光学滤波器详解 光 滤 波 器 光滤波器：在光纤通信体系中，只答应必定波长的光信号经过的器材。 光滤波器可分为固定的和可调谐的两种。 固定滤波器答应一个固定的、预先确定的波长经过，而可调谐的滤波器可动态地挑选波长。 Fabry-Perot滤波器 根底原理：F-P干与仪，平行平板的多光束干与。 当入射光波的波长为腔长的整数倍时， 光波可构成安稳振动， 输出光波之间会发生多光束干与， 终究输出等距离的梳状波形（对应的滤波曲线为梳状）。 F-P 滤波器特性 自在谱区FSR(Free Spectral Range)：相邻两个谐振频率的距离。 FSR=C/2nd n-中心介质折射率；d-腔长 3dB带宽?F：传输系数的数值降为最大值的一半应的频带宽度。 R越大， ?F越窄 精密度F(Finesse)：自在谱区与3dB带宽之比。 R越大，精密度越大。 Frequency ?F FSR＝C/2nd 高反射率?窄带滤波器 ?(f) (a) FSR 传输函数 Pin(f) (b) 输入功率 Pout(f) (c) 输出功率 f1 f2 f3 …………. fN P1 P2 P3 …………. PN f1 f2 f3 …………. fN F-P滤波器的传输特性 (a)传输函数 (b)N个信道经波分复用后加到滤波器输入端的频谱图 (c)滤波器输出端 DWDM体系对F-P滤波器参数的要求： F-P腔的自在谱区FSR有必要大于多信道复用信号的频谱宽度，避免使信号堆叠，构成紊乱。 在DWDM中，信道距离小于1nm，所以要求F-P腔有较窄的带宽?F。 精密度F要高 级联F-P腔 多层介质膜滤波器 介质薄膜光滤波器解复用器使用光的干与效应挑选波长。接连反射光在前表面相长干与复合，在必定的波长规模内发生高能量的反射光束，在这一规模之外，则反射很小。 这样经过多层介质膜的干与，经过某一波长，阻挠其它波长。 多层介质膜作业原理 一切从前后相挨的两个界面上反射的波都具有相长干与的特性(相位差为180度)，经过几层这样的反射后，透射光强度将很小，而反射系数将到达 1。 薄膜多共振腔滤波器 传输特性： 腔越多?滤波器顶越平 边际越陡 光纤光栅 光纤光栅是近几年开展最为敏捷的一种光纤无源器材。 它是使用光纤中的光敏性而制成的。 光敏性是指当外界入射的紫外光照耀到纤芯中掺锗的光纤时，光纤的折射率将随光强而发生永久性改动。 人们使用这种效应可在几厘米之内写入折射率散布光栅，称为光纤光栅。 光纤光栅最明显的长处是插入损耗低，结构相对比较简单，便于与光纤耦合，而且它具有高波长挑选性。 (1) 干与法 干与法是使用双光束干与原理，将一束紫外光分红两束平行光，并在光纤外构成干与场，调理两干与臂长，使得构成的干与条纹周期满意制造光纤光栅的要求。 (2) 相位掩膜板法 相位掩膜板法，是使用预先制造的膜板，当紫外光经过相位板时发生干与，从而在光纤圆柱面构成干与场，将光栅写入光纤。 光纤光栅的发生 外部写入法 紫外掩模写入法： 1. 用两束紫外光照耀光纤并发生干与 2. 掺锗的高光敏纤芯在光强部分折射率添加 3. 光栅永久写入光纤 关于同向传输的两个波，假如传播常数满意Bragg条件，两波之间将发生能量的耦合。 Bragg条件： 特别地，假如满意 能量将耦合至波长与入射波相同的反向传输的散射中--反射式滤波器?FBG? 光栅周期 光纤光栅作业原理 FBG: length Period ? 反射中心波长 纤芯的有用折射率 光栅周期 依据不同的折射率散布，FBG分类： 1. 均匀的Bragg光栅： 谐振峰两头有一些旁瓣。 因为光纤光栅两头折射率骤变引起F-P效应导致的。 旁瓣分散了光能量，不利于其使用，需进行旁瓣按捺。 2. 切趾型光栅： 两头折射率散布逐步递减至零，消除了折射率骤变，从而使反射谱不存在旁瓣 高斯切趾 平均值为零的升余弦切趾 3. 啁啾光栅： 折射率调制起伏不变，而周期沿光栅轴向改变，反射谱宽添加 短波长 长波长 4. 取样光栅Sampled gratings：梳状滤波器 5. 相移光栅Phase-shifted FBGs: ?相移 Mach-Zehnder型滤波器 长度相差?L的两根波导，用来在两臂间发生与波长有关的相移 对输入信号进行分路的3dB耦合器 在输出端将信号复合的3dB耦合器 经过割裂输入光束以及在一条通路上引入一个相移，重组的信号将在一个输出端发生相加性干与，而在另一个输出端发生相消性干与，信号终究只会在一个输出端口呈现。 作业原理 从端口1输出的光： 途径下臂的光相对上臂的相位差为p/2 + bDL + p/2 从端口2输出的光： 途径下臂的光相对上臂的相位差为p/2 + bDL - p/2 假如在输入端的波长 满意bDL = kp (k为奇) 两个支路的光在上输 出端口相差2p的整数 倍，鄙人端口的光相 差p的整数倍，因此， 光终究从上端口输出 假如在输入端的波长 满意bDL = kp (k为耦) 那么光信号由下输出 端口输出 因此不同的波长能够 解复用到不同输出端 b：传播常数 Input 1 Output 2 Output 1 ?/2+??L+ ?/2= ??L+ ? ?/2+??L- ?/2= ??L ??L=2?neff ?L /?=k ? k为偶数 Output 2 k为奇数 Output 1 使用传输矩阵做多元化的剖析(1) 长度为d的耦合器的传输矩阵Mcoupler为： C为耦合系数 关于平分功率的3dB耦合器，Cd=?/4： 中心区域，两个波导的输出具有??的相位差： 留意：相位差能够由不同的途径长度(用?L给出) 或n1?n2时的折射率差发生。这儿，考虑两臂具有相同的折射率，而且n1=n2 =neff(波导中的有用折射率)，所以： 。式中?＝2?neff/?。 对一给定的相位差，与之相对应的传输矩阵为： 使用传输矩阵做多元化的剖析(2) 使用传输矩阵做多元化的剖析(3) Ein,1 Ein,2 Eout,1 Eout,2 输出与输入光场的关系为： 构建一复用器，?1在Ein,1注入， ?2在Ein,2注入，所以： Eout,1 =j[Ein,1(?1)sin(?1?L/2)＋Ein,2(?2)cos(?2?L/2)] Eout,2 =j[Ein,1(?1)cos(?1?L/2)－Ein,2(?2)sin(?2?L/2)] 使用传输矩阵做多元化的剖析(4) 场强：Pout,1=sin2(?1?L/2)Pin,1+cos2(?2?L/2)Pin,2 Pout,2=cos2(?1?L/2)Pin,1+sin2(?2?L/2)Pin,2 注:穿插项频率是光载波频率的两倍,在光检测器的呼应才能之外,因此去除. 欲将?1和?2复用到输出端口2，则?1?L/2=?及?2?L/2=?/2 ，或许： 则干与仪两臂长度差： * * * * b传播常数 * * * * * b传播常数 *

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