（通信与信息系统专业论文）光学梳状滤波器与多功能组合模块的研究.pdf

上海大学博士学位论文 摘要 光纤通信网是信息高速公路建设的重要组成部分，它由骨干网、城域网和接 入网组成，网络的每个节点又包含着大量的光电子器件和各种功能模块。光学滤 波器作为d w d m 光网中一类重要的光子器件，其作用是不言而喻的( 色散补偿、 增益谱均衡、信道选择和功率均衡等) 。本文以周期性光学梳状滤波器( o p t i c a l c o m bf i l t e r ) 和多功能组合模块为研究对象具有现实意义。希望通过数学建模、特 性仿真、理论分析和实验验证等手段得到些有参考价值的结果和结论。 光学全通滤波器( 周期性相位梳状滤波器) 、多波导定向耦合器、新型波分复 用器件一群组波长交错滤波器( i n t e r l e a v e r ，周期性幅度梳状滤波器) 和多功能组 合模块是论文的主要组成部分。具体研究内容如下： 1 薄膜g i r e s t o u m o i s 干涉仪型光学全通滤波器( g t i - o a p f ) 的设计方法和 具体应用。g t i 是反射式f a b r y - p e r o t 干涉仪，由部分反射镜、谐振腔和 全反射镜构成。首先，给出一个多层薄膜反射系数的迭代式并用数学归纳 法证明，验证了用其设计薄膜g t i o a p f 的可行性。其次，忽略g t l 反 射镜的具体膜层结构，得到g t i o a p f 简化数学模型的相位、群延迟和群 延迟色散的解析表达式。最后，采用传输矩阵法设计了适合多信道色散补 偿的薄膜g t i o a p f ，并进行了较为详细的特性仿真和分析( 研究了反射 镜的膜层结构对单腔g t i 器件传输特性的影响，斜入射光束引起的偏振分 离现象，色散补偿带宽的展宽和线性化) 。同时，对多腔g t i 进行了设计 与分析。 2 多功能双环谐振光学梳状滤波器。给出由等三角排列3 x3 光纤耦合器构成 的双环结构光学梳状滤波器传输特性的解析表达式，该模型综合考虑了耦 合器的插入损耗和分束比，光纤延迟线的传输损耗、增益系数和长度等参 量。在此基础上对其传输特性进行了较为详细的数值研究。结果表明：该 器件具有多信道带通、带阻和放大特性。并对器件结构参量的变化如何影 响其功能的变化规律进行了探索，发现了一个有趣的双谐振峰( 主峰和次 峰) 的动态变化现象。讨论了该器件的色散特性、游标效应( v e r n i e r e f f e c t ) 和具体应用( 光延迟线、i n t e r l e a v e r ) 。 3无限冲击响应型( i l r ，i n f i n i t ei m p u l s er e s p o n s e ) 群组波长交错滤波器u f i 海大学博士学位论文 采用马赫曾德尔光纤干涉仪和薄膜g t i 光学全通滤波器组成复合结构 i n t e r l e a v e r ，在导出解析表达式的基础上对其传输特性进行了仿真和分析， 并归纳出一些有用的结果，对进一步的实用化设计和相关技术探索具有指 导意义。 4 多功能光学滤波器组合模块的系统化研究。以3 x 3 光纤耦合器为基本单元 构造双向传输i n t e r l e a v e r ，辅以光环行器、光隔离器、光纤d w d m 、光纤 光栅色散补偿器、f a b r y p e r o t 波长信道监测仪等光学器件构造多功能组合 模块，对每个组成单元进行了分析和讨论。具体包括：多级串接m z i 型 光纤密集波分复用器( d w d m ) 的附加相移修正；光纤光栅对薄膜g t i 的功能模拟等。 5 多波导定向耦合器。具体包含以下两个研究内容： 夺多波导耦合系统耦含模方程的c h e b y s h e v 解和验证。分别采用第一类 和第二类c h e b y s h e v 多项式构造的正交基导出“弱耦合”( 仅考虑相 邻波导间的模场耦合) 线形分布和环形分布多波导耦合系统标量耦合 模方程的通解，并给出具体的求解步骤；采用推广的c h e b y s h e v 多项 式得到形式上与“弱耦合”相同的“强耦合”( 考虑相邻波导和非相 邻波导间的模场耦合) 环形分布多波导耦合系统标量耦合模方程的通 解。作为例证，求出“弱耦台”线形分布2 2 、3 3 和4 4 波导定向 耦合器和环形分布3 3 波导定向耦合器的传输矩阵。为了便于比较， 又分别求出“弱耦合”与“强耦合”5 5 波导耦合器的传输矩阵。具 体求解过程涉及本征值的“兼并”和“不兼并”两种情况。 夺基于组合波导理论，给出弱熔、弱耦2 6 光纤耦合器耦合模方程的解 析解，对其功率耦合特性进行了数值分析，并由硕士生许强完成了初 步的实验验证。 论文的创新性体现在以下几个方面：1 尝试采用c h e b y s h e v 和推广的 c h e b y s h e v 多项式得到多波导祸合系统耦合模方程的解析解。2 新型2 6 熔锥光纤 耦合器的模场耦合特性的解析解。3 ，用薄膜o a p f 和多端口光纤耦合器构成双向 i n t e r l e a v e r 和多功能组合模块。4 采用三种方法( 迭代式、解析表达式和传输矩阵 法) 设计适合多信道色散补偿的g t i o a p f 。5 一些仿真结果和结论。例如：多 上海大学博士学位论文 功能双环谐振光学梳状滤波器双谐振峰的动态变化规律：全光纤多级串接m z i 型 密集波分复用器的附加相移修正等。 论文结构安排如下：第一章是光纤通信系统中各种光学滤波器的综述，重点 介绍了群组波长交错滤波器、薄膜光学滤波器和平面波导微环结构光学滤波器。 第二章是适合多信道色散补偿的薄膜g t i o a p f 的设计与分析。第三章包括三个 组成部分：多功能双环谐振光学梳状滤波器；无限冲击响应型群组波长交错滤波 器；基于多端口光纤耦合器的多功能组合模块。