可調(diào)諧濾波器演示文稿

可調(diào)諧濾波器演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)（優(yōu)選）可調(diào)諧濾波器.目前二頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)提綱一、FP濾波器的歷史和發(fā)展二、FP濾波器的基本原理和參數(shù)三、可調(diào)諧FP濾波器的分類(lèi)及實(shí)現(xiàn)方法四、可調(diào)諧FP濾波器的應(yīng)用3目前三頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)光濾波器只讓特定的光波長(zhǎng)的光通過(guò)，并阻止其他光波長(zhǎng)通過(guò)4目前四頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P濾波器的歷史和發(fā)展1897年由C.Fabry和A.Perot提出的平行平面腔干涉儀。由于這種干涉儀所產(chǎn)生的干涉條紋非常細(xì)銳，因此它一直是長(zhǎng)度計(jì)量和研究超精細(xì)光譜的有效工具。1960年在世界上第一臺(tái)激光器——紅寶石激光器中，F(xiàn)-P腔起到了選模作用。F-P腔成為激光器的重要組成部分。20世紀(jì)80年代，隨著硅、微機(jī)械加工技術(shù)的進(jìn)展，為了滿足光通信、傳感和激光等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用需求，提出了可調(diào)諧F-P腔，通常被用作可調(diào)諧濾波器。5目前五頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P濾波器的主要應(yīng)用6目前六頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)可調(diào)諧F-P濾波器的優(yōu)點(diǎn)插入損耗低，可調(diào)諧范圍廣，精細(xì)度高體積小，溫度穩(wěn)定性好，工作溫度范圍寬，易于與光纖集成，光譜分辨率較高，條紋細(xì)度極高結(jié)構(gòu)靈活，成本低，可做成不同結(jié)構(gòu)來(lái)滿足各種自由光譜區(qū)的需求7目前七頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P干涉儀的結(jié)構(gòu)和工作原理利用兩個(gè)平行放置的介質(zhì)平板構(gòu)成一個(gè)平-平腔，介質(zhì)板內(nèi)表面鍍高反射膜，形成兩個(gè)反射鏡面。

8目前八頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)平行平板多光束干涉位相差相鄰兩束透射光之間的光程差對(duì)應(yīng)的位相差9目前九頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)多光束干涉的強(qiáng)度分布設(shè)第一束透射光復(fù)振幅為a1，初位相為0，光波在平板兩內(nèi)表面間反射系數(shù)為r，相鄰相干光束之間位相差為定域面上合振幅10目前十頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)多光束干涉的強(qiáng)度分布干涉場(chǎng)強(qiáng)度反射光束干涉強(qiáng)度11目前十一頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)ρ越大，亮紋越銳ρ越大，暗紋越銳多光束干涉的強(qiáng)度分布透射場(chǎng)反射場(chǎng)12目前十二頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)多光束干涉的襯比度襯比度端面反射率襯比度13目前十三頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P腔的選頻功能光在FP腔內(nèi)多次反射和透射相干疊加，其結(jié)果使透射光的光譜結(jié)構(gòu)明顯地區(qū)別于入射光譜，F(xiàn)P腔將入射光的連續(xù)寬光譜改變?yōu)橥干涔獾臏?zhǔn)分立譜。那些能出現(xiàn)譜峰的特定波長(zhǎng)，必定滿足往返光程差為其波長(zhǎng)的整數(shù)倍。即：14目前十四頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P腔的參數(shù)其中n為腔內(nèi)折射率，m為正整數(shù)。中心波長(zhǎng)(λc)根據(jù)F-P腔的諧振特性有15目前十五頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P腔的參數(shù)增加FSR范圍有兩種方法:

一，減小腔內(nèi)介質(zhì)的折射率n

二，減小腔長(zhǎng)。自由光譜范圍(FSR)兩個(gè)相鄰的透射極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)間隔為一個(gè)FSR。自由光譜范圍(FSR)在空間域可表示為:16目前十六頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P腔的參數(shù)通帶半寬度(FWHM)透射率強(qiáng)度為峰值一半的兩個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)差叫通帶半寬度，可以用來(lái)表征條紋的銳度，也稱(chēng)為3dB帶寬。當(dāng)反射率R確定之后，當(dāng)自由光譜范圍變大的時(shí)候，△λ也會(huì)隨著變大，可調(diào)諧F一P濾波器的濾波特性也會(huì)變差。17目前十七頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P腔的參數(shù)中心波長(zhǎng)透射率當(dāng)入射波長(zhǎng)為中心波長(zhǎng)時(shí)，F(xiàn)-P腔的透過(guò)率有最大值,理想FP干涉儀(鏡面對(duì)稱(chēng)，不存在吸收損耗和鏡面缺陷)的峰值透射率為1

