光学梳状滤波器.pptx

24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST11.2.1 光学梳状滤波器简介1.2.2 光学梳状滤波器的工作原理1.2.3 基于双折射晶体的梳状滤波器1.2.4 基于PLC技术的梳状滤波器1.2.5 基于GT谐振腔的梳状滤波器1.2 光学梳状滤波器24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST2为什么需要梳状滤波器？DWDM信道间隔和技术方案：信道间隔和技术方案：200GHz 100GHz 50GHz 25GHz1.6nm 0.8nm 0.4nm 0.2nmTFF TFF 止于此止于此AWG AWG AWG 止于此止于此通信系统需要新的通信系统需要新的DWDM滤波技术滤波技术TFF：Thin Film Filter，薄膜滤波片，薄膜滤波片AWG：Arrayed Waveguide Gratings，阵列波导光栅，阵列波导光栅24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST3什么是梳状滤波器？f 2f降低了对后续滤波器的技术要求降低了对后续滤波器的技术要求24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST4梳状滤波器的应用in usefor backupinterleaver hereinterleaver here作作为为波波段段滤滤波波器器，分分波波之之后后的的信信道道间间隔隔为为原原来来的的两两倍倍，降降低低对对后后续续滤滤波波器器的的技技术要求。术要求。作作为为波波段段滤滤波波器器，保保留留一一半半波波长长作作为系统备份。为系统备份。24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST51.2.1 光学梳状滤波器简介1.2.2 光学梳状滤波器的工作原理1.2.3 基于双折射晶体的梳状滤波器1.2.4 基于PLC技术的梳状滤波器1.2.5 基于GT谐振腔的梳状滤波器1.2 光学梳状滤波器24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST6偏振光干涉分析 两个偏振片中夹一个波片结构两个偏振片中夹一个波片结构基于偏振光干涉分析得到基于偏振光干涉分析得到I1 P1偏振方向检测光强偏振方向检测光强I2 P2偏振方向检测光强偏振方向检测光强(f)取决于取决于(nL)24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST7有限冲击响应系统傅里叶变换傅里叶变换时域时域单个波单个波 输入输入1个光脉冲，输出个光脉冲，输出2个光脉冲个光脉冲两个波片两个波片 输入输入1个光脉冲，输出个光脉冲，输出3个光脉冲个光脉冲n个波片个波片-输入输入1个光脉冲，输出个光脉冲，输出n+1个光脉冲个光脉冲输出脉冲序列可以表示如下：输出脉冲序列可以表示如下：有限冲击响应（有限冲击响应（FIR）系统）系统傅里叶级数傅里叶级数24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST8傅里叶分析n=10n=50n=100以以傅傅里里叶叶级级数数来来近近似似方方波波，级级数数项项数数越越多，则近似程度越好。多，则近似程度越好。24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST9傅里叶分析任何波形均可以傅里叶级数来近似任何波形均可以傅里叶级数来近似级数项数级数项数n n越多，则近似程度越好越多，则近似程度越好梳状滤波器的谱线亦可以傅里叶级数来近似梳状滤波器的谱线亦可以傅里叶级数来近似给定一系列串联的波片，可得到一个傅里叶级数系列给定一系列串联的波片，可得到一个傅里叶级数系列级数系数系列级数系数系列a ak k取决于各波片快轴的方位角取决于各波片快轴的方位角k k设计任务：给定系数系列设计任务：给定系数系列a ak k，计算角度系列，计算角度系列k k24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST10傅里叶分析级级数数项项数数更更多多，但但上上升升和和下下降降沿沿存在抖动，不符合要求。存在抖动，不符合要求。级数项数更少，但谱线满足应用需求。级数项数更少，但谱线满足应用需求。24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST111.2.1 光学梳状滤波器简介1.2.2 光学梳状滤波器的工作原理1.2.3 基于双折射晶体的梳状滤波器1.2.4 基于PLC技术的梳状滤波器1.2.5 基于GT谐振腔的梳状滤波器1.2 光学梳状滤波器24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST12晶体型梳状滤波器结构晶体型梳状滤波器的核心部分晶体型梳状滤波器的核心部分傅傅里里叶叶级级数数的的系系数数ak取取决决于于波波片片快快轴轴的的相对角度相对角度:24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST13晶体型梳状滤波器结构kAkakbkk(deg)k(deg)01230.50.28130-0.03130.0915-0.1585-0.5915-0.34150.09150.1585-0.59150.3415123p-750-6045123p-75-75-135-90前前两两个个波波片片快快轴轴夹夹角角为为0，合合为为一片一片检检偏偏器器与与起起偏偏器器夹夹角角为为90，因因此此位移晶体位移晶体2和和7的主平面正交。的主平面正交。24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST14晶体型梳状滤波器结构2+3:2+3:偏偏振振转转换换组组件件，将将随随机机偏偏振振的的入入射射光光转转换换为为相相同同偏偏振振态的两束平行光，以消除器件的偏振相关性。态的两束平行光，以消除器件的偏振相关性。7:7:以位移晶体代替偏振片，两个正交偏振态均检测到。以位移晶体代替偏振片，两个正交偏振态均检测到。24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST15晶体型梳状滤波器结构位移晶体位移晶体2,7,12的主平面分别位于的主平面分别位于0,90,0方向。方向。24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST16对时延单元的考虑温温度度稳稳定定性性考考虑虑:晶晶体体的的双双折折射射系系数数受受温温度度影影响响，以以两两片片温温度度系系数数相相反反的的晶晶体体，快快轴轴相相互互对对准准；或或者者以以两两片片温温度度系系数数相相同同的的晶晶体体，快快轴轴与与慢慢轴轴交交错错对准，实现温度补偿，两片晶体的厚度则取决于二者的温度系数比值。对准，实现温度补偿，两片晶体的厚度则取决于二者的温度系数比值。