第四章包含两个研究内容：线形 分布与环形分布多波导耦合系统耦合模方程的c h e b y s h e v 解：新型面阵结构2 x 6 熔 锥光纤耦舍器的功率耦合特性的理论分析。 关键词：光学梳状滤波器，光学全通滤波器，波长交错滤波器，多波导定向耦合 器，多功能组合模块 l 上海大学博士学位论文 a b s t r a c t o p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ec o n s t r u c t i o no f “i n f o r m a t i o nh i g h w a y ”a sw ek n o w , i ti sm a d eu pb yb a c k b o n en e t w o r k ，m e t r o p o l i t a n n e t w o r ka n da c c e s sn e t w o r k m e a n w h i l e ，e a c hm a i nn o d ei nt h en e t w o r ki n v o l v e sal o t o fo p t o e l e c t r o n i cc o m p o n e n t sa n dv a r i o u sf u n c t i o nm o d u l e s p e r f o r m a n c eo ft h e mw i l l i n f l u e n c eo nt h eo p e r m i o ns t a b i l i t yo ft h en e t w o r kd i r e c t l y o p t i c a lf i l t e rr e p r e s e n t sab i gc l a s so fk e yp h o t o n i cc o m p o n e n t sa n di t sf u n c t i o ni s e v i d e n t ，w h i c hi su s u a l l yu s e df o rd i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o no ft h eo p t i c a lf i b e rl i n k s ，f o r g a i ns p e c t r u mf l a t t e n i n go ft h eo p t i c a la m p l i f i e r s ，f o rw a v e l e n g t hc h a n n e ls e l e c t i o n ，f o r c h a n n e lp o w e r e q u a l i z a t i o na n ds oo n t h u s ，i ti su s e f u la n dm e a n i n g f u lt os e l e c to p t i c a l c o m bf i l t e ra n dm u l t i f u n c t i o nc o m p o s i t em o d u l ea st h em a i nr e s e a r c ht o p i c sa n da st h e t i t l eo f t h i sd i s s e r t a t i o n t h em a i nr e s e a r c hm e t h o d sa d o p t e di n t h i sp a p e ra r em a t h p h y s i c a lm o d e l i n g ， c h a r a c t e r i s t i c ss i m u l a t i o n ，t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o n t h em a i nr e s e a r c ht o p i c si n v o l v eo p t i c a la l lp a s sf i l t e r ( o a p f , p e r i o d i cp h a s e c o m bf i l t e r ) ，m u l t i w a v e g u i d ed i r e c t i o n a l c o u p l e r , an o v e l t y p e d w d m ( d e n s e - w a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x e r ) c a l l e da si n t e r l e a v e r ( p e r i o d i ca m p l i t u d ec o m b f i l t e r ) a n dm u l t i f u n c t i o nc o m p o s i t em o d u l e a l lt h e s et o p i c s a r es t a t e di nd e t a i la s f o l l o w s 1 d e s i g nm e t h o d sa n da p p l i c a t i o n so ft h i nf i l mg i r e s t o u r n o i si n t e r f e r o m e t e r ( g t i ) t y p eo a p f g t ii sar e f l e c t i v ef a b r y p e r o ti n t e r f e r o m e t e r , a n di ti sm a d eu pb y p a r t i a lr e f l e c t i v em i r r o r , r e s o n a n tc a v i t ya n dt