第7章光纖通信新技術(shù)-2

圖7.10(c)波長(zhǎng)路由器中應(yīng)用

波長(zhǎng)路由器l1,l2,l3,l4l1,l2,l3,l411112222l1,l2,l3,l42112l1,l2,l3,l41221

波長(zhǎng)路由器是波長(zhǎng)選路網(wǎng)絡(luò)(WavelengthRoutingNetwork)中的關(guān)鍵部件，其功能可由圖7.10(c)的例子說(shuō)明

它有兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口，每路輸入都載有一組λ1,λ2,λ3和λ4WDM信號(hào)。

如果用來(lái)標(biāo)記第i輸入鏈路上的波長(zhǎng)λj,則路由器的輸入端口1上的波長(zhǎng)記為、、、,輸入端口2上的波長(zhǎng)記為、、、。

在輸入端口1上的波長(zhǎng)中，如果和由輸出端口1輸出，則和由輸出端口2輸出；在輸入端口2上的波長(zhǎng)中，如果和由輸出端口2輸出，則和由輸出端口1輸出，這樣，我們就稱(chēng)路由器交換了波長(zhǎng)λ1和λ4。

在本例中，波長(zhǎng)路由器只有兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口，每一路上只有4個(gè)波長(zhǎng)，但是在一般情況下，輸入和輸出的端口數(shù)是N(≥2)，并且每一端口的波長(zhǎng)數(shù)是W(≥2)(參看圖7.33)。如果一個(gè)波長(zhǎng)路由器的路由方式不隨時(shí)間變化，就稱(chēng)為靜態(tài)路由器；路由方式隨時(shí)間變化，則稱(chēng)之為動(dòng)態(tài)路由器。靜態(tài)路由器可以用波分復(fù)用器來(lái)構(gòu)成，如下圖所示。

波長(zhǎng)分插復(fù)用器可以看成是波長(zhǎng)路由器的簡(jiǎn)化形式，它只有一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口，再加上一個(gè)用于分插波長(zhǎng)的本地端口。

對(duì)光濾波器的主要要求有：

(1)一個(gè)好的光濾波器應(yīng)有較低的插入損耗，并且損耗應(yīng)該與輸入光的偏振態(tài)無(wú)關(guān)。

在大多數(shù)系統(tǒng)中，光的偏振態(tài)隨機(jī)變化，如果濾波器的插入損耗與光的偏振有關(guān)(PDL:PolarizationdependentLoss),則輸出光功率將極其不穩(wěn)定。(2)一個(gè)濾波器的通帶應(yīng)該對(duì)溫度的變化不敏感。

溫度系數(shù)是指溫度每變化1℃的波長(zhǎng)漂移。一個(gè)WDM系統(tǒng)要求在整個(gè)工作溫度范圍(大約100℃)內(nèi)，波長(zhǎng)漂移應(yīng)該遠(yuǎn)小于相鄰信道的波長(zhǎng)間隔。

(3)在一個(gè)WDM系統(tǒng)中，隨著級(jí)聯(lián)的濾波器越來(lái)越多，系統(tǒng)的通帶就變得越來(lái)越窄。

為了確保在級(jí)聯(lián)的末端還有一個(gè)相當(dāng)寬的通帶，單個(gè)濾波器的通帶傳輸特性應(yīng)該是平直的，以便能夠容納激光器波長(zhǎng)的微小變化。單個(gè)濾波器的通帶的平直程度常用1dB帶寬來(lái)衡量，如圖7.12所示。

圖7.12光濾波器的1dB帶寬

下面將介紹一些波長(zhǎng)選擇技術(shù)及其在WDM系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1.光柵

光柵(Grating)廣泛地用來(lái)將光分離為不同波長(zhǎng)的單色光。在WDM系統(tǒng)中，光柵主要用在解復(fù)用器中，以分離出各個(gè)波長(zhǎng)。圖7.13是光柵的兩個(gè)例子，圖7.13(a)是透射光柵，圖7.13(b)是反射光柵。