考慮吸收損耗：其中A為兩側(cè)膜的吸收散射損耗，R為膜的反射率18目前十八頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P腔的參數(shù)精細(xì)度（

）它的定義為自由光譜范圍和半通帶寬度的比值：它表征了器件的分辨能力。精細(xì)度越高，F(xiàn)-P濾波器的濾波特性就越好。在理想情況下，精細(xì)度只和F-P腔鏡的反射率R有關(guān)系，反射率R越大，精細(xì)度越高。端面反射率精細(xì)度19目前十九頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)影響F-P濾波器性能的因素由上可知，理想的F-P濾波器的性能取決于F-P腔的光學(xué)長(zhǎng)度和腔鏡的反射率實(shí)際的FP濾波器中，對(duì)反射鏡平板的平行度、粗糙度和反射鏡薄膜表面的缺陷控制都要求非常高，因?yàn)檫@些誤差都會(huì)造成光線的散射等，從而降低FP濾波器的性能。20目前二十頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)影響F-P濾波器性能的因素腔體端面平行度對(duì)F-P濾波器性能影響相鄰兩個(gè)透射光束的相位差則不再為恒定值，透射光束數(shù)目減少a=5mrada=1mrada=021目前二十一頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)影響F-P濾波器性能的因素腔內(nèi)損耗對(duì)F-P濾波器性能影響精細(xì)度峰值透過(guò)率鏡面透過(guò)率1%0.01%0.2%2%0.01%0.2%22目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)可調(diào)諧F-P濾波器原理利用機(jī)械、壓電、電光和熱效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)中心波長(zhǎng)調(diào)制。23目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)可調(diào)諧F-P濾波器的分類(lèi)24目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)可調(diào)諧F-P體濾波器（BulkFilter）逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）：在外電場(chǎng)作用下壓電體會(huì)產(chǎn)生形變PZT壓電陶瓷(鋯鈦酸鉛)

壓電應(yīng)變常數(shù)=25目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)光纖FP濾波器在兩光纖端面鍍上高反膜，光纖本身構(gòu)成F-P腔。壓電陶瓷拉伸光纖來(lái)調(diào)控腔長(zhǎng)。腔長(zhǎng)長(zhǎng)，F(xiàn)SR較小光纖端面與中間的空氣腔形成F-P腔，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)其中之一的腔鏡沿軸向運(yùn)動(dòng)，對(duì)腔長(zhǎng)進(jìn)行掃描。腔長(zhǎng)一般小于10μm，F(xiàn)SR較大，插入損耗較大。26目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)改進(jìn)型波導(dǎo)腔FFPF在空氣隙腔濾波器的基礎(chǔ)上，腔內(nèi)加入一段光纖波導(dǎo)，通過(guò)調(diào)節(jié)波導(dǎo)段的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整其FSR（其長(zhǎng)度一般100μm到厘米量級(jí)）。同時(shí)這種結(jié)構(gòu)也使第二種FFPF存在的模式失配和插入損耗較大的問(wèn)題得到解決。27目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)光纖FP濾波器光纖Fabry－Perot濾波器的特點(diǎn)是：