o t a lr e f l e c t i v em i r r o r f i r s t l y ，a n i t e r a t i v ef o r m u l at oc a l c u l a t et h er e f l e c t i v i t yo f t h em u l t i l a y e rt h i nf i l mi sg i v e na n d i t se f f e c t i v e n e s si nt h ed e s i g no ft h i nf i l mo a p fi sp r o v e ds e c o n d l y ，o m i t t i n gt h e c o n c r e t et h i nf i l ms t r u c t u r eo ft h em i r r o r ，a n a l y t i c a le x p r e s s i o n so ft h ep h a s e ，g r o u p d e l a ya n dd i s p e r s i o na r ed e d u c e d f i n a l l y ，t r a n s m i s s i o nm a t r i xm e t h o di sa d o p t e dt o d e s i g nt h i nf i l mo a p fa p p r o p r i a t ef o rm u l t i c h a n n e ld i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n ，a n d i t sc h a r a c t e r i s t i c si ss i m u l a t e dn u m e r i c a l l ya n da n a l y z e di nd e t a i lf o re x a m p l e ， i n f l u e n c eo ft h et h i nf i l ms t r u c t u r eo ft h em i r r o r so n s i n g l e c a v i t y g t i s i 海大学博士学位论文 2 4 5 p e r f o r m a n c e ，p o l a r i z a t i o ns p l i t t i n gp h e n o m e n a f o r o b l i q u e i n c i d e n t l i g h t ， o p t i m i z a t i o no ft h ed i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o nb a n d w i d t he ta 1 d e s i g na n da n a l y s i s o f m u l t i c a v i t yg t ia r ei n v o l v e da sw e l l m u l t i - f u n c t i o nd o u b l er i n gr e s o n a n to p t i c a lc o m bf i l t e r a n a l y t i c a le x p r e s s i o nf o r t h er e s o n a t o rc o m p o s e db y e q u i l a t e r a ls t r u c t u r e 3 3f u s e df i b e rc o u p l e ri s d e d u c e d ，c o n s i d e r i n gi n s e g i o nl o s sa n ds p l i t t i n gr a t i oo ft h ec o u p l e r ；t r a n s m i s s i o n l o s s ，g a i nc o e f f i c i e n ta n dl e n g t ho ft h eo p t i c a lf i b e rd e l a yl i n e i t sc h a r a c t e r i s t i c si s s i m u l a t e di nd e t a i l ，t h er e s u l t sr e v e a li t sm u l t i - f u n c t i o np e r f o r m a n c es u c ha s m u l t i c h a n n e lb a n d p a s s ，b a n d s t o pa n da m p l i f i c a t i o n t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e s t r u c t u r ep a r a m e t e r sa n di t sd y n a m i cc h a n g i n gl a w si ss h o w na sw e l l a n i n t e r e s t i n gd y n a m i cc h a n g i n gc o n r s eo fd o u b l er e s o n a n tp e a k si sf o u n d ，w h i c hm a y b ec a u s e db yt h ee x t r ap h a s es h i f tr e l a t e dw i t hl o s sa n dg a i ni na d d i t i o n ，d i s p e r s i o n c h a r a c t e r i s t i c s ，v e m