圖7.13光柵(a)透射光柵；(b)反射光柵光柵平面影像平面l2l1qd1qd2qil1＋l2光柵平面影像平面l2l1qd1qd2qil1＋l2(a)(b)

我們以透射光柵為例來(lái)說(shuō)明光柵的基本原理。如圖7.14所示，設(shè)兩個(gè)相鄰縫隙間的距離即柵距為a,光源離光柵平面足夠遠(yuǎn)(相對(duì)于a而言)，入射角為θi，衍射角為θd，通過(guò)兩相鄰縫隙對(duì)應(yīng)光線(xiàn)的光程差由()決定，而其中m為整數(shù)，當(dāng)a和θi一定時(shí)，不同的θd對(duì)應(yīng)不同的波長(zhǎng)λ，也就是說(shuō)，像面上的不同點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的波長(zhǎng)，于是可用作WDM中的解復(fù)用器。(7.5)光柵方程為:(7.6)7.14透射光柵的工作原理2.布喇格光柵

布喇格光柵(BraggGrating)廣泛用于光纖通信之中。一般情況下，傳輸媒質(zhì)的周期性微擾可以看作是布喇格光柵；這種微擾通常引起媒質(zhì)折射率周期性的變化。半導(dǎo)體激光器使用布喇格光波導(dǎo)作分布反饋可以獲得單頻輸出(如DFB激光器)；在光纖中，寫(xiě)入布喇格光柵后可以用于光濾波器、光分插復(fù)用器和色散補(bǔ)償器。

設(shè)兩列波沿著同一方向傳播，其傳播常數(shù)分別為β0和β1，如果滿(mǎn)足布喇格相位匹配條件：

其中Λ為光柵周期，則一個(gè)波的能量可以耦合到另一個(gè)波中去。在反射型濾波器中，我們假設(shè)傳播常數(shù)為β0的光波從左向右傳播，如果滿(mǎn)足條件：（7.7）（7.8）

則這個(gè)光波的能量可以耦合到沿它的反方向傳播的具有相同波長(zhǎng)的反射光中去。設(shè)β0=2πneff/λ0，其中λ0為輸入光的波長(zhǎng)，neff為波導(dǎo)或光纖的有效折射率。也就是說(shuō)，如果λ0=2neffΛ，光波將發(fā)生反射，這個(gè)波長(zhǎng)λ0就稱(chēng)作布喇格波長(zhǎng)。隨著入射光波的波長(zhǎng)偏離布喇格波長(zhǎng)，其反射率就會(huì)降低，如圖7.15(a)所示。如果具有幾個(gè)波長(zhǎng)的光同時(shí)傳輸?shù)焦饫w布喇格光柵上，則只有波長(zhǎng)等于布喇格波長(zhǎng)的光才反射，而其它的光全部透射。

圖7.15(a)中的功率反射譜是針對(duì)折射率均勻周期性變化的光柵而言的，為了消除不需要的旁瓣，新研制成功了一種稱(chēng)為變跡光柵(ApodizedGrating)的光柵，它與漸變折射率光纖有點(diǎn)類(lèi)似，其折射率沿光柵纖芯到邊沿逐漸減小，變跡光柵的功率反射譜如圖7.15(b)所示。

注意:變跡光柵旁瓣的減少是以主瓣加寬為代價(jià)的。

圖7.15布喇格光柵的反射譜(a)均勻折射率情形；(b)變跡折射率情形

3.光纖光柵

光纖光柵(FiberGrating)是一種非常有吸引力的全光纖器件，其用途非常廣泛，可用作光濾波器、光分插復(fù)用器和色散補(bǔ)償器。對(duì)于全光纖器件，其主要優(yōu)點(diǎn)有：

?

