50G標(biāo)準(zhǔn)具型光梳狀濾波器

設(shè)計(jì)（論文）題目：50G標(biāo)準(zhǔn)具型光梳狀濾波器（Interleave上的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：光梳妝濾波器因具有將輸入的頻率間隔變?yōu)閮杀遁敵龅膹?qiáng)大功能，可以實(shí)現(xiàn)更加密集的波分復(fù)用，從而為光纖通信系統(tǒng)傳輸容量的的進(jìn)一步升級(jí)帶來了曙光。論文要求分析標(biāo)準(zhǔn)具實(shí)現(xiàn)梳狀濾波的原理，并借助mathcad仿真計(jì)算，設(shè)計(jì)出比較優(yōu)化的interleaver制作方案，最后制作出樣品，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證。要求完成的主要任務(wù)：1、查閱不少于15篇的相關(guān)資料，其中英文文獻(xiàn)不少于2篇，完成開題報(bào)告。2、研究各種光梳狀濾波器的工作原理3、提出比較理想的光梳狀濾波器設(shè)計(jì)方案并成功實(shí)現(xiàn)仿真。4、制作出光梳狀濾波器樣品并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證樣品的可靠性。5、完成不少于5000字的英文文獻(xiàn)翻譯。6、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。必讀參考資料：1、標(biāo)準(zhǔn)具型interleaver的性能研究。2、指導(dǎo)教師簽名： 系主任簽名：院長(zhǎng)簽名（章） 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告1、目的及意義(含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，信息通信呈爆炸式的發(fā)展,語音、圖像、數(shù)據(jù)的信息交流的日益增多，尤其是因特網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，給目前的通信網(wǎng)絡(luò)帶來極大的壓力，人們對(duì)寬帶通信的要求不斷提高，增大通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量已刻不容緩?，F(xiàn)階段，擴(kuò)大光纖通信容量的主要技術(shù)方案有電時(shí)分復(fù)用(ETDM)、光時(shí)分復(fù)用(OTDM八波分復(fù)用(WDM)、光孤子等。其中，ETDM技術(shù)方案的實(shí)用化水平已達(dá)到10Gb/s,由于受電子器件處理速度的限制，很難實(shí)現(xiàn)大于20Gb/s的商用ETDM;TDM和光孤子技術(shù)對(duì)擴(kuò)大光纖通信容量具有極大的潛力，但因其涉及的技術(shù)很復(fù)雜，關(guān)鍵技術(shù)還有待解決尚未達(dá)到實(shí)用化；現(xiàn)代高速大容量光纖通信系統(tǒng)的潮流是利用密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)擴(kuò)大光纖通信系統(tǒng)容量。目前密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)途干線、城域網(wǎng)，并擴(kuò)展至接入網(wǎng)。隨著密集波分復(fù)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，光纖中傳播的波長(zhǎng)間隔也越來越小,對(duì)帶寬的需求也越來越大。為了滿足迅速增長(zhǎng)的帶寬需求，更有效地使用當(dāng)前技術(shù)成熟的摻鉺光纖放大器(EDFA)的增益帶寬，密集型波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)必須提供更多的復(fù)用波道數(shù)，由此波道間隔變得越來越窄。采用鍍膜工藝生產(chǎn)的介質(zhì)薄膜濾波器件是性能良好的窄帶濾波器，具有透射譜頂部較平、相鄰信道和非相鄰信道隔離度高、插入損耗較小以及溫度穩(wěn)定性好等特性。但是鍍膜工藝很難將介質(zhì)薄膜型器件的信道間隔做到50GHz以下，因?yàn)樾诺篱g隔壓窄一半，就要多鍍上百層薄膜，蒸鍍誤差增加，成品率下降，產(chǎn)品價(jià)格上升,不能滿足市場(chǎng)需求。于是，一種新的器件一一光梳狀濾波器(Interleaver)被提上日程,，這種器件可以將輸入的波長(zhǎng)間隔變?yōu)閮杀遁敵?，這樣它回避了傳統(tǒng)鍍膜工藝的局限，以奇偶信道交叉復(fù)用方式壓縮了信道間隔輸出光，從而提高通信的容量,使系統(tǒng)升級(jí)。Interleaver的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)方便、靈活，加工工藝比較成熟，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和精細(xì)加工，各項(xiàng)性能指標(biāo)良好、穩(wěn)定，器件尺寸小巧，是目前用于實(shí)現(xiàn)窄通道頻率間隔器件的理想選擇。它的出現(xiàn)減輕了現(xiàn)有的DWDM器件解復(fù)用對(duì)波長(zhǎng)間隔要求的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)傳輸容量，同時(shí)避免器件技術(shù)的過分復(fù)雜和成本太高，給50GHz及以下信道間隔的密集波分系統(tǒng)的成熟和商用化帶來了曙光。

