FP_光學濾波器

1、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濾波器濾波器F-P 濾波器特性濾波器特性 自由譜區(qū)FSR(Free Spectral Range)：相鄰兩個諧振頻率的間距。 FSR=C/2nd n-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越窄 精細度F(Finesse)：自由譜區(qū)與3dB帶寬之比。 RRFFSRF1RdnRCF2)1( RRFFSR

2、F1f1 f2 f3 . fNP1P2 P3 . PNf1 f2 f3 . fN多層介質膜濾波器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(chǎn)生高能量的射光在前表面相長干涉復合，在一定的波長范圍內產(chǎn)生高能量的反射光束，在這一范圍之外，則反射很小。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。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

3、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長干涉的特性(相位差為相位差為180度度)，經(jīng)過幾層，經(jīng)過幾層這樣的反射后，透射光強度將很小，而反射系這樣的反射后，透射光強度將很小，而反射系數(shù)將達到數(shù)將達到 1。2n入射光入射光反射光反射光透射光透射光AB1n2n1nC12121n2n透射光透射光4/2 4/1 (a)對反射光相長干涉的原理(a)對反射光相長干涉的原理1550330770 o (nm)反反射射系系數(shù)數(shù)0(b) 反射系數(shù)與波長的關系(b) 反射系數(shù)與波長的關系薄膜多共振腔濾波器薄膜多共振腔濾波器光纖光柵光纖光柵 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

4、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(chǎn)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(chǎn)生光纖光柵的產(chǎn)生外部寫入法外部寫

5、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FBG22122111光纖光柵工作原理光纖光柵工作原理effn2Mach-ZehnderMach-Zehnder型濾波器型濾波器工作原理工作原理從端口1輸出的光：途徑下臂的光相對上臂的相位差為/2 + L + /2從端口2輸出的光：途徑下臂的光相對上臂的相位差為/2 + L - /2如果在輸入端的波

6、長滿足L = k (k為奇)兩個支路的光在上輸出端口相差2的整數(shù)倍，在下端口的光相差的整數(shù)倍，因此，光最終從上端口輸出如果在輸入端的波長滿足L = k (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：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：CdCdjCdjCdMcouplercossinsincos1121jjMcoupler 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(chǎn)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：)(2221LLnLn)2/exp(00)2/exp(LjLjML2,1,2,1,ininoutoutEEMEE)2/sin()2/cos()2/cos()2/