插入損耗低

?易于與光纖耦合

?對(duì)偏振不敏感

?溫度系數(shù)低

?封裝簡(jiǎn)單

?成本較低

利用某種特殊光纖的光敏特性，就可在光纖中寫(xiě)入光柵。

在傳統(tǒng)光纖的SiO2中摻入少量鍺(Ge)后就具有了光敏特性，再由紫外(UV)光照射，就可引起光纖纖芯的折射率變化。若用兩束相干的紫外光照射摻雜后的光纖纖芯，則照射光束的強(qiáng)度將沿著光纖長(zhǎng)度方向周期性地變化，強(qiáng)度高的地方纖芯折射率增加，強(qiáng)度低的地方纖芯折射率幾乎無(wú)任何變化，這樣就在光纖中寫(xiě)入了光柵。形成光柵所要求的折射率變化是極低的，大約為10-4。也可以使用位相版(phasemask)來(lái)寫(xiě)入光柵。

位相版是一種光衍射元件，當(dāng)用光束照射它時(shí)，它將光束分離成各個(gè)不同的衍射級(jí)，這些衍射級(jí)相互干涉就可將光柵寫(xiě)入光纖。光纖光柵可以分為短周期(shortperiod)光纖光柵和長(zhǎng)周期(longperiod)光纖光柵。

短周期光纖光柵也稱(chēng)光纖布喇格光柵，其周期可以和光波長(zhǎng)相比較，典型值大約0.5μm；長(zhǎng)周期光纖光柵的周期比光波長(zhǎng)大得多，從幾百微米到幾毫米不等。

光纖布喇格光柵(FBG：FiberBraggGrating)是一種反射型光纖光柵，光柵使正向傳輸模(單模光纖中即為基模)同反向傳輸模之間發(fā)生耦合，光柵的波矢應(yīng)等于傳輸模波矢的2倍，也就是說(shuō)，光柵的周期應(yīng)等于傳輸光波在光纖內(nèi)部的波長(zhǎng)的一半，這種光纖光柵只對(duì)在布喇格波長(zhǎng)及其附近很窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光發(fā)生反射，而不影響其它波長(zhǎng)的光通過(guò)。

光纖布喇格光柵的特點(diǎn)是:

?損耗低(0.1dB左右)

?波長(zhǎng)準(zhǔn)確度高(可達(dá)±0.05nm)

?鄰近信道串?dāng)_抑制較高(可達(dá)40dB)以及通帶頂部平坦

由于光纖長(zhǎng)度隨溫度變化稍微有些變化，光纖布喇格光柵的溫度系數(shù)的典型值為1.25×10-2nm/℃。這個(gè)溫度系數(shù)過(guò)高了,但這可以通過(guò)采用負(fù)熱膨脹系數(shù)的材料封裝來(lái)改善，改善過(guò)的光柵的溫度系數(shù)大約為0.07×10-2nm/℃，這意味著在整個(gè)工作溫度范圍(100℃)內(nèi)，中心波長(zhǎng)的漂移可以小到0.07nm。

在WDM系統(tǒng)中，光纖布喇格光柵可用作濾波器、光分插復(fù)用器和色散補(bǔ)償器(DispersionCompensator)。

圖7.16(a)是一個(gè)簡(jiǎn)單的光分器，由一個(gè)三端口光環(huán)行器和一個(gè)光纖布喇格光柵構(gòu)成，由光柵反射回來(lái)的波長(zhǎng)λ2從環(huán)行器的端口3取出，余下的波長(zhǎng)繼續(xù)前行。在上面簡(jiǎn)單的光分器的基礎(chǔ)上加上一個(gè)耦合器，就可以實(shí)現(xiàn)光的分插功能，如圖7.16(b)所示。

圖7.16(a)基于光纖光柵結(jié)構(gòu)的光分插復(fù)用器簡(jiǎn)單光分；l1l2l3l4113光纖布喇格光柵l1l3l4lll4(a)2l23l2圖7.16(b)基于光纖光柵結(jié)構(gòu)的光分插復(fù)用器光分插l23l1l2l3l41(b)光纖布喇格光柵2l2l1l3l4耦合器l2

