衍射,换成晶面（nh,nk,nl ）的一级衍射，nh,nk,nl 是干涉面（晶面指数为nh,nk,nl ）的指数。因此，经简化后的布拉格定律公式可以不写n,即 λθ=sin 2d 1-2-2 反射球一布拉格定律的图解： 若把晶体置于球心O ， 111 AO OO ==λ 为半径作一 个球，1AO 为入射电子束，O O 1为透射束，反射束 为G O 1，若θ=∠O A G 即掠射角则θsin ?=AO OG
每种颜色的光与波长的对应值 紫光400～450 nm 蓝光450～480 nm 青光480～49 0 nm 蓝光绿490～500 nm 绿光500～560 nm 黄光绿560～58 0 nm 黄光580～595 nm 橙光595～605 nm 红光605～700 nm
根据光子能量公式：E＝hυ 其中，h为普朗克常数，υ为光子频率 可见光的性质是由其频率决定的。 另外，在不同折射率的介质中，光的波长会改变而频率不变。
色温 色温（colo(u)r temperature）是表示光源光色的尺度，单位为K（开尔文）。色温在摄影、录象、出版等领域具有重要应用。光源的色温是通过对比它的色彩和理论的热黑体辐射体来确定的。热黑体辐射体与光源的色彩相匹配时的开尔文温度就是那个光源的色温，它直接和普朗克黑体辐射定律相联系。 一．概述 基本定义 色温是表示光源光谱质量最通用的指标。一般用Tc表示。色温是按绝对黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。低色温光源的特征是能量分布中，红辐射相对说要多些，通常称为“暖光”；色温提高后，能量
分布中，蓝辐射的比例增加，通常称为“冷光”。一些常用光源的色温为：标准烛光为1930K （开尔文温度单位）；钨丝灯为2760-2900K；荧光灯为3000K；闪光灯为3800K；中午阳光为5600K；电子闪光灯为6000K；蓝天为12000-18000K。 显示器指标 色温（ColorTemperature）是高档显示器一个性能指标。我们知道，光源发光时会产生一组光谱，用一个纯黑体产生出同样的光谱时所需要达到的某一温度，这个温度就是该光源的色温。15英寸以上数控显示器肯定带有色温调节功能，通过该功能（一般有9300K、6500K、5000K三个选择）可以使显示器的色彩能够满足高标准工作要求。高档产品中有些还支持色温线性调整功能。 光源颜色 光源的颜色常用色温这一概念来表示。光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。在黑体辐射中，随着温度不同，光的颜色各不相同，黑体呈现由红——橙红——黄——黄白——白——蓝白的渐变过程。某个光源所发射的光的颜色，看起来与黑体在某一个温度下所发射的光颜色相同时，黑体的这个温度称为该光源的色温。“黑体”的温度越高，光谱中蓝色的成份则越多，而红色的成份则越少。例如，白炽灯的光色是暖白色，其色温表示为2700K，而日光色荧光灯的色温表示方法则是6000K。 某些放电光源，它发射光的颜色与黑体在各种温度下所发射的光颜色都不完全相同。所以在这种情况下用“相关色温”的概念。光源所发射的光的颜色与黑体在某一温度下发射的光的颜色最接近时，黑体的温度就称为该光源的相关色温。