2、基本內(nèi)容和技術(shù)方案基本內(nèi)容：一、介紹選題背景，簡(jiǎn)述DWDM技術(shù)概況和interleaver技術(shù)的研究意義。二、研究各種光梳狀濾波器的工作原理。三、詳細(xì)分析標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver的濾波原理，根據(jù)mathcad仿真結(jié)果尋找最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。四、根據(jù)設(shè)計(jì)方案制作出interleaver樣品，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證。五、作出總結(jié)。技術(shù)方案：Interleaver的基本工作原理是雙束光或者多光束的干涉，由于干涉產(chǎn)生了周期性的原來信號(hào)波長(zhǎng)重復(fù)整數(shù)倍的輸出，通過控制干涉的邊緣圖案就可以選擇合適的頻率組輸出，即通過控制兩束光的光程差或是相位差來實(shí)現(xiàn)梳狀濾波,其工作示意圖如下。圖1Interleaver工作示意圖標(biāo)準(zhǔn)具型結(jié)構(gòu)Interleaver由C.L.i等人在邁克爾遜G-T干涉儀型和晶體雙折射Interleaver工作原理基礎(chǔ)上提出（結(jié)構(gòu)如下圖），其基本原理是利用光的多光束干涉和偏振干涉實(shí)現(xiàn)梳狀濾波，是當(dāng)前interleaver的研究趨勢(shì)。一種新型的BGTI設(shè)計(jì)方案如圖2.7所示，該結(jié)構(gòu)只采用了一個(gè)61匕光入射后被起偏分束器分成兩束線偏振光，這兩束線偏光進(jìn)入同一個(gè)G-T腔，其中S分量和P分量在腔的界面上發(fā)生干涉，實(shí)現(xiàn)濾波功能。圖2具有兩個(gè)GTI的標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver3、進(jìn)度安排第1—3周，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，明確研究?jī)?nèi)容，了解研究光梳狀濾波器所需的理論知識(shí)，。并查閱相關(guān)資料，確定方案，完成開題報(bào)告。第4—7周，深入學(xué)習(xí)DWDM和interleaver的相關(guān)理論知識(shí),為論文的撰寫和方案的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。第8—10周，提出設(shè)計(jì)方案,并通過mathcad軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬仿真。第9—13周，根據(jù)設(shè)計(jì)方案,在公司相關(guān)條件的允許下制作出樣品，并對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，并對(duì)不足之處進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，制作出較優(yōu)化的樣品。第14—15周，完成并修改畢業(yè)論文。第16周，準(zhǔn)備論文答辯.4、指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽名:目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 7Abstract 錯(cuò)誤！未定義書簽。\o"CurrentDocument"緒論 8\o"CurrentDocument"光纖通信發(fā)展概況 8\o"CurrentDocument"密集波分復(fù)用技術(shù)簡(jiǎn)介 8\o"CurrentDocument"光梳狀濾波器的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用前景 9\o"CurrentDocument"本文研究的主要內(nèi)容 10\o"CurrentDocument"Interleaver的基本濾波原理和研究現(xiàn)狀 10\o"CurrentDocument"交叉濾波原理 10\o"CurrentDocument"Interleaver研究現(xiàn)狀 11\o"CurrentDocument"Interleaver的研究方向 16\o"CurrentDocument"標(biāo)準(zhǔn)具濾波原理分析 17\o"CurrentDocument"多光束干涉基本原理 18\o"CurrentDocument"偏振光干涉基本原理 19\o"CurrentDocument"雙折射G-T腔濾波原理 21\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 24\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)方案的mathcad仿真分析 24\o"CurrentDocument"mathcad軟件簡(jiǎn)介 25\o"CurrentDocument"Interleaver的參數(shù)說明 25\o"CurrentDocument"G-T腔交叉濾波的仿真實(shí)現(xiàn) 27\o"CurrentDocument"方案設(shè)計(jì)與可行性研究 28\o"CurrentDocument"5.5 本章小結(jié) 32\o"CurrentDocument"50G標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver的實(shí)現(xiàn)方案研究 33\o"CurrentDocument"實(shí)現(xiàn)方案研究 33\o"CurrentDocument"元件參數(shù)設(shè)計(jì) 35\o"CurrentDocument"樣品制作過程中需要考慮得幾個(gè)關(guān)鍵問題 39\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 40\o"CurrentDocument"Interleaver樣品的測(cè)試與分析 41\o"CurrentDocument"測(cè)試原理 41\o"CurrentDocument"測(cè)試結(jié)果 41\o"CurrentDocument"測(cè)試結(jié)果分析 44\o"CurrentDocument"標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver的優(yōu)越性驗(yàn)證 46\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 46\o"CurrentDocument"總結(jié) 47\o"CurrentDocument"結(jié)論 47\o"CurrentDocument"心得體會(huì) 47\o"CurrentDocument"結(jié)束語 48\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 49致謝 50摘要光纖通信信道密度的迅速增加和數(shù)據(jù)傳輸速率的不斷提高，給光纖通信網(wǎng)絡(luò)帶來極大的壓力。光梳狀濾波器能在信道間隔密集的情況下實(shí)現(xiàn)分波和合波,實(shí)現(xiàn)信道間隔減半，從而提高通信系統(tǒng)容量，使通信系統(tǒng)升級(jí)。本文旨在研究制作光梳狀濾波器的意義、設(shè)計(jì)出50G標(biāo)準(zhǔn)具樣品，驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)具型光梳狀濾波器的優(yōu)越性。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)論文主要涉及到以下方面:1）簡(jiǎn)述光纖通信概況,介紹梳狀濾波技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。2）利用光的多光束干涉原理和偏振光瓊斯矩陣原理分析雙折射G-T腔的濾波特性。3）設(shè)計(jì)出比較理想的標(biāo)準(zhǔn)具型濾波器的整體結(jié)構(gòu)，利用mathcad對(duì)輸出光譜進(jìn)行模擬仿真,分析改設(shè)計(jì)方案的可行性,使設(shè)計(jì)方案更加優(yōu)化。4）根據(jù)設(shè)計(jì)方案制作出幾只標(biāo)準(zhǔn)具型光梳狀濾波器的樣品,通過實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證。并通過對(duì)比分析,驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)具型光梳狀濾波器的優(yōu)越性。本文的特色在于：提出大小標(biāo)準(zhǔn)具級(jí)聯(lián)方案成功設(shè)計(jì)出梳狀濾波器樣品,既提高了相鄰信道間的隔離度又再一定程度上減小了腔長(zhǎng)不一致性對(duì)樣品性能的影響。關(guān)鍵詞：梳狀濾波器；干涉；雙折射；標(biāo)準(zhǔn)具緒論光纖通信發(fā)展概況隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，信息通信呈爆炸式的發(fā)展，語音、圖像、數(shù)據(jù)的信息交流的日益增多，尤其是因特網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，給目前的光纖通信網(wǎng)絡(luò)帶來極大的壓力，人們對(duì)寬帶通信的要求不斷提高，增大光通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量已刻不容緩?，F(xiàn)階段，擴(kuò)大光纖通信容量的主要技術(shù)方案有電時(shí)分復(fù)用(ETDM)、光時(shí)分復(fù)用(OTDM)、波分復(fù)用(WDM)、光孤子等。其中，ETDM技術(shù)方案的實(shí)用化水平已達(dá)到10Gb/s,由于受電子器件處理速度的限制，很難實(shí)現(xiàn)大于20Gb/s的商用ETDM;TDM和光孤子技術(shù)對(duì)擴(kuò)大光纖通信容量具有極大的潛力，但因其涉及的技術(shù)很復(fù)雜，關(guān)鍵技術(shù)還有待解決尚未達(dá)到實(shí)用化。利用密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)擴(kuò)大光纖通信系統(tǒng)容量已經(jīng)成為現(xiàn)代高速大容量光纖通信系統(tǒng)的潮流［1］。密集波分復(fù)用技術(shù)簡(jiǎn)介波分復(fù)用技術(shù)(WDM:wavelength-divisionmultiplexing)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合在一起，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(解復(fù)用)，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同終端，因此將此項(xiàng)技術(shù)成為波長(zhǎng)分割復(fù)用技術(shù)，簡(jiǎn)稱波分復(fù)用技術(shù)。同一窗口中信道間隔較小的波分復(fù)用技術(shù)成為密集波分復(fù)用技術(shù)(DWDM:Densewavelength-divisionmultiplexing)。目前密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)途干線、城域網(wǎng)，并擴(kuò)展至接入網(wǎng)，其技術(shù)技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)如下:1)充分利用光纖的低損耗波段，增加光纖的傳輸容量，使一根光纖傳送信息的物理限度增加一倍至數(shù)倍。目前我們只是利用了光纖低損耗譜(1310nm-1550nm)極少一部分，波分復(fù)用可以充分利用單模光纖的巨大帶寬約25THz，傳輸帶寬充足。2)具有在同一根光纖中，傳送2個(gè)或數(shù)個(gè)非同步信號(hào)的能力，有利于數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的兼容，與數(shù)據(jù)速率和調(diào)制方式無關(guān)，在線路中間可以靈活取出或加入信道。3)對(duì)已建光纖系統(tǒng)，尤其早期鋪設(shè)的芯數(shù)不多的光纜，只要原系統(tǒng)有功率余量，可進(jìn)一步增容，實(shí)現(xiàn)多個(gè)單向信號(hào)或雙向信號(hào)的傳送而不用對(duì)原系統(tǒng)作大改動(dòng)，具有較強(qiáng)的靈活性。4)由于大量減少了光纖的使用量，大大降低了建設(shè)成本、由于光纖數(shù)量少，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，恢復(fù)起來也迅速方便。5)有源光設(shè)備的共享性，對(duì)多個(gè)信號(hào)的傳送或新業(yè)務(wù)的增加降低了成本。6)系統(tǒng)中有源設(shè)備得到大幅減少，這樣就提高了系統(tǒng)的可靠性。目前，由于多路載波的光波分復(fù)用對(duì)光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)等設(shè)備要求較高，技術(shù)實(shí)施有一定難度，同時(shí)多纖芯光纜的應(yīng)用對(duì)于傳統(tǒng)廣播電視傳輸業(yè)務(wù)未出現(xiàn)特別緊缺的局面，因而WDM的實(shí)際應(yīng)用還不多。但是，隨著有線電視綜合業(yè)務(wù)的開展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的日益增長(zhǎng)，各類選擇性服務(wù)的實(shí)施、網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造經(jīng)濟(jì)費(fèi)用的考慮等等，WDM的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在CATV傳輸系統(tǒng)中逐漸顯現(xiàn)出來，表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，甚至將影響CATV網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展格局[2]密集波分復(fù)用技術(shù)雖然問世不長(zhǎng)，但由于它具有很多的有點(diǎn)而得到推廣和廣泛的應(yīng)用，并向全光網(wǎng)絡(luò)的方向不斷發(fā)展。隨著光纖通信信道密度的迅速增加和數(shù)據(jù)傳輸速率的不斷提高，對(duì)DWDM系統(tǒng)的性能提出了更加嚴(yán)格的要求。光梳狀濾波器的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用前景隨著密集波分復(fù)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，光纖中傳播的波長(zhǎng)間隔也越來越小，對(duì)帶寬的需求也越來越大。為了滿足迅速增長(zhǎng)的帶寬需求，更有效地使用當(dāng)前技術(shù)成熟的摻鉺光纖放大器(EDFA)的增益帶寬，密集型波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)必須提供更多的復(fù)用波道數(shù)，由此波道間隔變得越來越窄。采用鍍膜工藝生產(chǎn)的介質(zhì)薄膜濾波器件是性能良好的窄帶濾波器，具有透射譜頂部較平、相鄰信道和非相鄰信道隔離度高、插入損耗較小和溫度穩(wěn)定性好等特性。但是鍍膜工藝很難將介質(zhì)薄膜型器件的信道間隔做到50GHz以下，因?yàn)樾诺篱g隔壓窄一半，就要多鍍上百層薄膜，蒸鍍誤差增加，成品率下降，產(chǎn)品價(jià)格上升，不能滿足市場(chǎng)需求⑶。于是，一種新的器件——光梳狀濾波器(Interleaver)被提上日程，這種器件可以將輸入的波長(zhǎng)間隔變?yōu)閮杀遁敵?，這樣它回避了傳統(tǒng)鍍膜工藝的局限，以奇偶信道交叉復(fù)用方式壓縮了信道間隔輸出光，從而提高通信的容量，使系統(tǒng)升級(jí)。光梳狀濾波器是一種新型的復(fù)用/解復(fù)用器件，英文名稱Interleaver。與通常的DWDM技術(shù)不同，Interleaver采取的是一種交叉濾波方案。這種器件可以將一列輸入頻率間隔為f的光信號(hào)分成兩列頻率間隔為2f的光信號(hào)輸出，反過來又可以將兩列頻率間隔為2f的光信號(hào)復(fù)用為一路間隔為f的密集光信號(hào)輸出。也就是說，Interleaver不象DWDM那樣，把一串信號(hào)流中的某個(gè)單獨(dú)信道給過濾出來，而是按照奇偶分配的原則，把這串信號(hào)分解為兩組信號(hào)流，分解后的每組信號(hào)頻道間隔比原來增大了一倍。在數(shù)學(xué)上，這樣的濾波函數(shù)有一個(gè)很形象的專用名詞，叫做“梳狀濾波函數(shù)”[4]。意思是說，該函數(shù)可以象一把梳子，對(duì)信號(hào)的頻譜進(jìn)行梳理和分叉。因此，在DWDW中使用Interleaver技術(shù)可以使光纖通信系統(tǒng)奇偶信道的信號(hào)光作為兩組分開或合成，從而實(shí)現(xiàn)信道間隔減半。這種Interleaver與DWDM級(jí)聯(lián)方案就回避了傳統(tǒng)鍍膜工藝的局限，降低了后面密集波分復(fù)用的難度，以奇偶信道交叉復(fù)用方式壓縮了信道間隔輸出光，從而提高通信的容量，使系統(tǒng)升級(jí)。Interleaver的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)方便、靈活，加工工藝比較成熟，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和精細(xì)加工，各項(xiàng)性能指標(biāo)良好、穩(wěn)定，器件尺寸小巧。實(shí)踐證明，利用Interleaver升級(jí)系統(tǒng)容量要比直接升級(jí)DWDM本身經(jīng)濟(jì)，隨著全光網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展及通信市場(chǎng)的恢復(fù)，Interleaver能為社會(huì)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文研究的主要內(nèi)容本文研究的內(nèi)容是標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver的設(shè)計(jì)方案和樣品的性能。標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver是一種基于光的多光束干涉和偏振干涉原理制成的光梳狀濾波器，適用于50G以下的通信系統(tǒng)，是比較理想的設(shè)計(jì)方案。本文的主要工作包括以下幾個(gè)方面：1)通過對(duì)目前市場(chǎng)上比較成熟和正在研究探索中的Interleaver制造技術(shù)進(jìn)行分析和比較，提出標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver的優(yōu)越性，并利用偏振光學(xué)理論和光的多光束干涉原理對(duì)標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver的濾波過程做詳盡的理論分析。2)在充實(shí)的理論分析基礎(chǔ)上，利用mathcad對(duì)標(biāo)準(zhǔn)具濾波特性進(jìn)行仿真分析，提出較理想的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行方案可行性研究，提出改進(jìn)方案，驗(yàn)證改進(jìn)方案，最后得出最終實(shí)現(xiàn)方案。3)根據(jù)設(shè)計(jì)方案制作出實(shí)驗(yàn)樣品，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析輸出波形，論證實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行樣品可靠性研究。最后通過分析比較驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver的優(yōu)越性。Interleaver的基本濾波原理和研究現(xiàn)狀交叉濾波原理Interleaver的基本工作原理是利用光的干涉進(jìn)行濾波，由于干涉產(chǎn)生了周期性的原來信號(hào)波長(zhǎng)重復(fù)整數(shù)倍的輸出，通過控制干涉的邊緣圖案就可以選擇合適的頻率組輸出，即通過控制兩束光的光程差或是相位差來實(shí)現(xiàn)梳狀濾波。因此設(shè)計(jì)梳狀濾波器的關(guān)鍵就是要使相干的兩條光束或多束光之間產(chǎn)生光程差，根據(jù)光程的定義，光程等于折射率和光路長(zhǎng)度的乘積，要產(chǎn)生光程差，就可以通過產(chǎn)生折射率之差或光路長(zhǎng)度之差來實(shí)現(xiàn)?？梢杂酶忧逦臄?shù)學(xué)公式來加以描述交叉濾波的過程，即滿足：AL/九=m+0.5 (2.1)oddAL/九 =m (2.2)even其中odd指奇數(shù)通道，even指偶數(shù)通道，m是干涉級(jí)次，取正整數(shù)；0.5表示了奇偶通道的互補(bǔ)性，4L表示光程差。相鄰的奇、偶通道的分波間隔為八九=入/(2m)，當(dāng)干涉級(jí)次m很高的時(shí)候，分波間隔就越窄。貌似復(fù)雜的光學(xué)運(yùn)算功能所依賴的核心原理其實(shí)卻是非常簡(jiǎn)單，就是高階的光學(xué)干涉效應(yīng)。我們可以用傅立葉變換的方法來描述Interleaver的頻率響應(yīng)與基本的余弦型響應(yīng)函數(shù)以及理想的方波響應(yīng)函數(shù)的關(guān)系。