長(zhǎng)周期光纖光柵的工作原理與光纖布喇格光柵稍微有些不同。

在光纖布喇格光柵中，纖芯中正向傳輸模的能量耦合到反向傳輸模上；而在長(zhǎng)周期光纖光柵中，纖芯中正向傳輸模的能量耦合到包層里的正向傳輸模上，包層模沿著光纖傳輸時(shí)極容易消逝掉，因此相應(yīng)波長(zhǎng)位置的光波被衰減，出現(xiàn)一些損耗峰。

設(shè)纖芯中模的傳輸常數(shù)(假定為單模光纖)為β，p階包層模的傳輸常數(shù)為βpc，相位匹配條件為：

其中Λ為光柵周期。一般情況下，兩個(gè)正向傳輸模的傳輸常數(shù)相差很小，為了發(fā)生耦合，通常要求Λ是一個(gè)相當(dāng)大值，一般為幾百微米以上(光纖布喇格光柵大約為0.5μm)。（7.9）

設(shè)纖芯和p階包層模的有效折射率分別為neff和npeff，由公式β=2πneff/λ可得：當(dāng)滿(mǎn)足λ=Λ(neff-npeff)時(shí)，λ為光波長(zhǎng)，纖芯模的能量便耦合到包層模上去。因此，如果我們知道了傳輸光的波長(zhǎng)和纖芯、包層模的有效折射率，就可以設(shè)計(jì)合適Λ值的長(zhǎng)周期光柵來(lái)滿(mǎn)足各種需要。

長(zhǎng)周期光纖光柵的制作方法與光纖布喇格光柵相同。圖7.17是長(zhǎng)周期光纖光柵的傳輸譜，特別適合用作帶阻濾波器，主要用于摻鉺光纖放大器(EDFA:ErbiumDopedFiberAmplifier)中作濾波器，使EDFA增益平坦化。圖7.17長(zhǎng)周期光纖光柵的透射譜

4.法布里-珀羅濾波器

法布里-珀羅(FP:FabryPerot)濾波器是由兩塊平行放置的高反射率的鏡面形成的腔構(gòu)成的，如圖7.18所示。這種濾波器也叫F-P干涉儀，輸入光垂直到達(dá)第一個(gè)鏡面，從第二個(gè)鏡面出來(lái)的光就是輸出。這個(gè)器件傳統(tǒng)上用作干涉儀，現(xiàn)在也用在WDM系統(tǒng)中作濾波器。

F-Ｐ濾波器的功率傳遞函數(shù)TFP(f)與光的頻率f有關(guān)：（7.10）

圖7.18F-P濾波器輸入信號(hào)F-P濾波器反射若用自由空間波長(zhǎng)λ表示，則：

TFP(λ)=（7.11）

這里A表示每個(gè)鏡面的吸收損耗，R為每個(gè)鏡面的反射率(假設(shè)兩個(gè)鏡相同)，光在腔內(nèi)單程傳播的時(shí)延為τ，腔內(nèi)介質(zhì)的折射率為n，腔長(zhǎng)為l,因此τ=nl/c，c為真空中光速。

A=0及R=0.75、0.9和0.99時(shí)FP濾波器的功率傳遞函數(shù)如圖7.19所示。反射率R越大，相鄰信道的隔離就越好。圖7.19FP濾波器的功率傳遞函數(shù)

率傳遞函數(shù)TFP(f)是頻率f的周期函數(shù)，當(dāng)f滿(mǎn)足fτ=k/2，k為正整數(shù)時(shí)，傳遞函數(shù)TFP(f)的值處在波峰(通帶)上。FP濾波器的兩個(gè)緊鄰的通帶之間的光譜范圍稱(chēng)作自由光譜范圍(FSR：FreeSpectralRange)，用FWHM表示傳遞函數(shù)的半高寬，比值FSR/FWHM稱(chēng)作FP濾波器的精細(xì)度(F:Finesse),則F-P濾波器選擇不同的波長(zhǎng)時(shí)一般有兩種方法：

?