i e re f f e c ta n da p p l i c a t i o n ss u c ha so p t i c a ld e l a yl i n ea n do p t i c a l i n t e r l e a v ef i l t e ra r e 出s c u s s e da l s o i n f i n i t ei m p u l s er e s p o n s e ( i i r ) t y p ei n t e r l e a v ef i l t e r i t i sm a d eu pb yt h i nf i l m o a p fa n da s y m m e t r i cm a c h z , e h n d e ri n t e r f e r o m e t e r ( m z i ) w i t h3 3f i b e r c o u p l e r i t st r a n s m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n di n f l u e n c ef r o mp a r a m e t e rd e t u n i n ga r e t h e o r e t i c a l l ya n a l y z e da n ds i m u l a t e d a tl a s t ，s o m ec o n c l u s i o n sa r eg i v e nw h i c hc a n b eu s e f u lf o rf u r t h e rp r a c t i c a ld e s i g na n de x p l o r i n gr e l a t e de x p e r i m e n t a lt e c h n i q u e s s y s t e m a t i cs t u d yo fm u l t i f u n c t i o no p t i c a lf i l t e rc o m p o s i t em o d u l eu s i n g3 3 f i b e r c o u p l e ra s a k e y u n i t et of o r mf i n i t e i m p u l s er e s p o n s e ( f i r ) t y p e b i - d i r e c t i o n a li n t e r l e a v ef i l t e rb a s e do nt w os t a g ec a s c a d e da l l f i b e rm z l a d d e db y o p t i c a lc i r c u l a t o r ，i s o l a t o r , a l l f i b e rd w d m ，f i b e rg r a t i n gd i s p e r s i o nc o m p e n s a t o r ， f - pc h a n n e lm o n i t o ra n ds o m eo t h e r o p t i c a lc o m p o n e n t s ，i t s f u n c t i o ni s s t r e n g t h e n e d r e l a t e dp r o b l e m s s u c ha sa d d i t i o n a lp h a s es h i f ta d j u s t m e n ti n d w d m ，a n df i b e rg r a t i n ga n a l o g u et ot h i nf i l mg t i e ta ta r ed i s c u s s e d m u l t i w a v e g u i d ed i r e c t i o n a lc o u p l e r t h e r ea r et w om a i np a r t si n t h i sc h a p t e ra s f o l l o w s 一a n a l y t i c a l s o l u t i o n so fs c a l a r c o u p l e d m o d ee q u a t i o n s ( c m e s ) f o r v 上海大学博士学位论文 m u l t i w a v e g u i d ec o u p l i n gs y s t e ma r eo b t a i n e db yc h e b y s h e vp o l y n o m i a l sa n d g e n e r a l i z e dc h e b y s h e vp o l y n o m i a l sf o r “w e a kc o u p l i n g ”f c o n s i d e r i n gm o d e c o u p l i n g b e t w e e n n e i g h b o r e dw a v e g u i d e so n l y ) a n d s t r o n gc o u p l i n g ” ( o t h e r w i s e ) c a s e si n d i v i d u a l l y t h ef i r s t k i n do fa n dt h es e c o n dk i n do f c h e b y s h e vp o l y n o m i a l sa r ea p p r o p r i a t ef o rl i n e a r l yd i s t r i b u t e da n dc i r c u l a r l y d i s t r