(2.3)余弦型響應(yīng)函數(shù)表示為(2.3)y=a?cos(x)我們可以定義常數(shù)a為入射光波的振幅，x為入射光波的頻率，y為出射光波的振幅，則從公式(2.3)可以看成是基本的頻率域內(nèi)振幅關(guān)于頻率的響應(yīng)函數(shù)。如果表示成光強(qiáng)則為：a2I=一?[1+cos(2x)]2理想的方波響應(yīng)函數(shù)可表示為(2.4)a,nT<x<nT+T/2(2.4)0,nT+T/2<x<(n+1)T其中n為大于等于零的整數(shù)，T是方波函數(shù)的最小周期。同樣可以按照類似與余弦型函數(shù)的方法定義其中的變量含義，使其表達(dá)和通信系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)相關(guān)的物理意義。我們可以對(duì)方波進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)的展開，以便在頻率里分析系統(tǒng)的響應(yīng)。如此可以為后繼的設(shè)計(jì)及優(yōu)化建立數(shù)學(xué)模型。方波的傅立葉級(jí)數(shù)展開式為［5：］0/八aL/cos3fcos5f cos(2n-1)f1 小八S(f)=T1+cosf+—r^+—^+...--——⑵5)21 3 5 2n—1J可見方波函數(shù)是由無窮多項(xiàng)余弦函數(shù)疊加而成，它包括直流量，基波分量，三次諧波分量以及更高的奇次諧波分量疊加項(xiàng)愈多，波形愈接近方波。可見方波函數(shù)是由無窮多項(xiàng)余弦函數(shù)疊加而成，它包括直流量，基波分量，三次諧波分量以及更高的奇次諧波分量。疊加項(xiàng)愈多，波形愈接近方波，另一方面，當(dāng)我們改變諧波項(xiàng)的權(quán)重(或者說諧波項(xiàng)前面的系數(shù))，一樣可以改變合成后波形的特征。大部分類型的Interleaver，光束干涉后的波形只是上式前三項(xiàng)的和，所以波形并不是很接近于方波。Interleave研究現(xiàn)狀隨著光纖通信中間隔越來越小。信道間隔為50GHz(0.4nm)的密集波分復(fù)用系統(tǒng)已經(jīng)商用化。25GHz的系統(tǒng)也已經(jīng)被提上日程，Interleaver技術(shù)的產(chǎn)生正是為了使密集波分復(fù)用系統(tǒng)升級(jí)，提高系統(tǒng)的傳輸容量。按工作頻率的不同，Interleaver可以分為100GHz的Interleaver，50GHz的Interleaver，25GHz的Interleaver等等。100GHz/200GHz的Interleaver，即能將間隔為100GHz的一路光信號(hào)分為兩束間隔各為200GHz的信號(hào)；50G和25GInterleaver的功能跟100G一致，只是信道間隔變窄了。以下是Interleaver與DWDM組合運(yùn)用的示意圖如下:

入1入入1入2人3入4圖2.1Interleaver工作示意圖如圖2.1所示⑹，假設(shè)有一路頻率間隔為50GHz的多波長(zhǎng)光信號(hào)(入1A2k3入4?)通過50GHz/100GHz的Interleaver,則該路光信號(hào)將分成波長(zhǎng)間隔為100GHz的兩路光信號(hào)，每一路再分別經(jīng)過一個(gè)100GHzDWDM即可實(shí)現(xiàn)信道間隔為100GHz的解復(fù)用。100GHz/200GHz、25GHz、50GHzInterleaver的工作過程與此一樣。目前100GHz/200GHz、50GHz/100GHzInterleaver技術(shù)已經(jīng)比較成熟，25GHz/50GHzInterleaver技術(shù)尚在研究階段。就制作工藝方面考慮，目前市場(chǎng)上比較成熟并且具有發(fā)展?jié)摿Φ腎nterleaver大致有一下幾種:馬赫-曾德爾(M—Z)型、雙折射晶體型、邁克爾遜G-T干涉儀型以及雙折射G-T型等。本節(jié)將討論這幾種Interleaver的器件結(jié)構(gòu)、原理性能，并分析這些器件在開發(fā)高端產(chǎn)品時(shí)的困難及相應(yīng)的解決途徑。馬赫澤德(Mach-Zehnder)干涉儀型Wavesplitter公司首先開發(fā)出基于單模光纖的Mach-Zehnder干涉儀型Interleaver。它是以非對(duì)稱的Mach-Zehnder干涉儀為基本單元構(gòu)造的，如圖2.2所示。Mach-Zehnder干涉結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)3dB耦合器串聯(lián)而成的，由于兩個(gè)耦合器之間的光纖長(zhǎng)度相差△1被稱為非對(duì)稱Mach-Zehnder干涉儀。其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。由激光器發(fā)出的相干光，分別送入兩根長(zhǎng)度不同的單模光纖中,從兩光纖輸出的激光束疊加后將產(chǎn)生干涉效應(yīng)。分光和和光是由兩個(gè)3dB耦合器C1和C2構(gòu)成。輸出端口3,4功率函數(shù)由下試給出⑺：(2.6)P3=21￡。|2kcos(PXAL)](2.6)P4=2|E0|2[1+cos(RAL)]其中，△代表兩干涉臂L1和L2的長(zhǎng)度差，B入=2n6為波锨在光纖中的傳播常數(shù)。22圖2.2M-ZInterleaver的干涉結(jié)構(gòu)示意圖單個(gè)干涉儀的輸出譜為正弦函數(shù)，為了改善器件的輸出譜形狀，使之平坦化，需要用多個(gè)MZ干涉儀串聯(lián)。正弦函數(shù)可以看作傅立葉級(jí)數(shù)的基函數(shù)，所以設(shè)計(jì)時(shí)通常是把所需的輸出譜線按傅立葉級(jí)數(shù)展開，通過調(diào)節(jié)每一個(gè)單元干涉儀的臂長(zhǎng)差，確定所需的單元數(shù)，也就是傅里葉級(jí)數(shù)的項(xiàng)數(shù)。并可以通過調(diào)節(jié)每個(gè)單元中耦合器的耦合比來改善隔離度。因此這類的器件可根據(jù)選用的傅里葉級(jí)數(shù)的項(xiàng)數(shù)或MZI單元數(shù)來分類，如用三個(gè)單元構(gòu)成的稱為F3T型1口101102丫。［，用四單元構(gòu)成的稱為F4T型Interleaver等。這類Interleaver器件的優(yōu)越型有：采用全光纖形式，易于與現(xiàn)有的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)連接：插入損耗較?。黄裉匦暂^好；色散較??；通過多個(gè)單元串聯(lián)可改善通道譜形狀；優(yōu)化隔離度和串?dāng)_等。但是，在目前工藝條件下，3dB耦合器的分光比很難精確控制；器件中有很多彎曲結(jié)構(gòu)，光纖的曲率半徑不能太小，因此4L值不能太大，決定著器件頻率間隔不能太窄；而且每個(gè)單元MZI的兩臂差的公差必須控制在nm量級(jí)，因而使光纖器件的制作工藝難度極大而不適用。若采用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，則存在著對(duì)偏振、溫度敏感性的控制和補(bǔ)償，以及器件穩(wěn)定性等問題，因此在目前工藝條件下，這類器件遠(yuǎn)達(dá)不到成熟商品化階段，尤其是窄頻率間隔的Interleaver困難更大。相比之下，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的MZI型Interleaver具有較為廣闊的發(fā)展?jié)摿Γ?］。雙折射晶體型雙折射型Interleaver是由能使偏振光進(jìn)行干涉的雙折射晶體組成，偏振光干涉需要偏振光在經(jīng)過晶體的快和慢軸時(shí)產(chǎn)生相位差。在晶體型梳狀濾波器中，其核心是晶體濾波片，而晶體濾波片的基本原理簡(jiǎn)單地說就是波片的原理，是不同波長(zhǎng)的光在雙折射晶體中傳播時(shí)，由于其波長(zhǎng)的不同而在相同長(zhǎng)度的光程差上，產(chǎn)生不相同的相位延遲，從而造成偏振方向的改變，將DWDM光纖通信系統(tǒng)奇偶信道信號(hào)光分開為偏振態(tài)正交的兩組?？紤]最簡(jiǎn)單的情況，入射光為平面偏振光，此時(shí)的Interleaver由兩塊雙折射晶體構(gòu)成，入射光先后穿過兩塊晶體A和B，兩個(gè)晶體的光軸方向成夾角0，入射平面偏振光振幅為Al，振動(dòng)方向與波片B的光軸方向一致，入射到波片A，在波片A內(nèi)分為o光和e光，波片A的厚度為d，從波片A射出o光和e光的相位差為A=2兀(n-n)d/九 (2.7)eo進(jìn)入波片B后，按與光軸垂直及平行方向，在B中Ao分解為A。,和A°〃，Ae分解成A-和Ae〃。這樣，A。,與Ae/將發(fā)生干涉，由于A。,和Ae,的方向相反，表明晶片B對(duì)兩束光引入了相位差n。。同樣，，Ao〃與Ae〃將發(fā)生干涉，由于Ao〃和Ae〃的方向相同，晶片B對(duì)兩束光未引入相位差，兩束光總的相位差保持不變⑼。根據(jù)雙光束干涉原理當(dāng)0=45度時(shí)，在B中滿足條件V=(2m+1)c/2(n-n)d的光波以o光在B中傳播；頻率滿足V=mc/(n-n)d的光波以e光在B中傳播。相鄰奇通道(或偶通道)頻率間隔為Af=c/(n-n)d (2.8)eo圖2.3晶體Interleaver的原理示意圖晶體型Interleaver的一種實(shí)現(xiàn)形式，如圖2.3所示［⑼：光進(jìn)入雙折射晶體后變成兩束光(分別用實(shí)線和虛線表示)，然后同時(shí)經(jīng)過位相延遲單元，使得兩束光之間有位相差，再經(jīng)過雙折射晶體2形成4束光，最后通過雙折射晶體3合光并進(jìn)行干涉。雙折射晶體半波片雙折射晶體雙折射晶體雙折射晶體半波片雙折射晶體雙折射晶體位相延遲單元圖2.4一種晶體型Interleaver的實(shí)現(xiàn)形式基于偏振光干涉的雙折射晶體型Interleaver插入損耗和偏振相關(guān)損耗很大【山，對(duì)光源波長(zhǎng)漂移和環(huán)境溫度比較敏感，因此需要精確控制光傳播方向和偏振方向等，對(duì)角度的加工精度要求較高，且因?qū)儆趥鹘y(tǒng)光學(xué)器件，體積較大，成本較高。邁克爾遜G-T干涉儀型（MGTI）如圖2.5所示［12］，其結(jié)構(gòu)只是對(duì)傳統(tǒng)邁克爾遜干涉儀的一種改進(jìn)，即將其中一個(gè)反射鏡用平面鏡M1和M2構(gòu)成的諧振腔代替，Ml的反射率小于1，M2的反射率為1。兩個(gè)平面鏡間距為d，腔中介質(zhì)的折射率為n。這種代替反射鏡的諧振腔被稱為Gires-Tournois（GT）腔鏡。具有GT腔鏡的邁克爾遜干涉儀簡(jiǎn)稱MGTI。圖2.5MGTI的結(jié)構(gòu)示意圖MGTI的工作過程為：振幅為Ein的入射光經(jīng)過環(huán)行器后被分束器BS（50：50）分為分別沿L1和L2傳播的兩路光B1和B2。沿L1傳播的光經(jīng)G-T鏡相位調(diào)制后重新回到BS，再次被透射反射均分，1/2（總光強(qiáng)的1/4）的光反射沿原始入射光路返回，經(jīng)環(huán)行器從E,stop口輸出，另外1/2的光透射從Etrans輸出；同樣沿L2傳播的光經(jīng)全反射鏡反射后返回到BS，也是被再次透射反射均分，1/21的光透射沿原始入射光路返回，經(jīng)環(huán)行器從Estop口輸出，另外1/2的光反射沿Etrans輸出。從而Estop和Etrans都是雙光束干涉輸出，二者的光強(qiáng)相等，

但相位差不同。由于GT諧振腔代替了平面反射鏡，Micheslon干涉儀的輸出譜形狀由正弦型改進(jìn)成為近似矩形，時(shí)GT腔的非線性相位特性也補(bǔ)償了Micheslon干涉儀的色散。只需要通過改變兩個(gè)長(zhǎng)度：干涉儀兩臂差DL和GT諧振腔厚度d，就可以得到任意頻率間隔，不需要多個(gè)單元器件串聯(lián)，因而這種器件在制作高端產(chǎn)品時(shí)具有很大的優(yōu)越性。但是消光比低;波長(zhǎng)間隔大，與光纖耦合困難，并且臂長(zhǎng)受溫度影響較大，所以此類型Interleaver溫度特性較差，很難得到商用化［13］。雙折射G-T標(biāo)準(zhǔn)具型（BGTI）標(biāo)準(zhǔn)具型結(jié)構(gòu)Interleaver是由C.L.i等人在MGTI和晶體雙折射Interleaver工作原理基礎(chǔ)上提出，其結(jié)構(gòu)如圖2.6所示［14］。與邁克爾遜干涉儀類似;50：50分束器由偏振分束（PBS）代替，兩個(gè)全反鏡均由G-T鏡代替，此外還包括4個(gè)雙折射晶體波片，G-T1反射的腔間距為G-T2反射腔的一半，因此G-T反射鏡1的相位相應(yīng)周期為G-T反射鏡2的兩倍。反射鏡1的相移與在G-T反射鏡2經(jīng)歷的相移相接近或相差n時(shí)，光信號(hào)以極小損耗通過輸出端口。它用同一臂的光波S分量和P分量相互干涉代替了干涉儀兩臂中的光的相互干涉，干涉輸出分別得到奇偶信道的輸出。這種結(jié)構(gòu)避免了MGTI中對(duì)光程差敏感的問題，其臂長(zhǎng)對(duì)性能影響不大，所以器件的溫度和振動(dòng)穩(wěn)定性得到了提高，但卻引入了偏振模式色散（PMD）,而且制作兩個(gè)完全相同的G-T鏡在技術(shù)上也很困難。圖2.6具有兩個(gè)GTI的Interleaver標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver是以體光學(xué)元件為主，可以選用相同的玻璃材料，插入損耗和偏振相關(guān)損耗較小，帶內(nèi)波動(dòng)小，并且對(duì)光程差的敏感程度低，加上目前色散補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver更適用于50G或更窄通信信道的應(yīng)用。Interleaver的研究方向以上討論了近來的制作Interleaver的方案，每種制作方法都有它的優(yōu)點(diǎn)和不足之處?？偟膩碚f，馬赫澤德干涉儀型Interleaver于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，插入損耗低;一致性好；但是當(dāng)信號(hào)所含波長(zhǎng)數(shù)較多時(shí)，需要較多的馬赫澤德干涉儀級(jí)聯(lián)，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大，復(fù)雜，難以協(xié)調(diào);MGTI干涉儀型的特點(diǎn)是技術(shù)成熟;插入損耗低，但消光比低;波長(zhǎng)間隔大，與光纖耦合困難;由于干涉儀臂長(zhǎng)受溫度影響較大，所以此類型Interleaver的溫度穩(wěn)定性不是很好。雙折射晶體型Interleaver由于它的低散射、高可靠性、低成本和成熟的制造技術(shù)等特點(diǎn)，可適用于50Ghz以上的系統(tǒng)，但存在偏振相關(guān)損耗大;插入損耗大;成本高等缺點(diǎn)。G-T標(biāo)準(zhǔn)具型除色散比較大之外，具有低插入損耗、頻帶寬和體積小等眾多優(yōu)點(diǎn)，更適用于50GHz或窄通信信道的應(yīng)用。隨著色散補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)一步成熟，標(biāo)準(zhǔn)型Interleaver的研究和設(shè)計(jì)給50GHz及以下信道間隔的更為密集的波分系統(tǒng)的成熟和商用化帶來了曙光，引領(lǐng)著Interleaver制造技術(shù)的發(fā)展方向。本次畢業(yè)論文依托Interleaver發(fā)展的時(shí)代背景，通過對(duì)Interleaver的基本類型的了解和分析比較，選取50G標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver作為設(shè)計(jì)和研究對(duì)象，深入研究標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver交叉濾波的工作原理，達(dá)到成功設(shè)計(jì)Interleaver并進(jìn)行性能優(yōu)化的目的。標(biāo)準(zhǔn)具濾波原理分析雙折射G-T標(biāo)準(zhǔn)具型結(jié)構(gòu)是在邁克爾遜G-T干涉儀型和晶體雙折射Interleaver工作原理基礎(chǔ)上提出的，雙折射G-T標(biāo)準(zhǔn)具型結(jié)構(gòu)核心元件是Gires-Tournois腔和波片。Gires-Tournois腔是大家所熟知的一種結(jié)構(gòu)，它由兩個(gè)間距極小的平行平板構(gòu)成。其中一個(gè)平板的一面上鍍有反射率為10%~20%的部分反射膜，另一平板的一面上鍍有近似100%的高反膜口5。雙折射G-T(BGTI)腔是在G-T腔內(nèi)、外各置一1/4、1/8波片構(gòu)成。下面為雙折射G-T標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)圖和基本工作原理圖：圖3.1雙折射G-T標(biāo)準(zhǔn)具工作原理圖如圖3.1所示，一偏振光入射到雙折射Gires-Tournois腔，偏振光將在Gires-Tournois腔內(nèi)多次反射，使出射光含有多束平行光束。利用偏振光干涉和多光束干涉原理，將出射的多束偏振光疊加，可發(fā)現(xiàn)出射光中含有偏振態(tài)相垂直的兩種光，而且兩束光頻譜互補(bǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)梳狀濾波。本節(jié)將對(duì)光的多光束干涉和偏振光干涉原理做簡(jiǎn)要介紹，并進(jìn)一步深入