改變腔的長(zhǎng)度

?

改變腔內(nèi)介質(zhì)的折射率。

改變腔長(zhǎng)有機(jī)械移鏡和用壓電材料(PZT)兩種辦法。

（7.12）

5.多層介質(zhì)薄膜濾波器

薄膜諧振腔濾波器(ThinFilmResonantCavityFilter)也是一個(gè)F-P干涉儀，只不過(guò)其反射鏡是采用多層介質(zhì)薄膜而已，常稱(chēng)為多層介質(zhì)薄膜濾波器(MultilayerDielectricThinFilmFilter)。這種濾波器用作帶通濾波器，只允許特定波長(zhǎng)的光通過(guò)而讓其它所有波長(zhǎng)的光反射，腔的長(zhǎng)度決定要通過(guò)的波長(zhǎng)。圖7.20三腔介質(zhì)薄諧振腔濾波器

薄膜諧振多腔濾波器(ThinFilmResonantMulticavityFilter)的結(jié)構(gòu)如圖7.20所示，由反射介質(zhì)薄膜隔開(kāi)的兩個(gè)或多個(gè)腔構(gòu)成。圖7.21單腔、雙腔、三腔介質(zhì)薄膜濾波器的傳輸譜

改成多腔后與單腔相比，通帶頂部更加平坦，邊緣更為尖銳，如圖7.21所示。

這種濾波器多個(gè)級(jí)聯(lián)后，就可以做成波分復(fù)用器，如圖7.22所示。由于這種濾波器通帶頂部平坦，邊緣尖銳，溫度變化時(shí)性能穩(wěn)定，插入損耗低，對(duì)光的偏振不敏感，所以在系統(tǒng)應(yīng)用中是非常有吸引力的，如今已經(jīng)廣泛用在商業(yè)系統(tǒng)中。圖7.22基于多層介質(zhì)薄膜濾波器的波分復(fù)用/解復(fù)用器

6.馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x

馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x(MZI:MachZehnderInterferometer)使用兩條不同長(zhǎng)度的干涉路徑來(lái)決定不同的波長(zhǎng)輸出。

MZI通常以集成光波導(dǎo)的形式出現(xiàn)，即用兩個(gè)3dB定向耦合器來(lái)連接兩條不同長(zhǎng)度的光通路，如圖7.23(a)所示，襯底通常采用硅(Si)，波導(dǎo)區(qū)采用二氧化硅(SiO2)。一個(gè)MZI可用圖7.23(b)表示。圖7.23(a)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x(MZI)結(jié)構(gòu)圖輸入1輸入2路程差，DL輸出1輸出2(a)MZI(DL)輸入1輸入2輸出1輸出2(b)圖7.23(b)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x(MZI)方框圖輸入1輸入2輸出1輸出2MZI(DL)MZI(2DL)MZI(3DL)MZI(4DL)(c)圖7.23(c)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x(MZI)四級(jí)MZIMZI可用來(lái)作濾波器和波分復(fù)用器。雖然多層介質(zhì)薄膜濾波器在窄帶濾波方面性能較好，但在寬帶濾波方面MZI非常有用，例如用來(lái)分開(kāi)1.31μm和1.55μm兩個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)。當(dāng)然，通過(guò)級(jí)聯(lián)幾個(gè)MZI也可以做成窄帶濾波器，如圖7.23(c)所示，但是這將導(dǎo)致?lián)p耗大大增加。