i b u t e dm u l t i - w a v e g u i d es t r u c t u r er e s p e c t i v e l y g e n e r a ls t e p st os o l v et h e c m e sa n de x a m p l e ss u c ha s2 2 3 x 3 4 4a n d5 5d i r e c t i o n a l c o u p l e r sa r eg i y e ni nd e t a i l ， _ b a s e do nc o m p o s i t ew a v e g u i d et h e o r y , a n a l y t i c a ls o l u t i o nt oan o v e ls t r u c t u r e 2x6f u s e df i b e rc o u p l e ri sd e d u c e d ，i t sp o w e rc o u p l i n gc h a r a c t e r i s t i c sa r e s i m u l a t e dn u m e r i c a l l y , w h i c hi sp r o v e db yx uq i a n g si n i t i a l e x p e r i m e n t a l r e s u l t i na d d i t i o n ，n e wi d e a sa n dp o s s i b l ev a l u a b l er e s u l t sa r es h o w na sf o l l o w s f i r s t ，t o o u rk n o w l e d g e ，i ti san e wt r yi nm a t h e m a t i c sa n dp h y s i c st oo b t a i na n a l y t i c a ls o l u t i o n s o fc m e sf o rm u l t i - w a v e g u i d es y s t e mb yc h e b y s h e va n dg e n e r a l i z e dc h e b y s h e v p o l y n o m i a l s b u ti t s h o u l db ep o i n t e do u tt h a tf u r t h e rd e v e l o p m e n ta n dp e r f e c t i o na r e n e e d e d s e c o n d ，an o v e ls t r u c t u r e 2 6f u s e df i b e rc o u p l e ri sa n a l y z e dt h e o r e t i c a l l y , w h i c hi s p r o v e de x p e r i m e n t a l l yb yx uq i a n gt h i r d ，u s i n gt h i n f i l mo a p fa n d m u l t i - p o r tf i b e rc o u p l e rt of o r ma n o v e ls t r u c t u r eb i d i r e c t i o n a li i rt y p ei n t e r l e a v e ra n d m u l t i f u n c t i o n c o m p o s i t em o d u l e f o u r t h ，a d o p t i n g t h r e em a t h e m a t i c a lm e t h o d s ( i t e r a t i v ef o r m u l a ，a n a l y t i c a le x p r e s s i o n ，a n dt r a n s m i s s i o nm a t r i x ) t od e s i g nt h i nf i l m o a p fa p p r o p r i a t ef o rm u l t i c h a n n e ld i s p e r s i o nc o m p e n s a t i o n t h ef i f t hi se m b o d i e di n t h es i m u l a t i o nr e s u l t sa n dd i s c u s s i o n s f o re x a m p l e ，i nt h ep a r to fm u l t i f u n c t i o n d o u b l e - r i n gr e s o n a n to p t i c a lc o m bf i l t e r , t h ed y n a m i cc h a n g i n gl a w so ft h ed o u b l ep e a k s a d d i t i o n a lp h a s es h i f ta d j u s t m e n t si nm u l t i s t a g ec a s c a d e da l lf i b e rm z it y p ed w d m c h a r m e ld e m u l t i p l e x e r t h i sp a p e ri so r g a n i z e da sf o l l o w st h ef i r s tc h a p t e ri s as u m m a r y a b o u to p t i c a l f i l t e r ( o a p f ，i n t e r l e