分析標(biāo)準(zhǔn)具梳狀濾波原理。多光束干涉基本原理多光束干涉的在空間某區(qū)域相遇時(shí)，也會(huì)發(fā)生合強(qiáng)度不等于各個(gè)分量波強(qiáng)度之和現(xiàn)象。產(chǎn)生多光束干涉的物理基礎(chǔ)和雙光束干涉相同，即都是基于光波的疊加原理和強(qiáng)度與振幅之間的非線性關(guān)系。(3.2)(3.3)(3.2)(3.3)(3.4)以平行板為例，介紹平行板透射光的強(qiáng)度分布。如下圖所示，設(shè)第一束透射光復(fù)振幅E1=4,初相位為零，光波在平行板內(nèi)兩內(nèi)表面的反射系數(shù)為r,由于光波在平板內(nèi)傳播引起的相鄰相干光束的相位差為A①，于是各投射光的復(fù)振幅可表示為:(3.1)E=r2aexp(j△①),E=r4aexp(j2△①),E=r2(k-1)aexp(j(k—1)A①)|r|<1,干涉條紋定域面上的合振幅為:E=￡EE=￡Ek=1a

1

1-r2exp(jAy)(3.5)干涉場(chǎng)強(qiáng)為：=E-=E-E*TTa2= 1 1-2r2cosAy+r4(3.6)在上式中，設(shè)〃；=I」表示第一束透射光的強(qiáng)度。設(shè)光波在平板內(nèi)表面的透射率T1=T2=工，于是(和入射光強(qiáng)度10之間的關(guān)系是「210。再設(shè)平板內(nèi)表面的反射率P=r2，在不計(jì)吸收損失時(shí)，有P+T=1，于是透射光的多光束干涉強(qiáng)度可表示為:I= I0(1-p)2 (3.7)T(1-P)2+4psin2(Ay/2)在不考慮各種光能損失的前提下，利用反射光和透射光多光束干涉強(qiáng)度。和IT的互補(bǔ)關(guān)系，可求得：I=I-1= 4Psin2(Ay-I0 ⑶8)R0T(1-p)2+4psin2(Ay/2)分析上式可知，N束光干涉，當(dāng)Ay=2k兀(k=0,1,2)時(shí)，總光強(qiáng)是每束光光強(qiáng)的N2倍，干涉光強(qiáng)度最大，當(dāng)Ay=2k兀+2ak=0,1,2)，總光強(qiáng)下降到零［16］。偏振光干涉基本原理為了普遍性起見，考慮斜橢偏光通過偏振片的光強(qiáng)變化，而將圓偏光和正橢偏光做為特例考慮。如圖所示在設(shè)定的坐標(biāo)架(xy)中，已知兩個(gè)正交振動(dòng)的振幅分別為A%、A,,以及相位差5=(y「y,)，試分析透射光強(qiáng)IP(a)，這里角a為透射方向P與x軸之夾角。

圖3.3偏振干涉示意圖我們分別將兩個(gè)光矢量Ex(t),Ey(t)向透振方向P圖3.3偏振干涉示意圖Acosa、Asina,這兩個(gè)振動(dòng)之間又有確定的相位差5，故他們完全滿足相干條件。就是說，透射光強(qiáng)等于這兩個(gè)振動(dòng)相干疊加的強(qiáng)度，IP(a)=(Acosa)2+(Asina)+2AAsinacosacos5借用三角公式，11cos2a=—(1+cos2a),sin2a=—(1-cos2a),2cosasina=sin2a2 2又利用三角函數(shù)中的公式acos0+bsin8=7a2+b2(cos0cos0+sin0sin0)=4a2+b2cos(0-0),tan0=—進(jìn)一步化簡(jiǎn)上式得1 1 ： 一八I(a)=(I+1)+—■1(I-1)2+411cos25-cos(2a-0)TOC\o"1-5"\h\zp2xy2'xyxy 0(3.9)(3.10)(3.11)(3.12)0=arctan2^-xIy-cos(3.9)(3.10)(3.11)(3.12)0 (Ix-Iy)或者表達(dá)為1 1: -一八 .一I(a)=I+ 12+12+211cos25-cos(2a-0) (3.14)p202、xyxy 0這里，10=(Ix+Iy),正是入射橢圓光的總光強(qiáng)。

當(dāng)偏振片面對(duì)這束橢圓光旋轉(zhuǎn)時(shí)，角a便是一變量，從上式不難得到下列結(jié)論：66 11: ： a=o,o+?！龀霈F(xiàn)透射光強(qiáng)極大，I=I+12+12+211cos26；M2 2 M20 2、xy-6兀 1 1■ a=-0-土——出現(xiàn)透射光強(qiáng)極小，I=I——II2+12+21Icos26；m2 2 m20 2xyxy由此可見，偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)一周過程中，透射光強(qiáng)依次出現(xiàn)極大、極小，極大和極小方位彼此相隔冗/2角度，無消光現(xiàn)象，且IM+Im=10。透射光強(qiáng)的這一變化特點(diǎn)，與部分偏振光相同，當(dāng)然，與IM或Im對(duì)應(yīng)的透振方向的具體值aM或am,取決于60值，而它由（）式確定，取決于（A,A,3）值［17］。這里，采用了干涉方法求解了上述輸出系統(tǒng)的出射光強(qiáng)，即實(shí)現(xiàn)了偏振干涉。偏振光干涉的兩個(gè)干涉成分基本上甚至完全是共光路的，因而其干涉效果不容易受到震動(dòng)和氣流等環(huán)境因素的影響；此外，它不需要一般雙光束干涉裝置中的分束和合束器件，只需要以偏振光作為輸入即可。3.3雙折射G-T腔濾波原理3.4.1偏振光的瓊斯矢量表示由物理光學(xué)的知識(shí)可知，平面波的波函數(shù)可以寫成如下形式(3.15)E-AexpiVk?r-3〃|二A?exp(i?k-r)exp(-i31)(3.15)光是一種橫波，其光矢量E在橫平面上有兩個(gè)自由度，相應(yīng)的有兩個(gè)正交的分量Ex（t）和EJt），它倆之間的某種確定的振幅和相位關(guān)系對(duì)應(yīng)一種相干的偏振態(tài)。，可用一個(gè)二元矩陣表示，Ex(Ex(t)E(t)yA6汕，xAe（削+6）y(3.16)A

xAeiA

xAei6

y(3.17)它也叫做瓊斯矢量，其中6表示擾動(dòng)E（t）超前E（t）的相位值。有兩點(diǎn)需要說明，一是光矢量的振幅值A(chǔ)歸一化，即A-（A;+A;）=1。二是關(guān)于時(shí)間因子中的土號(hào)選擇，它既可以選6襁，也可以選em。分別表示光擾動(dòng)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增

表示，加和減少。表示，偏振光通過偏振器件后，它的偏振態(tài)會(huì)發(fā)生變化。入射光的偏振態(tài)用c1透射光的偏振態(tài)用c=4表示。2LJ即:這一線性變換可以通過一個(gè)（2X2）的矩陣來完成，即%,透射光的偏振態(tài)用c=4表示。2LJ即:這一線性變換可以通過一個(gè)（2X2）的矩陣來完成，即%,"12a,a21 22"Il，a,a21 22矩陣J稱為瓊斯矩陣。此矩陣方程的展開式為一個(gè)二元線性聯(lián)立方程A=aA+aB,B=aA+aB.2 211 221下面是幾個(gè)典型偏振器的J矩陣。1）線偏振器其透振方向沿x軸水平，(3.18)(3.19)(3.20)(3.21)M//1,00,0(3.22)2）線偏振器其透振方向沿2）線偏振器其透振方向沿y軸垂直,0,00,10,00,1(3.23)3）線偏振器其透振方向分別沿±3）線偏振器其透振方向分別沿±45°方向，M45°1,「M45°1,「1,1,M45°1「1,-1一2-1,1(3.24)4）4）九/4波片其快軸沿x軸水平，M=M=qx(3.25)5）九/4波片其快軸沿y軸垂直,(3.26)1［I。］(3.26)M=—=Iqx2L。,i」6）任意波片的瓊斯矩陣可表示為M（p1），其中p和r分別表示快軸方位角和附加位相差，m(p,「)m(p,「)二fcos:「si9Isinp,cosp)r工et2,0fcosP:PJ