從原理上講，級(jí)聯(lián)幾個(gè)MZI后性能較好，但是在實(shí)際工作中存在波長(zhǎng)隨溫度和時(shí)間的變化而漂移的現(xiàn)象，串?dāng)_性能遠(yuǎn)不如理想情況，級(jí)聯(lián)后的窄帶MZI的通帶不平坦，相反地，多層介質(zhì)多腔薄膜濾波器的通帶和阻帶都比較平坦。

現(xiàn)在簡(jiǎn)單分析MZI的工作原理。

考慮MZI作為一個(gè)解復(fù)用器的情況。這時(shí)只有一個(gè)輸入，假設(shè)從輸入端口1輸入，經(jīng)過(guò)第一個(gè)定向耦合器后，功率平均分配到兩臂上，但是在兩臂上的信號(hào)有了π/2的相差，下臂上的信號(hào)比上臂滯后π/2。

同理，在輸出2處，兩信號(hào)總的相位差為+βΔL-=βΔL。在輸入1的所有波長(zhǎng)中，滿(mǎn)足βΔL=kπ(k為奇數(shù))條件的波長(zhǎng)，由輸出1輸出；滿(mǎn)足βΔL=kπ(k為偶數(shù))條件的波長(zhǎng)由輸出2輸出。而β=,n為介質(zhì)折射率，λ為光波長(zhǎng)，通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)波的解復(fù)用。

如果下臂與上臂的長(zhǎng)度差為ΔL，則下臂信號(hào)的相位進(jìn)一步滯后βΔL,β為光在MZI介質(zhì)中的傳輸常數(shù)。在第二個(gè)定向耦合器的輸出1處，來(lái)自下臂的信號(hào)又比來(lái)自上臂的信號(hào)延遲了π/2，因此，在輸出1處，兩信號(hào)總的相位差為:+βΔL+。如果將MZI級(jí)聯(lián)就構(gòu)成多級(jí)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x(MultistageMachZehnderInterferometer)。圖7.23(c)示出4級(jí)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x，其中每個(gè)MZI以及級(jí)聯(lián)后整個(gè)4級(jí)MZI的傳遞函數(shù)曲線(xiàn)如圖7.24所示。

如果兩臂長(zhǎng)度差為ΔL，只是輸入1輸入，則單個(gè)MZI的功率傳遞函數(shù)為:2sin2LDbT11(f)T12(f)=(7.13)其中f為光頻率。

(前4個(gè)為每單個(gè)MZI的傳遞函數(shù)，最后一個(gè)為級(jí)聯(lián)后4級(jí)MZI的傳遞函數(shù))圖7.24MZI的傳遞函數(shù)

前面討論了MZI用作1×2解復(fù)用器情況，由于MZI是一種互易器件，因此也可用作2×1復(fù)用器。

7.陣列波導(dǎo)光柵

陣列波導(dǎo)光柵(AWG:ArrayedWaveguideGrating)是MZI的推廣和一般形式。如圖7.25所示，它由兩個(gè)多端口耦合器和連接它們的陣列波導(dǎo)構(gòu)成。AWG可用作n×1波分復(fù)用器和1×n波分解復(fù)用器。與多級(jí)MZI相比，AWG損耗低，通帶平坦，容易集成在一塊襯底上。AWG也可用作靜態(tài)波長(zhǎng)路由器，如圖7.26所示。圖7.25陣列波導(dǎo)光柵(AWG)圖7.26基于AWG的靜態(tài)波長(zhǎng)路由器

輸入耦合器將某個(gè)輸入端口的輸入信號(hào)分成m部分，它們之間的相對(duì)相位由從輸入波導(dǎo)到陣列波導(dǎo)在輸入耦合器中傳輸?shù)木嚯x來(lái)決定，輸入波導(dǎo)i和陣列波導(dǎo)k之間的距離用表示，陣列波導(dǎo)k的長(zhǎng)度比陣列波導(dǎo)(k-1)的長(zhǎng)度長(zhǎng)ΔL，同樣，陣列波導(dǎo)k和輸出波導(dǎo)j之間的距離用表示。

