基于薄膜濾波技術(shù)(TFF)的DWDM可調(diào)諧光濾波器的研究.pdf

1、作為能將單一波長光信號從多波長混合信號中有選擇性提取出來的可調(diào)諧光濾波器，是密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)中必不可少的器件。隨著密集波分復(fù)用技術(shù)的不斷演進(jìn)，光纖中傳輸?shù)牟ㄩL數(shù)越來越多，單信道的傳輸速率也越來越高，光通信網(wǎng)正由靜態(tài)的波分復(fù)用系統(tǒng)向高速動態(tài)路由的全光通信網(wǎng)絡(luò)演變。因此波分復(fù)用系統(tǒng)對可調(diào)諧光濾波器的性能要求也越來越高，除了要具有良好的濾波特性外，還要具有較大的可調(diào)諧范圍，較低的成本和盡可能小的信道串?dāng)_。目前已有的可調(diào)諧濾波技術(shù)主

2、要有光纖光柵型可調(diào)諧光濾波器、聲光型可調(diào)諧光濾波器、F-P腔型可調(diào)諧光濾波器和陣列波導(dǎo)光柵型可調(diào)諧光濾波器等。但這些技術(shù)都不能同時滿足低成本、通帶平頂、較大的可調(diào)范圍、低串?dāng)_、偏振和溫度不敏感的要求，因此在實際工程應(yīng)用中受到限制。由于多腔窄帶薄膜濾光片具有價格低、通帶窄、插入損耗低和溫度穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，因此采用其作為濾波器得到了廣泛的應(yīng)用。窄帶濾光片在傾斜入射時，由于膜層有效光學(xué)厚度的變化，其中心波長會向短波方向移動。但是由于其偏振敏感

3、性，限制了其在可調(diào)諧濾波方面的應(yīng)用。
　　 本文以多腔窄帶濾光片為主要的研究對象，基于薄膜光學(xué)特征矩陣?yán)碚?，對窄帶濾光片在傾斜入射時的各種特性進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，得到了在傾斜入射時降低其偏振敏感性的辦法和規(guī)律。通過膜系尋優(yōu)算法的研究，設(shè)計并制備了角度調(diào)諧濾光片。同時設(shè)計并制備了以該角度調(diào)諧濾光片為核心的三端口可調(diào)諧濾波器件。實驗證明結(jié)果達(dá)到設(shè)計所需的指標(biāo)。具體的工作、結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 (1)分析了多層薄膜系統(tǒng)

4、的光學(xué)特性，基于麥克斯韋爾的電磁場理論，推導(dǎo)了薄膜系統(tǒng)的光學(xué)特征方程，并在此基礎(chǔ)上分析了窄帶濾光片膜系的光譜響應(yīng)和相位特性與膜系結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系；
　　 (2)對窄帶濾光片的帶寬、矩形度、紋波特性和群時延、群時延色散等進(jìn)行了分析，對濾光片紋波的抑制技術(shù)進(jìn)行了研究，得出了影響這些特性指標(biāo)的規(guī)律和抑制紋波的方法；
　　 (3)對窄帶濾光片的傾斜入射特性進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析和探討，當(dāng)濾光片的傾斜入射角度增加時，其兩個偏振模式

5、的透射中心波長將出現(xiàn)明顯的分離，通過調(diào)節(jié)膜系間隔層的結(jié)構(gòu)，能使其實現(xiàn)對準(zhǔn)消除偏振分離現(xiàn)象；
　　 (4)針對光纖通信所使用窄帶濾光片的實際要求，提出了角度調(diào)諧窄帶濾光片的設(shè)計指標(biāo)以及膜系初始結(jié)構(gòu)，并根據(jù)設(shè)計的尋優(yōu)算法以及相應(yīng)的程序得到了一組信道間隔為100GHz的角度調(diào)諧窄帶濾光片膜系；
　　 (5)實際制備了設(shè)計用于信道間隔為100GHz的DWDM四腔窄帶角度調(diào)諧濾光片，設(shè)計和完成了實驗測試平臺，并對其進(jìn)行了實際測

6、試，測試結(jié)果證明各項指標(biāo)都基本滿足設(shè)計要求，在20nm的有效調(diào)諧范圍內(nèi)具有較低的偏振敏感特性；
　　 (6)針對測試中出現(xiàn)的光路位移以及由于導(dǎo)致的準(zhǔn)直器耦合度降低的現(xiàn)象，進(jìn)行了理論和實驗上的研究，并制備了動態(tài)的光路補(bǔ)償裝置，實驗證明能有效的降低透射光譜的損耗；
　　 (7)針對測試中出現(xiàn)的光斑展寬以及由此導(dǎo)致的半寬展寬以及通帶高斯化現(xiàn)象，進(jìn)了了理論和實驗上的研究，并制備了光斑整形裝置，實驗證明設(shè)計的整形棱鏡組能有效的

7、降低光斑展寬造成的干涉級次降低問題；
　　 (8)針對濾光片的調(diào)諧范圍，通過利用基于光子晶體的偏振分束器和半波片以及雙級濾波的方法，提出了一種完全消偏振的可調(diào)諧濾波設(shè)計，理論計算和實驗證明該方法能進(jìn)一步加大濾光片的調(diào)諧范圍，使之調(diào)諧范圍能覆蓋整個C波段，同時還能在整個調(diào)制范圍內(nèi)做到完全偏振無關(guān)；
　　 (9)在廣泛查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出了基于我們設(shè)計的角度調(diào)諧濾光片的三端口可調(diào)諧光濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計。理論分析和實驗