加加工工容容差差考考虑虑：前前两两片片晶晶体体的的双双折折射射系系数数较较大大，相相应应的的厚厚度度加加工工容容差差较较小小。因因此此，二二者者加加工工厚厚度度稍稍小小于于理理论论设设计计值值，不不足足部部分分以以低低双双折折射射系系数数的的晶晶体体补补偿偿，后后者者加加工工容容差差较较大大，且且可可加加工工几几种种厚厚度度，以以供供选选择择。例例如如与与石石英英晶晶体补偿体补偿YVO4晶体，容差由晶体，容差由0.04m提高到提高到0.9m。成本考虑：成本考虑：以右图所示的以右图所示的PBS棱镜代替晶体波片，可降低成本。棱镜代替晶体波片，可降低成本。一个时延单元由一个时延单元由3片晶体组成片晶体组成24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST171.2.1 光学梳状滤波器简介1.2.2 光学梳状滤波器的工作原理1.2.3 基于双折射晶体的梳状滤波器1.2.4 基于PLC技术的梳状滤波器1.2.5 基于GT谐振腔的梳状滤波器1.2 光学梳状滤波器24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST18基于PLC技术的梳状滤波器结构方方向向耦耦合合器器的的传传输输矩矩阵阵（琼琼斯斯矩阵）：矩阵）：两两个个输输出出端端口口之之间间的的耦耦合合比比取取决决于于耦耦合合角角。=kL,L为为耦耦合合区区长长度度,k为为耦耦合合系系数数，取取决于波导参数和波导间距。决于波导参数和波导间距。24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST19PLC型梳状滤波器的矩阵分析延迟线：延迟线：相移器：相移器：方向耦合器：方向耦合器：单元传输矩阵：单元传输矩阵：格状光路：格状光路：传输函数：传输函数：24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST20PLC格状光路解析前面前面N-1级格状光路的传输矩阵：级格状光路的传输矩阵：计算计算n、n的递归公式的递归公式:24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST21设计步骤根根据据数数字字滤滤波波器器技技术术得到的传输谱线：得到的传输谱线：传输函数：传输函数：光路参数：光路参数：递归公式递归公式最佳平坦化滤波器：最佳平坦化滤波器：24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST22设计实例0.5dB带宽带宽30GHz3dB带宽带宽50GHz串扰串扰-25dB相邻通道相邻通道6GHzkAkakbkkk0 0.50.31450.3145-3001 0.28130.5915-0.59150 02 00.15850.15856003-0.0313-0.09150.091590024-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST231.2.1 光学梳状滤波器简介1.2.2 光学梳状滤波器的工作原理1.2.3 基于双折射晶体的梳状滤波器1.2.4 基于PLC技术的梳状滤波器1.2.5 基于GT谐振腔的梳状滤波器1.2 光学梳状滤波器24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST24Gires-Tournois谐振腔基于多光束干涉分析得到：基于多光束干涉分析得到：其中波数其中波数k=2/。输入一个光脉冲，输出输入一个光脉冲，输出+个光脉冲个光脉冲傅里叶变换傅里叶变换无限冲激响应（无限冲激响应（IIR）系统）系统傅里叶级数傅里叶级数24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST25采用一个GT腔的迈克尔逊干涉仪两条光路的相位差：两条光路的相位差：透过率：透过率：信道间隔取决于间隙信道间隔取决于间隙d，谱线形状取决于反射率谱线形状取决于反射率R。为为了了实实现现梳梳状状滤滤波波器器波形，波形，L1-L2=d/2。24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST26R=5%R=10%R=15%R=20%采用一个GT腔的迈克尔逊干涉仪R,通带通带,阻带阻带,串扰串扰 24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST27采用两个GT腔的迈克尔逊干涉仪采用一个采用一个GT腔的梳状滤波器，要求腔的梳状滤波器，要求L1-L2=d/2。在在实实际际的的制制造造过过程程中中，这这点点难难以以保保证证，因因此此提提出出采采用用两两个个GT腔的梳状滤波器结构。腔的梳状滤波器结构。基于普通干涉基于普通干涉基于偏振光干涉基于偏振光干涉后面对此结构进行分析后面对此结构进行分析24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST28采用两个GT腔的迈克尔逊干涉仪 基于普通干涉基于普通干涉24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST29R=18%采用两个GT腔的迈克尔逊干涉仪24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST30梳状滤波器技术方案对比技术方案GT谐振腔时延晶体PLC格状光路信道间隔1(GHz)6.252002520025200插入损耗IL(dB)0.71.52.00.5dB通带宽度(GHz)161011-25dB阻带宽度(GHz)121614插入损耗抖动(dB)0.30.4N/A偏振相关损耗PDL(dB)0.20.30.2频率误差(GHz)1.01.02.0频飘温度系数(GHz)2.02.0温控工作温度()-570-570温控GTR谐振腔：信道间隔谐振腔：信道间隔f最窄，损耗最低，通带最好。最窄，损耗最低，通带最好。时延晶体：最好的阻带宽度。时延晶体：最好的阻带宽度。PLC格状光路：必须温控才能稳定工作。格状光路：必须温控才能稳定工作。24-3月-24by Z.J.Wan,NGIA-HUST31参考文献3.Interleaver technology:comparisons and applications requirements4.Synthesis of coherent two-port lattice-form optical delay-line circuit5.Optical half-band filters6.Multifunctionoptical filter with a Michels-Gires-Tournois interferometer for wavelength-division-multiplexed network system applications7.Optical network synthesis using birefringent crystals.I.synthesis of lossless network of equal-length crystals谢谢！谢谢！