下面我們簡(jiǎn)單地分析一下AWG的工作原理。

設(shè)AWG的輸入端口數(shù)和輸出端口數(shù)均為n，輸入耦合器為n×m形式，輸出耦合器為m×n形式，輸入和輸出耦合器之間由m個(gè)波導(dǎo)連接，每相鄰波導(dǎo)的長(zhǎng)度差均為ΔL。MZI是AWG在n=m=2情形下的特例。

因此，光信號(hào)從輸入波導(dǎo)i到輸出波導(dǎo)j，經(jīng)歷了i與j之間m條不同通路后的相對(duì)相位為：

其中n1為輸入和輸出耦合器的折射率，n2為陣列波導(dǎo)的折射率，λ為光信號(hào)的波長(zhǎng)。在輸入波導(dǎo)i的光信號(hào)的波長(zhǎng)中，滿(mǎn)足Φijk為2π的整數(shù)倍的波長(zhǎng)將在輸出波導(dǎo)j輸出。于是，通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)，可以做成1×n波分解復(fù)用器和n×1波分復(fù)用器。（7.14）如果設(shè)計(jì)輸入耦合器和輸出耦合滿(mǎn)足

dinik=dini+kδini和

doutkj=doutj+kδoutj則有（7.15）

在輸入波導(dǎo)i輸入的那些波長(zhǎng)中若滿(mǎn)足：n1δini+n2ΔL+n1δoutj=pλ，p為整數(shù)，則波長(zhǎng)為λ的光將在輸出波導(dǎo)j輸出。

8.聲光可調(diào)諧濾波器

聲光可調(diào)諧濾波器(AOTF:AcoustoOpticTunableFilter)是一種多用途器件，是目前已知的惟一能夠同時(shí)選擇多個(gè)波長(zhǎng)的可調(diào)諧濾波器，并且可用來(lái)構(gòu)造波長(zhǎng)路由器。

AOTF的基本原理是聲與光的相互作用，圖7.27是AOTF的集成光波導(dǎo)形式。圖7.27集成光波導(dǎo)AOTF

一個(gè)簡(jiǎn)化的AOTF如圖7.28所示，波導(dǎo)材料是一種雙折射物質(zhì)，僅能支持最低階TE模和TM模。

假設(shè)輸入光完全是TE模，一個(gè)只能選擇TM模的偏振器放在波導(dǎo)的輸出端。如果在被選擇的波長(zhǎng)附近的一個(gè)窄譜范圍內(nèi)的光能量轉(zhuǎn)換為T(mén)M模式，而其余光能量仍保持TE模式，這樣就可以制成一個(gè)波長(zhǎng)選擇性濾波器。圖7.28簡(jiǎn)化的AOTF

這種濾波器的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)沿著光波的傳播方向或逆著光波的傳播方向發(fā)射一列聲波來(lái)完成。聲波傳播引起媒質(zhì)的密度周期性變化，其變化周期等于聲波波長(zhǎng)，這相當(dāng)于形成了一個(gè)布喇格光柵。（7.16）時(shí)，光波從一種模式耦合到另一種模式，其中Λ為聲波波長(zhǎng)，λ為光波長(zhǎng)。

設(shè)TE和TM模的折射率分別為nTE和nTM，當(dāng)滿(mǎn)足布喇格條件如果記nTE-nTM=Δn，則布喇格條件可寫(xiě)為λ=Λ·Δn(7.17)

滿(mǎn)足布喇格條件在波長(zhǎng)λ附近的窄譜范圍內(nèi)的光將從TE模轉(zhuǎn)換為T(mén)M模，如果這種器件的輸入光只是TE模，輸出只選擇TM模，那么就可以作為一個(gè)窄帶濾波器使用。

在LiNbO3晶體中，Δn=0.07。若適當(dāng)選擇聲波波長(zhǎng)Λ，則經(jīng)過(guò)模式轉(zhuǎn)