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(zhǎng)光信號(hào)從多波長(zhǎng)混合信號(hào)中有選擇性提取出來(lái)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(zhǎng)數(shù)越來(lái)越多，單信道的傳輸速率也越來(lái)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(dòng)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(duì)可調(diào)諧光濾波器的性能要求也越來(lái)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(shí)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(shí)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(jià)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(shí)，由于膜層有效光學(xué)厚度的變化，其中心波長(zhǎng)會(huì)向短波方向移動(dòng)。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(duì)象，基于薄膜光學(xué)特征矩陣?yán)碚?，?duì)窄帶濾光片在傾斜入射時(shí)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(shí)降低其偏振敏感性的辦法和規(guī)律。通過(guò)膜系尋優(yōu)算法的研究，設(shè)計(jì)并制備了角度調(diào)諧濾光片。同時(shí)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)證明結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)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(chǎng)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(duì)窄帶濾光片的帶寬、矩形度、紋波特性和群時(shí)延、群時(shí)延色散等進(jìn)行了分析，對(duì)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(duì)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(shí)，其兩個(gè)偏振模式

5、的透射中心波長(zhǎng)將出現(xiàn)明顯的分離，通過(guò)調(diào)節(jié)膜系間隔層的結(jié)構(gòu)，能使其實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)消除偏振分離現(xiàn)象；
　　 (4)針對(duì)光纖通信所使用窄帶濾光片的實(shí)際要求，提出了角度調(diào)諧窄帶濾光片的設(shè)計(jì)指標(biāo)以及膜系初始結(jié)構(gòu)，并根據(jù)設(shè)計(jì)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(shí)際制備了設(shè)計(jì)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(jì)和完成了實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)際測(cè)

6、試，測(cè)試結(jié)果證明各項(xiàng)指標(biāo)都基本滿足設(shè)計(jì)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(duì)測(cè)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(shí)驗(yàn)上的研究，并制備了動(dòng)態(tài)的光路補(bǔ)償裝置，實(shí)驗(yàn)證明能有效的降低透射光譜的損耗；
　　 (7)針對(duì)測(cè)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(shí)驗(yàn)上的研究，并制備了光斑整形裝置，實(shí)驗(yàn)證明設(shè)計(jì)的整形棱鏡組能有效的

7、降低光斑展寬造成的干涉級(jí)次降低問(wèn)題；
　　 (8)針對(duì)濾光片的調(diào)諧范圍，通過(guò)利用基于光子晶體的偏振分束器和半波片以及雙級(jí)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(jì)，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)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(gè)C波段，同時(shí)還能在整個(gè)調(diào)制范圍內(nèi)做到完全偏振無(wú)關(guān)；
　　 (9)在廣泛查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出了基于我們?cè)O(shè)計(jì)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(jì)。理論分析和實(shí)驗(yàn)