a v e r ，e ta 1 ) a p p l i e di no p t i c a ln e t w o r k ；t h es e c o n dc h a p t e rf o c u s e s o nt h ed e s i g na n da n a l y s i so ft h i nf i l mg t i - o a p fu s e df o rm u r i c h a n n e ld i s p e r s i o n v l 上海大学博士学位论文 c o m p e n s a t i o n ；t h et h i r dc h a p t e ri n v o l v e s t h r e em a i np a r t s n a m e l y ，m u l t i f u n c t i o n d o u b l e - r i n gr e s o n a n to p t i c a l c o m bf i l t e r ；i i r t ) r p e m z ii n t e r l e a v ef i l t e ra n d m u l t i f u n c t i o nc o m p o s i t em o d u l e t h ef o u r t hc h a p t e ri n v o l v e st w om a i np a r t s o n ei st o o b t a i na n a l y t i c a ls o l u t i o n so fs c a l a rc m e sf o r “w e a kc o u p l i n g a n d “s t r o n gc o u p l i n g ， l i n e a r l ya n dc i r c u l a r l yd i s t r i b u t e dm u l t i - w a v e g u i d ec o u p l i n gs y s t e m sb yc h e b y s h e va n d g e n e r a l i z e dc h e b y s h e vp o l y n o m i a l s t h eo t h e ro n ei st oa n a l y z ean o v e ls t r u c t u r e2 6 w e a k l yc o u p l e df u s e df i b e rc o u p l e rb a s e do nc o m p o s i t ew a v e g u i d et h e o r y k e yw o r d s ：o p t i c a lc o m bf i l t e r , o p t i c a la l lp a s sf i l t e r ( o a p f ) ，i n t e r l e a v e r ，d i r e c t i o n a l c o u p l e r , m u l t i f u n c t i o nc o m p o s i t em o d u l e v l 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以 公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名导师签名： j 二海大学博士学位论文第一章综述 第一章综述 1 1 光纤通信网的发展与关键技术 网络的发展离不开社会的需求，在信息化的社会生活中，人与人之i a j 通过各 种媒体手段大量快捷地交流信息成为现代社会生活的主旋律。电话和手机、闭路 电视与可视点播、信用卡和自动取款机、i n t e r n e l 网与远程服务等等，这些陌生的 专业术语从课本走入生活，标志着现代社会的信息化、网络化。 上世纪六、七十年代，低损耗单模光纤的研制技术与激光技术的突破为科研 工作者开辟了许多新的研究领域，光纤通信正是在这一时期悄然兴起。在经历了 不断的技术更新和知识积累之后，终于迎来了光纤通信方兴未艾的今天。 光纤作为一种信息承载的媒体，具有许多独特的优点：充裕的带宽、低损耗、 对电磁场扰动的“免疫”、 生价比高等。光纤通信网正是由纵横交错的光纤链路、 大量的光子器件、光电子器件和复杂的多功能集成模块构建的信息高速公路。功 能强大的通信软件等技术是网络可靠运行、网络性能监测和维护的重要保证。因 此，软硬件技术是网络发展的重要支柱。 要保证“信息高速公路”的畅通无阻和高质量的可靠运行，就要充分挖掘带 宽资源，提高网络的容量，探索和完善相关技术。光纤通信网的扩容涉及许多技 术：信号复用技术( 空分复用、波分复用、时分复用、码分复用、偏分复用等) ； 色散补偿技术( 色散补偿光纤、信号预啁啾、预畸变电路、谱反转、光学滤波器、 编码等) ：宽带光放大技术 ( s + c + l ) b a n d - e d f a ，宽带r a m a n 光放大，e d f a 与 r a m a n 放大的组合等 ：光纤技术( 低损耗、低色散光纤，色散位移光纾，色散补 偿光纤，高非线性光纤，光子晶体光纤，保圆及保偏等特种光纤) ：光源与光波梭 测技术等。 随着i t 产业的迅速发展，光纤通信也在经历着许多重大变化： 1 网络结构呈现多样化( 骨干网以点到点光纤链路结构为主：城域网以环形 网和栅格( m e s h ) 网结构为主；接入网以树形分支结构为主) 。 2 网络的可重置性( r e c o n f i g u r a b i l i t y ) 和智能化。 3 网络容量的“膨胀”式发展突出表现在以下三个方面：超密集( 溅小信道 间隔，提高一定波长带宽内的波分复用信道数) 、超宽带( s + c + l 数百纳 上海大学博士学位论文 光学梳状滤波嚣与多功能组合模块的研究 米波段) 和超高速( 单信道速率达到l o 、2 0 、4 0 、8 0 甚至1 6 0 g b i t s ) 。 