光学滤波器.pptx
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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滤波器滤波器基本原理:F-P干涉仪,平行平板的多光束干涉。当入射光波的波长为腔长的整数倍时,光波可形成稳定振荡,输出光波之间会产生多光束干涉,最后输出等间隔的梳状波形(对应的滤波曲线为梳状)。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
2、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。R R R R越大,精细度越大。越大,精细度越大。越大,精细度越大。越大,精细度越大。FrequencyFrequency F FFSRFSRC/2ndC/2nd高反射率高反射率高反射率高反射率窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器窄带滤波器 (f)(f)(a)(a)FSRFSR传输函数传输函数传输函数传输函数 P Pinin(f)(f)(b)(b)输入功率输入功率输入功率输入功率P Poutout(f)(f)(c)(c)输出功率输出功率输出功率输出功率f1 f2 f3 .fNP1P2 P3
3、.PNf1 f2 f3 .fNF-PF-P滤波器的传输特性滤波器的传输特性滤波器的传输特性滤波器的传输特性(a)(a)传输函数传输函数传输函数传输函数 (b)N(b)N个信道经波分复用后加到个信道经波分复用后加到个信道经波分复用后加到个信道经波分复用后加到滤波器输入端的频谱图滤波器输入端的频谱图滤波器输入端的频谱图滤波器输入端的频谱图 (c)(c)滤波器输出端滤波器输出端滤波器输出端滤波器输出端DWDMDWDM系统对系统对系统对系统对F-PF-P滤波滤波滤波滤波器参数的要求:器参数的要求:器参数的要求:器参数的要求:F-PF-P腔的自由谱区腔的自由谱区腔的自由谱区腔的自由谱区FSRFSR必须大
4、于多信道复用信必须大于多信道复用信必须大于多信道复用信必须大于多信道复用信号的频谱宽度,以免使号的频谱宽度,以免使号的频谱宽度,以免使号的频谱宽度,以免使信号重叠,造成混乱。信号重叠,造成混乱。信号重叠,造成混乱。信号重叠,造成混乱。在在在在DWDMDWDM中,信道间中,信道间中,信道间中,信道间距小于距小于距小于距小于1nm1nm,所以要求,所以要求,所以要求,所以要求F-PF-P腔有较窄的带宽腔有较窄的带宽腔有较窄的带宽腔有较窄的带宽 F F。精细度精细度精细度精细度F F要高要高要高要高级联级联级联级联F-PF-P腔腔腔腔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
5、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所有有从从前前后后相相挨挨的的两两个个界界面面上上反反射射的的波波都都具具有有相相长长干干涉涉的的特特性性(相相位位差差为为180度度),经经过过几几层层这这样样的的反反射射后后,透透射射
6、光光强强度度将将很很小小,而而反反射射系系数数将达到将达到 1。薄膜多共振腔滤波器薄膜多共振腔滤波器传输特性:传输特性:传输特性:传输特性:腔越多腔越多腔越多腔越多滤波器顶越平滤波器顶越平滤波器顶越平滤波器顶越平 边缘越陡边缘越陡边缘越陡边缘越陡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
7、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FB
8、G光栅周期光栅周期光栅周期光栅周期光纤光栅工作原理光纤光栅工作原理FBG:FBG:lengthlengthPeriod Period 反射中反射中反射中反射中心波长心波长心波长心波长纤芯的有效折射率纤芯的有效折射率纤芯的有效折射率纤芯的有效折射率光栅光栅光栅光栅周期周期周期周期根据不同的折射率分布,根据不同的折射率分布,FBG分类:分类:1.1.均匀的均匀的均匀的均匀的BraggBragg光栅:光栅:光栅:光栅:谐振峰两边有一些旁瓣。谐振峰两边有一些旁瓣。谐振峰两边有一些旁瓣。谐振峰两边有一些旁瓣。由于光纤光栅两端折射率突变引起由于光纤光栅两端折射率突变引起由于光纤光栅两端折射率突变引起由于光
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