(一sinp,cosp)(3.27)3.4.2濾波分析雙折射G-T腔的核心濾波過程如圖3.4所示，為表述直觀且方面分析問題，我們將圖形畫成斜入射的情況，實(shí)際情況下入射光垂直于G-T腔進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)具，并在出射面上發(fā)生多光束干涉。下面對(duì)濾波過程做詳細(xì)的分析:圖3.4雙折射G-T腔示意圖設(shè)x方向的檢偏器的瓊斯矩陣為MAX，y方向的檢偏器的瓊斯矩陣為MAY，第一塊

平行平板的反射率為r，透射率為3由能量守恒定律知透射率t=、.E，取空氣折射率為

1，光在平行G-T腔內(nèi)往返一次的光程差為5=當(dāng).2n.d=4^nd。記理想波片的瓊斯矩陣為

兒 兒M(P,r)，其中P分別表示快軸方位角，r表示光經(jīng)過波片后，沿著快軸傳輸?shù)姆至亢脱亍?，一?.一，, 2冗著慢軸傳輸?shù)姆至康奈幌嗖?，r=聿.△。卜取1/4波片的光軸角度為與入射線偏光成-45度，則1/4理想波片的瓊斯矩陣可表示為M2=M(-45deg,90deg)，同理可得，取1/8波片的光軸角度為與線偏光成-45度，貝打/8理想波片的瓊斯矩陣可表示為M1=M(-45deg,45deg)。如圖所示，設(shè)一s偏振態(tài)，即偏振方向垂直于紙面，復(fù)振幅為E0的偏振光斥之入射到G-T腔中，偏振光在G-T腔中多次反射，分別以E1,E2....En的復(fù)振幅狀態(tài)輸出。則有，第一束反射光的復(fù)振幅為E1=M12.r-E0 (3.28)第二束反射光的復(fù)振幅為E2=M1-M22?M1?12-E0-那M2 (3.29)第三束反射光的復(fù)振幅為E3=M1?M24?M1?12?r?E0?ei-28eiRei獨(dú) (3.30)第四束反射光的復(fù)振幅為E4=M1-M26-M1-12r2-E0-ei-38ei鈍ei迎 (3.31)依次類推有En=M1-(M2)2n-2-M1-12-rn-2-E0-ei-(n-1)-8-ei-(n-2叫-ei-(n-1)-% (3.32)根據(jù)多光束干涉的原理有，整個(gè)雙折射G-T標(biāo)準(zhǔn)具的反射光的復(fù)振幅表示為E=E1+E2+E3+...+En (3.33)由于光在雙折射G-T標(biāo)準(zhǔn)具反射次數(shù)越多，光的強(qiáng)度就越弱，所以，實(shí)際分析中只需取前20束光線即可，精度完全可以滿足設(shè)計(jì)的要求，即有E=M12-r+另0M1-(M2)(2-n-2)-M1-12-rn-2-ei-(n-1)-8.ei-(n—2)-%-ei-(n-1)-% (3.34)n=2輸出光分別通過沿X方向的檢偏器和沿Y方向的檢偏器，可將輸出光中的s光和p光從奇偶信道分離出來則輸出光中s光和p光的光強(qiáng)分別為I=MAx-E-E0 (3.35)Ip=MAY-E-E0 (3.36)3.4本章小結(jié)在本章節(jié)中，以偏振光學(xué)理論和光的多光束干涉理論為基礎(chǔ)，對(duì)雙折射G-T的濾波過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，得出了兩路輸出光波的瓊斯矩陣表達(dá)式.在下一章節(jié)中，我們將借助mathcad軟件對(duì)這兩路輸出光波進(jìn)行模擬仿真，驗(yàn)證這兩路光是否具有頻譜互補(bǔ)的特性。4設(shè)計(jì)方案的mathcad仿真分析mathcad軟件簡(jiǎn)介Mathcad是美國(guó)Mathsoft公司在1986年推出的一中著名的數(shù)學(xué)軟件。它不僅具有程序設(shè)計(jì)語言的強(qiáng)大功能，而且像一個(gè)通用的電子數(shù)據(jù)表格一樣易學(xué)好用。同時(shí)，它給我們提供一種交互式的數(shù)學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有便捷的解題環(huán)境、廣泛的工具選擇并支持各種數(shù)據(jù)分析與可視化技術(shù)［18］。Mathcad具有電子數(shù)據(jù)表活動(dòng)界面，帶有所見所得命令處理器，當(dāng)輸入一個(gè)數(shù)學(xué)公式、方程組、矩陣等，計(jì)算機(jī)將直接給出計(jì)算結(jié)果，而無須去考慮中間計(jì)算過程，計(jì)算范圍從一般的數(shù)值相加到積分微分計(jì)算，解放程等更為復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算。并且可在工作頁中的任意位置放置公式、文本和曲線圖。公式處于激活狀態(tài)，也就是說，此時(shí)輸入的方式看上去和黑板上寫的的和參考書上寫的一摸一樣，而且只要工作也中的數(shù)值有變動(dòng)，Mathcad就會(huì)立即更新計(jì)算結(jié)果和曲線圖。這使跟蹤較為復(fù)雜的計(jì)算變得簡(jiǎn)單可行。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中將在Mathcad中利用瓊斯矩陣實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的干涉計(jì)算，從而得到輸出波形的仿真圖。Interleaver的參數(shù)說明光梳狀濾波器的設(shè)計(jì)是主要是了應(yīng)用于DWDM等光纖通信系統(tǒng)，因此，設(shè)計(jì)出的光梳狀濾波器相關(guān)參數(shù)必須滿足光纖通信系統(tǒng)要求。在光通信方面主要的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織是ITU-T和ITU-R，它們分別是國(guó)際電信聯(lián)盟所屬電信標(biāo)準(zhǔn)部和無線通信部。因此，所設(shè)計(jì)光梳狀濾波器的各項(xiàng)參數(shù)必須與國(guó)際電聯(lián)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)靠攏一致。為了后面的分析清晰明確，現(xiàn)借助圖4.1對(duì)Interleaver的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行介紹。0dB0dB最小插損XdB圖4.1梳狀濾波器主要參數(shù)示意圖1）插入損耗（insertionloss）插入損耗QL）是以ITU-T規(guī)定的波長(zhǎng)為中心的通帶帶寬內(nèi)輸出光功率與輸入光功率之比的最大值，以dB表示。2）中心波長(zhǎng)（centralwavelength）中心波長(zhǎng)（Kw）是特定通道的標(biāo)稱中心波長(zhǎng)，它是以光譜分析儀掃描波形最高點(diǎn)為頂點(diǎn)向下1dB得到的大左和九右的平均值。如圖4.1所示，入cw=（九左+九右）/2。3）中心波長(zhǎng)精度（wavelengthaccuracy）中心波長(zhǎng)精度是特定通道的實(shí)際中心波長(zhǎng)和該通道標(biāo)稱中心波長(zhǎng)的偏離值，以nm表示，如圖4.1所示，入Error=入cw-入ITU。4）相鄰?fù)ǖ栏綦x度（channelisolation）相鄰?fù)ǖ栏綦x度（ISO）為該通道對(duì)相鄰信道通帶內(nèi)光功率的最小抑制能力 。ISOadj=10log（p入adj/Pi）-ILC,光功率單位為mW。信道隔離度是Interleaver器件的一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)。隔離度越大，信道間的串?dāng)_越小。5）帶度（passbandwidth）帶寬，分別有0.5dB,1dB,3dB,20dB,25dB等帶寬，XdB帶寬（Bandwidth）,從最小損耗增加XdB損耗時(shí)的最小波長(zhǎng)和最長(zhǎng)波長(zhǎng)之差，定義為BW=入-入。右左6）帶內(nèi)波動(dòng)（passbandripple）帶內(nèi)波動(dòng)是通帶內(nèi)插入損耗的最大值與最小值之差的絕對(duì)值，以dB表示。帶內(nèi)波動(dòng)是表征信道平坦度的參數(shù),是在信道帶寬范圍內(nèi)信道插入損耗的起伏。當(dāng)激光器在信道帶寬內(nèi)漂離標(biāo)稱中心波長(zhǎng)時(shí),較小的帶內(nèi)波動(dòng)使信道插損只有較小的變化。

除圖上標(biāo)出的六種參數(shù)外.下面四種參數(shù)也非常重要。1)偏振相關(guān)損耗(polarizationdependentloss)偏振相關(guān)損耗(PDL)是指在通帶內(nèi)各波長(zhǎng)處，對(duì)于所有偏振態(tài)，由于偏振態(tài)的變化產(chǎn)生的插入損耗的最大變化值，以dB表示。2)回波損耗(returnloss)回波損耗(RL)是從器件內(nèi)部各元件端面反射引起的后向反射光功率與入射光功率的比值，以dB表示。3)方向性(directicity)方向性定義為光梳狀分波器的奇，偶端口之間的隔離度。4)偏振模色散(polarizationmodedispersion)偏振模色散田乂功是指在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)，由于通過光梳狀分波器的光信號(hào)的兩任意正交偏振態(tài)之間產(chǎn)生的最大群時(shí)延差，以ps表示。4.3G-T腔交叉濾波的仿真實(shí)現(xiàn)在模擬仿真階段，衡量Interleaver性能最重要的幾個(gè)參量是通帶平坦度(passbandripple)，帶寬(passbandwidth)及通道隔離度(channelisolation)。仿真的成功與否客觀上由這幾個(gè)指標(biāo)決定。標(biāo)準(zhǔn)型Interleaver的梳狀濾波功能可以用Mathcad非常形象的進(jìn)行模擬仿真進(jìn)行模擬仿真。下面考慮最簡(jiǎn)單情況，取入射線偏光振幅為1，對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)具的濾波過程做模擬計(jì)算，列出比較主要的源程序，導(dǎo)出仿真波形。Mathcad部分源程序如下(左側(cè)漢字為注釋)(10) (00)“3口口 MAx= MA盧檢偏器 100V 101)空氣折射率 n:=1G-T腔光程差3(G-T腔光程差3(九,d):=--2n-10d0