4 全光网的建设追在眉睫。在光纤骨干网( b a c k b o n en e t w o r k ) 的建设基本完 成，光纤城域网( m e t r o p l i t a nn e t w o r k ) 的建设取得较大成效的基础上，光纤 到家( f t t h ) 的最后一公里成为制约网络进一步提速的瓶颈。因此，光 接入网( a c c e s sn e t w o r k ) 技术升级为目前光纤通信领域的研究重点，比较 热门的研究方案是基于以太网( e t h e m e t ) 的无源光网( e p o n ) 。光纤城 域网和光纤接入网的建设直接影响着全光网的建设进程。 5 多种网络融合的综合业务网成为互联网发展的一个主流方向。无线通信与 光纤通信的结合可能会带来许多便利和实惠，但真正实现无线电波在光纤 上的传输( r a d i oo v e rf i b e r ) 还有许多技术难点需要突破。如果有一天，节 能光纤照明系统( 传能光纤室内照明、智能化景观照明、节能半导体光源 替代日光灯和白炽灯等) 和智能化光纤环境监测与安全防护系统( 温度、 湿度等气象状况：噪声污染、空气污染、光污染、电磁场污染和水质污染； 建筑安全等) 能够融入全光网中，信息高速公路的内涵会变得更加丰富， 我们的生活也更加富有色彩。 1 2 密集波分复用光网中的光学滤波器 在波分复用光网中各种信息流附加在不同波长的光波上在网络中高速穿行， 经过许多节点( n o d e ) 最终到达目的地( 用户终端) 。 光学滤波器是d w d m 光网中非常重要的的一类光子器件，种类繁多、应用广 泛【4 1 。事实上，波分复用器( d w d m ) 、光分插复用器( o a d m ) 、光交叉连接器 ( o x c ) 、波长交错滤波器( i n t e r l e a v e r ) 等光子器件都属于光学滤波器的范畴。 可以根据不同的分类标准对光学滤波器进行笼统分类，下面举例并简要说明。 按照光学滤波器在w d m 光网中的作用划分，包括：色散补偿光学滤波器( 包 括色散、高阶色散和偏振模色散的补偿) ，光放大器的增益谱平坦化光学滤波器，波 长信道选择光学滤波器，信道功率均衡滤波器等。 按照研制工艺划分，包括：薄膜光学滤波器，波导光学滤波器( 平面波导光 学滤波器、光纤光学滤波器、阵列波导光栅a w g 等) ，晶体光学滤波器( 液晶光 学滤波器、双折射晶体光学滤波器、光予晶体光学滤波器) 等。 按照物理机制划分，包括：干涉型、衍射型和损耗型光学滤波器等。 上海大学博士学位论文 第一章综述 按照滤波器的幅频特性划分，包括：幅度型和相位型光学滤波器。 按照调谐方式划分，包括：电光调谐、磁光调谐、声光调谐、温度调谐、应 力调谐等。 按照数字信号处理理论中滤波器的分类标准，包括：有限冲击响应型( f i n i t e i m p u l s er e s p o n s e ，f i r ) 和无限冲击响应型( i n f i n i t ei m p u l s er e s p o n s e ，i i r ) ；最小相 位滤波器( m i n i m u mp h a s ef i l t e r , m p f ) 和非最小相位滤波器( n o n m i n i m u mp h a s e f i l t e r , n m p f ) 等。 按照滤波器的谱形划分，包括切比谢夫( c h e b y s h e v ) 型、巴特沃斯型、椭圆 型、窄带型( n o t c hf i l t e r ) 、通带平坦型( f i a t - t o p ) 、抛物线型、高斯型和洛伦兹型 等。 按照干涉仪的原理划分，包括：s a g n a c 干涉仪、m i c h e l s o n 干涉仪、m a t h z e h n d e r 干涉仪、f a b r y p e r o t ( f p ) 、g i r e s t o u m o i s ( g t ) 干涉仪和复合结构干涉仪。也可划 分为偏振干涉型与非偏振干涉型等。 此外，还包括一些特殊光学滤波器，例如：基于游标效应( v e r n i e re f f e c t ) 的 光学滤波器：具有信号放大功能的有源光学滤波器：多功能光学滤波器( 例如同 时具有色散补偿和信道选择功能的光纤光栅) 等。 当然，对每一类光学滤波器还可以进行细化分类，例如光纤光栅又可以划分 为：布拉格光纤光栅( f b g ) 、长周期光纤光栅、相移光纤光栅、取样光纤光栅、 m o i r e 光纤光栅、啁啾光纤光栅、切趾光纤光栅等。 下面对两种光学滤波器进行重点介绍：平面波导微环谐振光分插复用 ( o a d m ) 滤波器和薄膜光学滤波器。 1 2 1 平面波导微环谐振o a d m 滤波器 光分插复用器( o a d m ) 是d w d m 光纤通信系统中一类非常重要的光学滤波 器。在网络的节点或路由终端配嚣o a d m ，不仅可以灵活地下载所需要的波长信 道的信息，而且可以上传信号到光纤链路中，实现信道的分插复用功能。迄今为 止有以下几种实现方案：基于非对称b r a g g 光栅耦合器的o a d m ( 包括光纤光栅 耦合器，光纤光栅和光纤干涉仪的组合结构等) 【卯，薄膜光学滤波器和光开关等光 子器件组合成的o a d m q 和平面波导微环谐振o a d m t 7 m 等。 平面波导微环谐振o a d m 滤波器具有小型化、便于集成的优点。日本的科研 上海九学博士学位论文 光学梳状滤被器与多功能组台模块的研究 人员对这种方案进行了较深入的实验研究。具体包括：采用并行( 图1 - 3 和图卜6 ) 、 串行( 图1 - 4 ) 或其它结构( 图卜5 ) 【7 ，9 ，1 m 实现高性能( 具有通带平坦、边缘 陡峭等