纖入纖出，器件的損耗可以做到比較小，約3dB左右；

FSR覆蓋范圍極大，可根據(jù)不同的要求以不同的結(jié)構(gòu)來(lái)滿足其不同的FSR，從MHz量級(jí)到上百個(gè)nm；

分辨率較高，精細(xì)度可以做到上千；

器件穩(wěn)定性好，偏振無(wú)關(guān)；調(diào)諧簡(jiǎn)單。該濾波器用途較為廣泛，在光纖傳感系統(tǒng)可用作傳感元件進(jìn)行溫度，壓強(qiáng)和應(yīng)力的測(cè)量；在光通訊系統(tǒng)中，可作在WDM系統(tǒng)的解復(fù)用，還可用在光纖環(huán)形激光器中實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧波長(zhǎng)輸出，用在摻鉺光纖放大器（EDFA）中進(jìn)行噪聲抑制等。28目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)MEMS（Micro-electroMechanicalSystems微機(jī)電系統(tǒng))F-P可調(diào)諧濾波器該濾波器是通過(guò)在F-P兩高反鏡上微機(jī)電驅(qū)動(dòng)裝置，加上反偏電壓后利用靜電力或熱應(yīng)變的作用使腔長(zhǎng)收縮而持續(xù)調(diào)節(jié)濾波器的諧振波長(zhǎng)。鏡面受到靜電力，梁彈性形變產(chǎn)生恢復(fù)力，根據(jù)力平衡關(guān)系得到電壓與鏡面位移關(guān)系。電動(dòng)機(jī)械濾波器通常由常規(guī)半導(dǎo)體技術(shù)制成，其調(diào)諧速度較慢，在毫秒和微秒之間。29目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)液晶光調(diào)諧濾波器在F-P諧振腔內(nèi)填充液晶材料，利用加電場(chǎng)后液晶分子的晶向排列會(huì)發(fā)生變化從而改變其折射率，因此可以改變F-P腔的光學(xué)厚度，完成對(duì)中心波長(zhǎng)的調(diào)制。液晶F-P濾波器的精細(xì)度較高，調(diào)制范圍為幾十納米，調(diào)制時(shí)間在微秒量級(jí)。