九入射光振幅E0:=透射率t(r)透射率t(r):=71-r2r)：=,.r—r)：=,.r—1—2e(co(p)si(p)

l-si(p)co(p)波片Ml:=Ml:=M(—45Grad,45Grad)M2:=M(-45Grad,90Grad)E1Q,d,r):=Ml2-r-E0 E丸,d,r21，42):=Ml-M2-Ml-t(r)2-EOe1-5(X,d)?J。2 ( ) (2-n-2) 2n-2 1-(n-1)-5(入,d)1-(n-2)-611-(n-1)-62Enl九，d,r，6>1,忸:=M1-(M2)' -M1-t(r)-r -EOe' ''，乙e -e'I1G,d,r,61,。I1G,d,r,61,。2):=MAxEG,d,r,61,姐)-E0I2(X,d,r,61,62):=MAy-eG,d,r,61,就E0dB1G,d,r,61,。2):=10log,d,r,61,62)2PdBQ,d,r,61,62):=10logI2(入,d,r,61,62-)2|)導(dǎo)出輸出波形得:圖4.2雙折射G-T腔輸出光譜圖由圖4.1中可以看出，輸出光譜中的s光和p光中的頻譜式互補(bǔ)，波形頂部平坦，帶內(nèi)波動(dòng)小，帶寬良好，隔離度約為35dB以上，非常理想得實(shí)現(xiàn)了交叉濾波。這是考慮的最理想情況，在實(shí)際濾波系統(tǒng)中還存在一些干擾因素，可能會(huì)影響光譜的互補(bǔ)特性和隔離度。下一節(jié)研究總體設(shè)計(jì)方案的可行性的時(shí)候?qū)?huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)仿真計(jì)算。4.4方案設(shè)計(jì)與可行性研究在第2章提到，根據(jù)MGTI改造的BGTI有偏振模色散大和腔長(zhǎng)一致性難以保證的缺點(diǎn)。為了找到可行的設(shè)計(jì)方案，我們必須首先想辦法降低偏振模色散。偏振模色散(PMD)是指在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)，由于通過光梳狀分波器的光信號(hào)的兩任意正交偏振態(tài)之間產(chǎn)生的最大群時(shí)延差。有下面一種結(jié)構(gòu)可以對(duì)PMD進(jìn)行改善。1/2波片起偏分束器1/2波片 起偏分束器圖4.3PMD補(bǔ)償示意圖如圖4.2所示，在輸入端起偏分束器處得到的e光到輸出端的起偏分束器處就變成了o光，在輸入端起偏分束器處得到的o光到輸出端的起偏分束器處就變成了e光，這樣，兩路光經(jīng)過的光程就一樣長(zhǎng)了，就可以一定程度上對(duì)PMD進(jìn)行補(bǔ)償。于是，一種新型的BGTI設(shè)計(jì)方案如圖4.3所示，該結(jié)構(gòu)只采用了一個(gè)6口，光入射后被起偏分束器分成兩束線偏振光，這兩束線偏光進(jìn)入同一個(gè)G-T腔，其中S分量和P分量在腔的界面上發(fā)生干涉，實(shí)現(xiàn)濾波功能［19。此類型Interleaver結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，同時(shí)使PMD大大降低，具有更好的溫度穩(wěn)定性。圖4.4單級(jí)標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver單級(jí)BGTI型Interleaver克服了原始方案中兩個(gè)G-T的腔長(zhǎng)不一定性帶來的影響，而且使PMD大大降低，僅用一只標(biāo)準(zhǔn)就實(shí)現(xiàn)了濾波功能，所以具有更好的溫度穩(wěn)定性，是比較理想的設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)對(duì)該方案進(jìn)行模擬仿真，觀察輸出波形是否達(dá)到要求，驗(yàn)證該方案的可行性。（源程序見附錄1）輸出波形如下:

圖4.5單級(jí)標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver輸出光譜圖由圖4.4中可以看出，輸出光中的兩路光波頻譜式互補(bǔ)，波形頂部平坦，帶寬相對(duì)較好，達(dá)到了交叉濾波的要求。但將圖4.4與圖4.2對(duì)比可以明顯看出，單級(jí)結(jié)構(gòu)的信道隔離度明顯降低，僅有25dB左右，這樣會(huì)造成相鄰信道間的串繞增大，實(shí)際應(yīng)用中嚴(yán)重影響DWDM的系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)信噪比。所以單級(jí)的Interleaver是無法滿足設(shè)計(jì)的要求，需要進(jìn)一步對(duì)標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver的隔離度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了提高Interleaver輸出波形中相鄰信道的隔離度，我們嘗試兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)對(duì)單級(jí)輸出波形的又一次濾波，希望提高系統(tǒng)性能［20］。下面是三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具實(shí)現(xiàn)二級(jí)級(jí)聯(lián)后的結(jié)構(gòu)圖。輸出光1 輸出光2圖4.6級(jí)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver結(jié)構(gòu)圖下面利用用mathcad對(duì)級(jí)聯(lián)后的標(biāo)準(zhǔn)具的Interleaver做傳輸函數(shù)的模擬計(jì)算。設(shè)石英玻璃（SIO2）的o光和e光的折射率分別為No（X）和Nea），設(shè)平行與X軸的起偏器的瓊斯

矩陣為跖我，平行與Y軸的起偏器的瓊斯矩陣為跖“。法拉第旋轉(zhuǎn)片的瓊斯矩陣表示為MFR（a），石英波片的瓊斯矩陣表示為MWP，設(shè)1/4,1/8,1/2波片的瓊斯矩陣分別為MWP1，MWP2,MWP3，厚度分別為d1，d2，d3。平行平板的外反射面的瓊斯矩陣MR1，透射面的瓊斯矩陣MT1，內(nèi)反射面的瓊斯矩陣為MR2，腔內(nèi)空氣的瓊斯矩陣為MAIR。則雙折射G-T標(biāo)準(zhǔn)具（不含1/8波片）傳輸矩陣為MGTR=MR1+#MTEM2?MTEM1〃?MTEM3n=0MTEM1=MR2?MWP1?MAIR?MWP1?MAIR?MWP1MTEM2=MT1.MAIR?MWPMTEM3=MR2?MWP1.MAIR?MT1假設(shè)通道1為輸出光信號(hào)的s波分量，通道2為輸出光信號(hào)的p波分量則通道1和通道2的復(fù)振幅表達(dá)式(1)I。JMCH1=MAx?MWP2?MGTR?MWP2?MAy(1)I。J?MWP2?MAx?MWP3?MFR(亍).MAx.兀MCH2=MAx?MWP2?MGTR?MWP2?MAy?MFR(—)?MWP3?MAx4?MAx??MWP2?MGTR?MWP2?MAx?MWP3??MAx?取打2=0.22，r2=1，L=1.474mm，入射角為0度有光信號(hào)的s波和p波的光強(qiáng)的對(duì)數(shù)表達(dá)式為：IL1=10?log|(MCH1(^/0.22,1,0,1.474,九))2IL2=10?log[|(MCH2(。022,1,0,1.474,九))2圖4.7級(jí)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver輸出光譜圖將圖4.6與圖4.4對(duì)比可以看出，經(jīng)過二次濾波之后信道隔離度得到明顯改善，說明二次濾波濾去了部分帶外噪聲，優(yōu)化了系統(tǒng)性能。另一方面，級(jí)聯(lián)并沒有改變?cè)瓉淼牟ㄐ涡螤睿矝]有使帶寬丟失，帶內(nèi)波動(dòng)也基本維持不變。這樣，既改善了隔離度，又保持了帶寬，PMD也達(dá)到設(shè)計(jì)要求，成功實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)優(yōu)化的目的。理論上只要采購到腔長(zhǎng)一致性很好的標(biāo)準(zhǔn)具，就可以制成比較理想的樣品。5.5本章小結(jié)本章介紹了利用mathcad的仿真原理，并且利用Mathcad實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)的G-T腔、單級(jí)標(biāo)準(zhǔn)具型和雙級(jí)標(biāo)準(zhǔn)具Interleaver的仿真，通過仿真波形對(duì)各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，找到了比較優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。下一章節(jié)中我們將對(duì)這種方案實(shí)際化，進(jìn)一步分析實(shí)際樣品制作過程中需要考慮的一些問題。550G標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver的實(shí)現(xiàn)方案研究5.1實(shí)現(xiàn)方案研究上一章提到三只標(biāo)準(zhǔn)具雙級(jí)級(jí)聯(lián)可以很好的實(shí)現(xiàn)二次交叉濾波，在理論上這是一種非常理想的設(shè)計(jì)方案。然而，仿真過程可以設(shè)置三只標(biāo)準(zhǔn)具的參數(shù)一致，但現(xiàn)有的工藝下制作出三只腔長(zhǎng)完全一樣的標(biāo)準(zhǔn)具是比較困難的，微小的腔長(zhǎng)差別都有可能或多或少的對(duì)輸出波形造成影響。因此，兩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)具級(jí)聯(lián)不可避免的引出了這個(gè)原始的問題。下面就腔長(zhǎng)對(duì)輸出波形的影響作簡(jiǎn)要的分析。圖5.1兩級(jí)腔長(zhǎng)相差0.0001mm的輸出光譜5.2兩級(jí)腔長(zhǎng)相差0.001mm的輸出光譜圖圖5.1和圖5.2分別為腔長(zhǎng)相差0.0001mm和0.001mm時(shí)其中一個(gè)輸出端口的輸出波形圖，從圖中圖可以看出，腔長(zhǎng)變化會(huì)使波形發(fā)生偏移，兩級(jí)腔長(zhǎng)相差越大，波形偏移越明顯，并且靈敏度非常高，從數(shù)量級(jí)可以看出，極其微小的變化都會(huì)使輸出波形偏移半個(gè)信道。所以在級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)中保證三只標(biāo)準(zhǔn)具的的腔長(zhǎng)高度近似是影響標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver制作成功與否的關(guān)鍵因素。綜合以上分析可知，單級(jí)BGTI雖然改善了原始設(shè)計(jì)中PMD較大的問題，但其輸出波形信道隔離度太低，無法滿足DWDM系統(tǒng)指標(biāo)要求，不可能用以作為Interleaver的制作方案。雙級(jí)BGTI解決了單級(jí)BGTI的隔離度問題，而且各項(xiàng)指標(biāo)都趨于完美，但是存在G-T腔長(zhǎng)不一致的隱患。觀察圖4.5可知，標(biāo)準(zhǔn)具2和標(biāo)準(zhǔn)具3位置很近且相對(duì)平行，我們可以把這兩只做成一個(gè)比較大的標(biāo)準(zhǔn)具來改善腔長(zhǎng)的不一致性，因?yàn)閮芍粯?biāo)準(zhǔn)具的不一致性相對(duì)比三只標(biāo)準(zhǔn)具的不一致性要小。進(jìn)一步設(shè)想，如果我們改變?cè)臄[放位置和光路走向，使三只標(biāo)準(zhǔn)具的位置平行且距離很近，進(jìn)而將三只標(biāo)準(zhǔn)具合而為一，是否就可以解決G-T腔的不一致問題呢?但是很遺憾，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的有效時(shí)間內(nèi)，我沒有設(shè)計(jì)出更好的光路，徹底解決G-T腔腔長(zhǎng)不一致性的問題。相比之下，較理想的的方案還是通過大小標(biāo)準(zhǔn)具級(jí)聯(lián)的雙級(jí)BGTI，將大小兩只標(biāo)準(zhǔn)具的腔長(zhǎng)不一致性控制在一定誤差范圍之內(nèi)也能制作出比較理想的光梳狀濾波器。最終設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)圖如下:輸出光1 輸出光2圖5.3大小標(biāo)準(zhǔn)具級(jí)聯(lián)式Interleaver結(jié)構(gòu)圖大小標(biāo)準(zhǔn)具兩級(jí)G-T標(biāo)準(zhǔn)具級(jí)聯(lián)后的Interleaver光路示意圖如圖5.3所示，輸入非偏振光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化后變?yōu)閮墒駝?dòng)方向平行的偏振光（p波），垂直入射到小標(biāo)準(zhǔn)具中，經(jīng)過偏振干涉和光的多光束干涉之后，輸出光普光譜中同時(shí)含有s波（垂直紙面方向）分量和p波（平行紙面方向），其中s波分量被偏振分束器（PBS）反射后進(jìn)入大標(biāo)準(zhǔn)具，這樣就形成第二次濾波，從大標(biāo)準(zhǔn)輸出的光波透過PBS形成輸出光1,同理，p波分量透過另一個(gè)雙折射G-T標(biāo)準(zhǔn)具形成輸出光2。前面已經(jīng)對(duì)三只標(biāo)準(zhǔn)具兩級(jí)級(jí)聯(lián)的方案有過詳細(xì)的分析，而大小標(biāo)準(zhǔn)具級(jí)聯(lián)方案與普通級(jí)聯(lián)方案的Interleaver性能基本上一致的，在此不再做過多的理論分析。

