光學濾波器詳解ppt課件

.,第九章光學濾波器,.,光濾波器,光濾波器：在光纖通信系統(tǒng)中，只允許一定波長的光信號通過的器件。光濾波器可分為固定的和可調諧的兩種。固定濾波器允許一個固定的、預先確定的波長通過，而可調諧的濾波器可動態(tài)地選擇波長。,.,Fabry-Perot濾波器,基本原理：F-P干涉儀，平行平板的多光束干涉。當入射光波的波長為腔長的整數(shù)倍時，光波可形成穩(wěn)定振蕩，輸出光波之間會產生多光束干涉，最后輸出等間隔的梳狀波形（對應的濾波曲線為梳狀）。,.,F-P濾波器特性,自由譜區(qū)FSR(FreeSpectralRange)：相鄰兩個諧振頻率的間距。FSR=C/2ndn-中間介質折射率；d-腔長3dB帶寬F：傳輸系數(shù)的數(shù)值降為最大值的一半應的頻帶寬度。R越大，F(xiàn)越窄精細度F(Finesse)：自由譜區(qū)與3dB帶寬之比。,R越大，精細度越大。,.,.,F-P濾波器的傳輸特性(a)傳輸函數(shù)(b)N個信道經波分復用后加到濾波器輸入端的頻譜圖(c)濾波器輸出端,DWDM系統(tǒng)對F-P濾波器參數(shù)的要求：F-P腔的自由譜區(qū)FSR必須大于多信道復用信號的頻譜寬度，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腔有較窄的帶寬F。,精細度F要高,級聯(lián)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的干涉效應選擇波長。連續(xù)反射光在前表面相長干涉復合，在一定的波長范圍內產生高能量的反射光束，在這一范圍之外，則反射很小。這樣通過多層介質膜的干涉，通過某一波長，阻止其它波長。,.,多層介質膜工作原理,所有從前后相挨的兩個界面上反射的波都具有相長干涉的特性(相位差為180度)，經過幾層這樣的反射后，透射光強度將很小，而反射系數(shù)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,.,.,光纖光柵,光纖光柵是近幾年發(fā)展最為迅速的一種光纖無源器件。它是利用光纖中的光敏性而制成的。光敏性是指當外界入射的紫外光照射到纖芯中摻鍺的光纖時，光纖的折射率將隨光強而發(fā)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。光纖光柵最顯著的優(yōu)點是插入損耗低，結構簡單，便于與光纖耦合，而且它具有高波長選擇性。,.,(1)干涉法干涉法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(jié)兩干涉臂長，使得形成的干涉條紋周期滿足制作光纖光柵的要求。(2)相位掩膜板法相位掩膜板法，是利用預先制作的膜板，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。,光纖光柵的產生,.,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(fā)生干涉2.摻鍺的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?shù)膬蓚€波，如果傳播常數(shù)滿足Bragg條件，兩波之間將發(fā)生能量的耦合。Bragg條件：特別地，如果滿足能量將耦合至波長與入射波相同的反向傳輸?shù)纳⑸渲?反射式濾波器FBG,光柵周期,光纖光柵工作原理,.,反射中心波長,纖芯的有效折射率,光柵周期,.,根據(jù)不同的折射率分布，F(xiàn)BG分類：,1.均勻的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效應導致的。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,.,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的兩根波導，用來在兩臂間產生與波長有關的相移,對輸入信號進行分路的3dB耦合器,在輸出端將信號復合的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，重組的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(xiàn)。,.,工作原理,從端口1輸出的光：途徑下臂的光相對上臂的相位差為p/2+bDL+p/2,從端口2輸出的光：途徑下臂的光相對上臂的相位差為p/2+bDL-p/2,如果在輸入端的波長滿足bDL=kp(k為奇)兩個支路的光在上輸出端口相差2p的整數(shù)倍，在下端口的光相差p的整數(shù)倍，因此，光最終從上端口輸出如果在輸入端的波長滿足bDL=kp(k為耦)那么光信號由下輸出端口輸出因此不同的波長可以解復用到不同輸出端,b：傳播常數(shù),.,.,利用傳輸矩陣進行分析(1),長度為d的耦合器的傳輸矩陣Mcoupler為：C為耦合系數(shù)對于平分功率的3dB耦合器，Cd=/4：,.,中心區(qū)域，兩個波導的輸出具有的相位差：注意：相位差可以由不同的路徑長度(用L給出)或n1n2時的折射率差產生。這里，考慮兩臂具有相同的折射率，并且n1=n2=neff(波導中的有效折射率)，于是：。式中2neff/。對一給定的相位差，與之相對應的傳輸矩陣為：,利用傳輸矩陣進行分析(2),.,利用傳輸矩陣進行分析(3),Ein,1,Ein,2,Eout,1,Eout,2,輸出與輸入光場的關系為：,構建一復用器，1在Ein,1注入，2在Ein,2注入，于是：Eout,1=jEin,1(1)sin(1L/2)Ein,2(2)cos(2L/2)Eout,2=jEin,1(1)cos(1L/2)Ein,2(2)sin(2L/2),.,利用傳輸矩陣進行分析(4),場強：Pout,1=sin2(1L/2)Pin,1+cos2(2L/2)Pin,2Pout,2=cos2(1L/2)Pi