屬于塊狀結(jié)構(gòu)，不利于與光纖的輸入輸出耦合;FSR在50nm左右；插入損耗在4dB左右；分辨率在0.17～0.4nm左右；調(diào)諧電壓低；偏振態(tài)敏感；液晶存在散射損耗與吸收。30目前三十頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)液晶光調(diào)諧濾波器此濾波器可用作WDMA光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的信號(hào)解調(diào)器，可調(diào)諧激光器中的調(diào)諧元件，還可以用于光譜成像系統(tǒng)中進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。當(dāng)3Uth<U時(shí)，指向矢方向與外加電場(chǎng)方向基本平行，液晶F-P濾波器光學(xué)特性與偏振無(wú)關(guān)，此時(shí)o光e光有相同的諧振波長(zhǎng).31目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)波導(dǎo)FP濾波器左圖是一個(gè)Ti:LiNb03波導(dǎo)濾波器。沿著y軸方向的Ti擴(kuò)散的直波導(dǎo)制作在X切的LiNb03襯底上。波導(dǎo)的兩端拋光后鍍上反射率為89％的絕緣反射膜。濾波器的中心波長(zhǎng)是通過(guò)在波導(dǎo)上加電壓由電光效應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)的，其調(diào)諧速度可以達(dá)到50ns。在拋光后的波導(dǎo)兩端鍍上高反膜，通過(guò)在波導(dǎo)上加電壓由電光效應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)濾波器的中心波長(zhǎng)。由于它利用的是電光效應(yīng)，調(diào)節(jié)速度可達(dá)至ns級(jí)。32目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)高性能的濾波器需滿足以下要求：調(diào)諧范圍大精細(xì)度高透射率高響應(yīng)速度快33目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)可調(diào)諧濾波器性能比較34目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)可調(diào)諧F-P濾波器的應(yīng)用在可調(diào)諧光濾波器的眾多技術(shù)方案中，目前商用化的可調(diào)諧濾波器主要基于三種技術(shù)：光纖FP技術(shù)(MicronOptics公司)，MEMS-FP技術(shù)(NPPhotonics公司)和線性可變?yōu)V波片LVF技術(shù)(Santec公司等)，國(guó)內(nèi)尚無(wú)產(chǎn)品推出，基本依賴進(jìn)口?；趬弘婒?qū)動(dòng)的光纖FP型可調(diào)濾波器的濾波特性最好，但由于封裝難度較大，成本高，價(jià)格相當(dāng)昂貴，同時(shí)壓電材料固有的遲滯效應(yīng)是其目前無(wú)法克服的問(wèn)題。MEMS-FP型可調(diào)濾波器具有較好的綜合性能指標(biāo)，基本能滿足當(dāng)前光通信與光纖傳感領(lǐng)域的一些應(yīng)用需求，但是制備工藝技術(shù)不穩(wěn)定，供貨非常有限。基于LVF技術(shù)的可調(diào)濾波器有多家公司可以提供，但響應(yīng)速度慢，應(yīng)用上受到很大限制。35目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)可調(diào)諧F-P濾波器的應(yīng)用傳感領(lǐng)域作為解調(diào)器，是決定整個(gè)系統(tǒng)性能的核心器件。光通信領(lǐng)域被用作波分復(fù)用（WDM）器件。激光領(lǐng)域在激光腔內(nèi)進(jìn)行模式選擇，使激光器實(shí)現(xiàn)單頻輸出。36目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)困境：光纖Bragg光柵近幾年在國(guó)內(nèi)的發(fā)展非常迅速，但是對(duì)其波長(zhǎng)編碼信號(hào)的解調(diào)一直是制約著光纖Bragg光柵傳感器廣泛應(yīng)用的技術(shù)難點(diǎn)。新方法：基于光纖F-P濾波器的FBG傳感解調(diào)系統(tǒng)不僅具有體積小、價(jià)格低、光能利用率高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，而且可以直接輸出對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)變化的電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量，因此是目前最具發(fā)展前景且實(shí)用性較好的解調(diào)方法。F-P濾波器在傳感解調(diào)中的應(yīng)用37目前三十七頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P濾波器在傳感解調(diào)中的應(yīng)用寬帶光源耦合器隔離器DSP系統(tǒng)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)和采集電路可調(diào)諧F-P腔光電探測(cè)器放大、濾波電路I∕V轉(zhuǎn)換電路傳感光纖光柵38目前三十八頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P濾波器在傳感解調(diào)中的應(yīng)用本方法總結(jié)：基于光纖F-P濾波器的FBG傳感解調(diào)系統(tǒng)不僅具有體積小、價(jià)格低、光能利用率高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì),而且可以直接輸出對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)變化的電信號(hào),實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量,因此是目前最具發(fā)展前景且實(shí)用性較好的解調(diào)方法。隨著研究的不斷深入,光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)會(huì)向著實(shí)用性更強(qiáng)的方向發(fā)展。該解調(diào)方案還有待于進(jìn)一步完善來(lái)提高其解調(diào)精度和速度以達(dá)到更好的解調(diào)效果。39目前三十九頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P腔的波長(zhǎng)可調(diào)諧光分插復(fù)用器WDM波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)：1.超長(zhǎng)途DWDM設(shè)備近年來(lái)成為傳輸界關(guān)注的焦點(diǎn)。2.可重構(gòu)的光分插復(fù)用器是目前業(yè)界的熱點(diǎn)話題。3.光交叉連接設(shè)備是未來(lái)智能化光網(wǎng)絡(luò)的核心。40目前四十頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P腔的波長(zhǎng)可調(diào)諧光分插復(fù)用器常見(jiàn)幾種類(lèi)型OADM優(yōu)缺點(diǎn)：1.解復(fù)用器+開(kāi)光陣列+復(fù)用器型OADM結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)上下載話路的控制比較容易，但目前機(jī)械光開(kāi)關(guān)的時(shí)延和器件損耗都較大。2.可調(diào)諧光纖光柵型OADM缺點(diǎn)在于下載波長(zhǎng)的隔離度不是很高，一般在25dB左右，并且成本高。3.陣列波導(dǎo)光柵（AWG）型則濾波形狀較差、信道間隔離度小、需要溫度控制。新方法：基于F-P腔濾波器的波長(zhǎng)可調(diào)諧光分插復(fù)用器，可實(shí)現(xiàn)WDM全光通信信網(wǎng)中一路或多路波長(zhǎng)信號(hào)同時(shí)上∕下載話路功能。41目前四十一頁(yè)\總數(shù)四十六頁(yè)\編于六點(diǎn)F-P腔的波長(zhǎng)可調(diào)諧光分插復(fù)用器輸入端輸出端PZT上載端下載端OADM基本結(jié)構(gòu)這種新型OADM一個(gè)重要的特點(diǎn)是同頻串?dāng)_很小,甚至可以通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu),基本消除同頻串?dāng)_.在圖所示的基本結(jié)構(gòu)中,同頻串?dāng)_主要是來(lái)源于上載端口對(duì)下載端口的串?dāng)_,但當(dāng)微調(diào)上載端準(zhǔn)直器與輸出端,下載端與輸入端稍微失準(zhǔn)時(shí),上載端與下載端的間損耗相當(dāng)大,因此這種同頻串?dāng)_很小.輸入端輸出端PZT上載端下載端耦合器F-P腔42