5.2元件參數(shù)設(shè)計(jì)好的設(shè)計(jì)方案要有堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)才能將理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良或者采購到符合方案要求的光學(xué)元器件對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的成敗至關(guān)重要。因此，我們要對(duì)實(shí)現(xiàn)方案中的各種元件有一定的了解，并且要能夠判斷元器件性能的好壞，這樣才能制造出指標(biāo)優(yōu)秀的樣品。下面對(duì)本次方案設(shè)計(jì)中用到的元件做簡(jiǎn)要的介紹并計(jì)算相關(guān)元件的參數(shù)。1）準(zhǔn)直器光纖發(fā)出的是發(fā)散光束，如果直接進(jìn)入光學(xué)器件，那么傳輸后的指標(biāo)將會(huì)非常的差，所以要在光纖輸出端加一準(zhǔn)直器來將發(fā)散光束變成平行光束。準(zhǔn)直器就是起到一個(gè)聚焦的作用。目前準(zhǔn)直器主要是由聚焦透鏡（G-LENS）或者球面透鏡（C-LENS）和光纖一起組成。C-LENS準(zhǔn)直器成本比較低，而且長(zhǎng)距離工作性能良好，所以在標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver樣品制作過程中采用C-LENS準(zhǔn)直器。2）波片波片是由水晶片中切割下來的一厚度均勻且光軸平行入射表面的薄片。其基本功能是，在已知的兩個(gè)正交偏振方向上，為入射光引入特定的附加相位差。線偏光垂直入射到由單軸晶體制成的平行平面薄片上，晶體的光軸與其表面平行，設(shè)為y軸方向，這時(shí)入射的線偏振光將分解為o光和e光，它們的光矢量分別沿x軸和y軸。習(xí)慣上把兩軸中的一個(gè)稱為快軸，另一個(gè)稱為慢軸。由于o,e光在晶片中速度不同，它們通過晶片后產(chǎn)生一定的位相差。設(shè)晶片的厚度為小在晶片中o光的光程是nod，e光的光程是ned，兩者的光程差和位相差分別是 0TOC\o"1-5"\h\zA=n-n|-d （5.1）2九. . ,、b=n一n|d （5.2）九°e標(biāo)準(zhǔn)具型Interleaver的制作中，波片的使用非常復(fù)雜，多次使用1/2、1/4和1/8波片，現(xiàn)對(duì)各種波片的厚度做相應(yīng)的計(jì)算。實(shí)際制作過程中，波片的是針對(duì)波長(zhǎng)1550nm進(jìn)行設(shè)計(jì)且取厚度最小值，各種波片厚度計(jì)算如下:由公式5.1可得，d二號(hào)一 ⑸3）T也一〃』其中，1/2波片相位差5=(21/2波片相位差5=(2k+1兀k=0,1,2,，厚度d=1/22|n(1.55)-n(1.55)|=0.091331mmTOC\o"1-5"\h\z九1/4波片相位差b=（2k+—）兀,k=0,1,2,厚度d= =0.045666mm1/44|n（1.55）-n（1.55）???\o"CurrentDocument"一一 九1/8波片相位差b=（2k+—）兀,k=0,1,2,，厚度d= =0.022833mm1/42n-n\o"CurrentDocument"3）起偏分束器 …要求輸入光為線偏光，否則在輸入光處就會(huì)有非常大的能量損失，而在光纖通信系統(tǒng)中，并不能保證光在傳輸過程中都是線偏振光，相反，光在光纖通信系統(tǒng)中傳輸時(shí)，其偏振態(tài)是不斷變化的，所以必須采用起偏分束器加1/2波片的組合來將入射非偏振光變成線偏振光，其偏分束器和波片的原理都是基于晶體的雙折射原理。光路圖如下:________ 非尋常光（e光）入射非偏振光'一一 尋常光（0光）/光軸方向 補(bǔ)償片圖5.4起偏分束器分光示意圖o光和e光分離角a稱為發(fā)散角(5.4)[n2) tan9(5.4)tana=1-— 、 n2人n2n' e)1+—?tan20n2e經(jīng)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)處理可得到：當(dāng)0當(dāng)0=arctan時(shí)，有In3(5.5)a=arctan(5.5)In n力oe對(duì)于釩酸釔(YVO4),有n0=1.9447,n=2.1486，當(dāng)0=47.85。時(shí)，a=5.7。，晶體長(zhǎng)度與e光偏移量的比值為L(zhǎng):d=1:tan（5.7。）=10:1,這是釩酸釔晶體能夠達(dá)到的最大偏移比率，此光軸方向是起偏分束器中最常用的。由于準(zhǔn)直器出射的光斑約為0.5!^，為了使器件性能更好，必須使o光和e光完全分開，取起偏分束器的長(zhǎng)度為9.5mm,則出射處o光和e光的光斑間隔為0.26山山，完全滿足兩者光斑互不干擾的要求。4）偏振分束器（PBS）光在介質(zhì)分界面上的反射和折射時(shí),可以把它分解為兩部分,一個(gè)部分是光矢量平行于入射面的p波，另一部分是光矢量垂直于入射面的s波。由于這兩個(gè)波的反射系數(shù)不同,因此反射光和折射光一般地就成為部分偏振光。當(dāng)入射光的入射角等于布儒斯特角%時(shí)，反射光成為線偏振光。圖5.5布儒斯特角示意圖其中」=arctan（竺），根據(jù)這個(gè)原理，就可以制作出偏振分束器，如圖5.6所示，偏B n1振分束器是把一塊立方棱鏡沿著對(duì)角面切開,并在兩個(gè)切面上交替地鍍上高折射率地膜層和低折射率的膜層,再膠合成立方棱鏡。圖5.6偏振分束器示意圖偏振分束器的作用是將s波分量和p波放量的傳輸方向分開90度，根據(jù)切面上鍍的膜層不同，可以實(shí)現(xiàn)反射s波或反射p波的功能，在標(biāo)準(zhǔn)具型的Interleaver中，使用的是反射s波的偏振分束器，在設(shè)計(jì)中只需要求PBS通光面積足夠，有比較高的消光