光學濾波器課件光

濾

波

器

光濾波器:在光纖通信系統中,只允許一定波長得光信號通過得器件。光濾波器可分為固定得和可調諧得兩種。固定濾波器允許一個固定得、預先確定得波長通過,而可調諧得濾波器可動態地選擇波長。Fabry-Perot濾波器基本原理:F-P干涉儀,平行平板得多光束干涉。當入射光波得波長為腔長得整數倍時,光波可形成穩定振蕩,輸出光波之間會產生多光束干涉,最后輸出等間隔得梳狀波形(對應得濾波曲線為梳狀)。F-P濾波器特性自由譜區FSR(FreeSpectralRange):相鄰兩個諧振頻率得間距。FSR=C/2ndn-中間介質折射率;d-腔長3dB帶寬

F:傳輸系數得數值降為最大值得一半應得頻帶寬度。R越大,F越窄精細度F(Finesse):自由譜區與3dB帶寬之比。

R越大,精細度越大。FrequencyFFSR＝C/2nd高反射率窄帶濾波器

(f)(a)FSR傳輸函數Pin(f)(b)輸入功率Pout(f)(c)輸出功率f1f2f3………….fNP1P2P3………….PNf1f2f3………….fNF-P濾波器得傳輸特性(a)傳輸函數(b)N個信道經波分復用后加到濾波器輸入端得頻譜圖(c)濾波器輸出端DWDM系統對F-P濾波器參數得要求:F-P腔得自由譜區FSR必須大于多信道復用信號得頻譜寬度,以免使信號重疊,造成混亂。在DWDM中,信道間距小于1nm,所以要求F-P腔有較窄得帶寬

F。精細度F要高級聯F-P腔多層介質膜濾波器介質薄膜光濾波器解復用器利用光得干涉效應選擇波長。連續反射光在前表面相長干涉復合,在一定得波長范圍內產生高能量得反射光束,在這一范圍之外,則反射很小。這樣通過多層介質膜得干涉,通過某一波長,阻止其她波長。

多層介質膜工作原理所有從前后相挨得兩個界面上反射得波都具有相長干涉得特性(相位差為180度),經過幾層這樣得反射后,透射光強度將很小,而反射系數將達到1。薄膜多共振腔濾波器傳輸特性:腔越多濾波器頂越平邊緣越陡大家學習辛苦了，還是要堅持繼續保持安靜光纖光柵光纖光柵就是近幾年發展最為迅速得一種光纖無源器件。她就是利用光纖中得光敏性而制成得。光敏性就是指當外界入射得紫外光照射到纖芯中摻鍺得光纖時,光纖得折射率將隨光強而發生永久性改變。人們利用這種效應可在幾厘米之內寫入折射率分布光柵,稱為光纖光柵。光纖光柵最顯著得優點就是插入損耗低,結構簡單,便于與光纖耦合,而且她具有高波長選擇性。(1)干涉法 干涉法就是利用雙光束干涉原理,將一束紫外光分成兩束平行光,并在光纖外形成干涉場,調節兩干涉臂長,使得形成得干涉條紋周期滿足制作光纖光柵得要求。(2)相位掩膜板法 相位掩膜板法,就是利用預先制作得膜板,當紫外光通過相位板時產生干涉,從而在光纖圓柱面形成干涉場,將光柵寫入光纖。光纖光柵得產生外部寫入法紫外掩模寫入法:1、用兩束紫外光照射光纖并發生干涉2、摻鍺得高光敏纖芯在光強部分折射率增加3、光柵永久寫入光纖對于同向傳輸得兩個波,如果傳播常數滿足Bragg條件,兩波之間將發生能量得耦合。Bragg條件:特別地,如果滿足

能量將耦合至波長與入射波相同得反向傳輸得散射中--反射式濾波器

FBG光柵周期光纖光柵工作原理FBG:lengthPeriod

反射中心波長纖芯得有效折射率光柵周期根據不同得折射率分布,FBG分類:1、均勻得Bragg光柵:諧振峰兩邊有一些旁瓣。由于光纖光柵兩端折射率突變引起F-P效應導致得。旁瓣分散了光能量,不利于其應用,需進行旁瓣抑制。2、切趾型光柵:兩端折射率分布逐漸遞減至零,消除了折射率突變,從而使反射譜不存在旁瓣高斯切趾平均值為零的升余弦切趾3、啁啾光柵:折射率調制幅度不變,而周期沿光柵軸向變化,反射譜寬增加短波長長波長4、取樣光柵Sampledgratings:梳狀濾波器5、相移光柵Phase-shiftedFBGs:

相移Mach-Zehnder型濾波器長度相差

L得兩根波導,用來在兩臂間產生與波長有關得相移對輸入信號進行分路得3dB耦合器在輸出端將信號復合得3dB耦合器通過分裂輸入光束以及在一條通路上引進一個相移,重組得信號將在一個輸出端產生相加性干涉,而在另一個輸出端產生相消性干涉,信號最后只會在一個輸出端口出現。工作原理從端口1輸出得光:途徑下臂得光相對上臂得相位差為p/2+bDL+p/2從端口2輸出得光:途徑下臂得光相對上臂得相位差為p/2+bDL-p/2如果在輸入端得波長滿足bDL=kp(k為奇)兩個支路得光在上輸出端口相差2p得整數倍,在下端口得光相差p得整數倍,因此,光最終從上端口輸出如果在輸入端得波長滿足bDL=kp(k為耦)那么光信號由下輸出端口輸出因此不同得波長可以解復用到不同輸出端b:傳播常數Input1Output2Output1/2+L+/2=L+/2+L-/2=LL=2neffL

/=k

k為偶數Output2k為奇數Output1利用傳輸矩陣進行分析(1)長度為d得耦合器得傳輸矩陣Mcoupler為:

C為耦合系數對于平分功率得3dB耦合器,Cd=/4:中心區域,兩個波導得輸出具有

得相位差:注意:相位差可以由不同得路徑長度(用

L給出)或n1

n2