光学滤波器详解

1、第九章 光学滤波器光 滤 波 器 光滤波器：在光纤通信系统中，只允许一定波长的光信号通过的器件。 光滤波器可分为固定的和可调谐的两种。 固定滤波器允许一个固定的、预先确定的波长通过，而可调谐的滤波器可动态地选择波长。 Fabry-Perot滤波器滤波器F-P 滤波器特性滤波器特性 自由谱区FSR(Free Spectral Range)：相邻两个谐振频率的间距。 FSR=C/2nd n-中间介质折射率；d-腔长 3dB带宽F：传输系数的数值降为最大值的一半应的频带宽度。 R越大， F越窄 精细度F(Finesse)：自由谱区与3dB带宽之比。 RRFFSRF1RdnRCF2)1( RRFFSR

2、F1f1 f2 f3 . fNP1P2 P3 . PNf1 f2 f3 . fN多层介质膜滤波器多层介质膜滤波器介质薄膜光滤波器解复用器利用光的干涉效应选择波长。连续反介质薄膜光滤波器解复用器利用光的干涉效应选择波长。连续反射光在前表面相长干涉复合，在一定的波长范围内产生高能量的射光在前表面相长干涉复合，在一定的波长范围内产生高能量的反射光束，在这一范围之外，则反射很小。反射光束，在这一范围之外，则反射很小。这样通过多层介质膜的干涉，通过某一波长，阻止其它波长。这样通过多层介质膜的干涉，通过某一波长，阻止其它波长。 多层介质膜工作原理多层介质膜工作原理 所有从前后相挨的两个界面上反射的波都具有

3、所有从前后相挨的两个界面上反射的波都具有相长干涉的特性相长干涉的特性(相位差为相位差为180度度)，经过几层，经过几层这样的反射后，透射光强度将很小，而反射系这样的反射后，透射光强度将很小，而反射系数将达到数将达到 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)对反射光相长干涉的原理(a)对反射光相长干涉的原理1550330770 o (nm)反反射射系系数数0(b) 反射系数与波长的关系(b) 反射系数与波长的关系薄膜多共振腔滤波器薄膜多共振腔滤波器光纤光栅光纤光栅 光纤光栅是近几年发展最为迅速的一种光纤无源器件。 它是利用光

4、纤中的光敏性而制成的。 光敏性是指当外界入射的紫外光照射到纤芯中掺锗的光纤时，光纤的折射率将随光强而发生永久性改变。 人们利用这种效应可在几厘米之内写入折射率分布光栅，称为光纤光栅。 光纤光栅最显著的优点是插入损耗低，结构简单，便于与光纤耦合，而且它具有高波长选择性。(1) 干涉法干涉法是利用双光束干涉原理，将一束紫外光分成两束平行光，并在光纤外形成干涉场，调节两干涉臂长，使得形成的干涉条纹周期满足制作光纤光栅的要求。 (2) 相位掩膜板法 相位掩膜板法，是利用预先制作的膜板，当紫外光通过相位板时产生干涉，从而在光纤圆柱面形成干涉场，将光栅写入光纤。光纤光栅的产生光纤光栅的产生外部写入法外部写

5、入法紫外掩模写入法：1. 用两束紫外光照射光纤并发生干涉2. 掺锗的高光敏纤芯在光强部分折射率增加3. 光栅永久写入光纤 对于同向传输的两个波，如果传播常数满足Bragg条件，两波之间将发生能量的耦合。 Bragg条件： 特别地，如果满足 能量将耦合至波长与入射波相同的反向传输的散射中-反射式滤波器FBG22122111光纤光栅工作原理光纤光栅工作原理effn2Mach-ZehnderMach-Zehnder型滤波器型滤波器工作原理工作原理从端口1输出的光：途径下臂的光相对上臂的相位差为/2 + L + /2从端口2输出的光：途径下臂的光相对上臂的相位差为/2 + L - /2如果在输入端的波

6、长满足L = k (k为奇)两个支路的光在上输出端口相差2的整数倍，在下端口的光相差的整数倍，因此，光最终从上端口输出如果在输入端的波长满足L = k (k为耦)那么光信号由下输出端口输出因此不同的波长可以解复用到不同输出端：传播常数利用传输矩阵进行分析(1) 长度为d的耦合器的传输矩阵Mcoupler为： C为耦合系数 对于平分功率的3dB耦合器，Cd=/4：CdCdjCdjCdMcouplercossinsincos1121jjMcoupler 中心区域，两个波导的输出具有的相位差： 注意：相位差可以由不同的路径长度(用L给出) 或n1n2时的折射率差产生。这里，考虑两臂具有相同的折射率，并且n1=n2 =neff(波导中的有效折射率)，于是： 。式中2neff/。 对一给定的相位差，与之相对应的传输矩阵为：)(2221LLnLn)2/exp(00)2/exp(LjLjML2,1,2,1,ininoutoutEEMEE)2/sin()2/cos()2/cos()2/