專利名稱：基于一維膜腔結(jié)構(gòu)的不等帶寬光交錯(cuò)濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種具有平坦通帶和阻帶特性的不等帶寬光交錯(cuò)濾波器，主要用在波分復(fù)用通信系統(tǒng)中進(jìn)行波長(zhǎng)信號(hào)的選擇、光放大器的噪聲濾除、增益均衡等。
背景技術(shù)：
光濾波器是用來(lái)進(jìn)行波長(zhǎng)選擇的儀器，它可以從眾多的波長(zhǎng)中挑選出所需的波 長(zhǎng)，而除此波長(zhǎng)以外的光將會(huì)被拒絕通過(guò)。它可以應(yīng)用于密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)，用于 波長(zhǎng)選擇、光放大器的噪聲濾除、增益均衡、光復(fù)用/解復(fù)用等?，F(xiàn)階段隨著DWDM技術(shù)的不 斷發(fā)展，信號(hào)間隔愈來(lái)愈小，這對(duì)光濾波器提出了更高的光譜分辨要求，需要采用更窄頻率 間隔的濾波器件來(lái)分離信號(hào)，有效地提高通信容量。2000年在國(guó)際上正式被提出的光交錯(cuò) 復(fù)用器(optical interleaver)實(shí)質(zhì)上是一種周期性的光學(xué)濾波器，具有將一路頻率間隔 很窄的光信號(hào)分解成兩路分別包含奇數(shù)和偶數(shù)的信道間隔倍增的光信號(hào)的功能(其輸出 譜的通、阻帶帶寬相等，簡(jiǎn)稱等帶寬interleave!·)。它是不增加現(xiàn)有復(fù)用/解復(fù)用器技術(shù) 負(fù)擔(dān)而實(shí)現(xiàn)更加密集波分復(fù)用的一種有效解決方案。為了有效選擇信號(hào)，實(shí)現(xiàn)低通道間串 擾，interleaver必須具備平坦而高對(duì)比度的通帶和阻帶的光譜透過(guò)特性。近年來(lái)，隨著光 網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)需求的多樣化，為了更好的拓寬現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)容量提高帶寬利用率、降 低系統(tǒng)升級(jí)的成本以及實(shí)現(xiàn)靈活的光分插復(fù)用等，具有通、阻帶帶寬不相等的不等帶寬型 interleaver濾波器成為了研究者們的研究熱點(diǎn)。在先技術(shù)[1](參見(jiàn)中日微波會(huì)議論文集，楊小偉等，2008,595-598)描述的是 一種基于級(jí)聯(lián)雙折射晶體結(jié)構(gòu)的不等帶寬光交錯(cuò)濾波器。該濾波器采用三塊厚度比為 2:3: 2的雙折射晶體，方位角分別為-63.0998°，-135. 3269°和-207. 4795°，實(shí)現(xiàn)了 通、阻帶帶寬不相等的平坦化光譜透射率譜輸出。但由于該結(jié)構(gòu)是采用各向異性的雙折射 晶體，因而該在先技術(shù)插入損耗較大，成本偏高。在先技術(shù)[2](參見(jiàn)光學(xué)學(xué)報(bào)，伍樹(shù)東等，2008，31-35)描述的是一種不等帶寬光 交錯(cuò)復(fù)用濾波器。其采用Gires-Tournois標(biāo)準(zhǔn)具和在該標(biāo)準(zhǔn)具內(nèi)外分別放置一雙折射晶 體波片的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了兩路不等帶寬的透射譜輸出。但該濾波器輸出的透射譜尤其是窄口輸 出譜的矩形度較差。此外，該濾波器由于采用了 Gires-Tournois標(biāo)準(zhǔn)具，因而色散較大，常 需進(jìn)行色散補(bǔ)償處理，且該結(jié)構(gòu)中也采用了各向異性的雙折射晶體波片，因而該濾波器成 本也不便宜。在先技術(shù)[3](參見(jiàn)光子學(xué)報(bào)，韓鵬等，2009，38 (2)，272-275)描述的是一種可產(chǎn) 生多個(gè)平頂透射峰的濾波器。其基于一維光子晶體超晶格理論及耦合腔理論，把傳統(tǒng)單一 材料的耦合腔換成了有限周期的光子晶體結(jié)構(gòu)，形成了一種超晶格結(jié)構(gòu)，通過(guò)使插入的光 子晶體的光場(chǎng)有效耦合，從而實(shí)現(xiàn)了多通道的平坦濾波功能.該在先技術(shù)由于采用了超晶 格結(jié)構(gòu)，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。在先技術(shù)[4](參見(jiàn)光學(xué)學(xué)報(bào)，陳海星等，2004，24(1)，62-64)描述的是一種實(shí)現(xiàn) 平坦濾波特性的濾波器。其采用級(jí)聯(lián)F-P腔理論，通過(guò)在熔融石英的兩個(gè)表面鍍上幾十層的交替的1/4周期的Ta205和Si02反射膜，得到固體間隔層的薄膜法布里珀羅腔單元，然 后將4個(gè)該同樣結(jié)構(gòu)的腔疊加在一起而構(gòu)成。該在先技術(shù)蒸鍍膜層數(shù)較多，因而成品率不
尚o
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種基于一維膜腔結(jié)構(gòu)的不等 帶寬光交錯(cuò)濾波器，該濾波器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，而且通帶和阻帶均 具有平坦的濾波特性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的具體構(gòu)思是該濾波器由三個(gè)各向同性材料的薄膜介 質(zhì)腔級(jí)聯(lián)，每個(gè)薄膜介質(zhì)腔是由在玻璃介質(zhì)的兩個(gè)表面蒸鍍的若干層介質(zhì)反射薄膜組成。根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案如下基于一維膜腔結(jié)構(gòu)的不等帶寬光交錯(cuò)濾波器，包括輸入光纖1、準(zhǔn)直透鏡2、11層 光學(xué)介質(zhì)層3、聚焦透鏡4和輸出光纖5，其特征在于上述11層光學(xué)介質(zhì)層3沿光束前進(jìn) 的方向依次排列如下第1、11層為B種介質(zhì)層、第2、10層為C種介質(zhì)層、第3、9層為B種 介質(zhì)層、第4、8層為A種介質(zhì)層、第5、7層為D種介質(zhì)層、第6層為C種介質(zhì)層。上述C種介質(zhì)層為各向同性的光學(xué)玻璃，上述A、B、D種介質(zhì)層為不同折射率的光 學(xué)薄膜。上述A、B、D種介質(zhì)層膜的光學(xué)厚度均為中心波長(zhǎng)的四分之一，上述C種介質(zhì)層的 光學(xué)厚度的表達(dá)式為
<formula>formula see original document page 4</formula>其中，d。為C種介質(zhì)層的光學(xué)厚度，C為光在真空中的速度，A f為濾波器的光譜 頻率間隔。當(dāng)上述濾波器的光譜頻率應(yīng)用于頻率間隔較小的密集波分復(fù)用系統(tǒng)時(shí)，C種介質(zhì) 層的光學(xué)厚度較其它A、B、D種介質(zhì)層的光學(xué)厚度大得多，因此C種介質(zhì)層可看成光學(xué)介質(zhì) 腔。而且通過(guò)選擇不同折射率的各介質(zhì)層，即可實(shí)現(xiàn)不同占空比的平坦化光譜透射率譜。本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明的基于一維膜腔結(jié)構(gòu)的不等帶寬光交錯(cuò)濾波器，從一維光子晶體理論出發(fā) 進(jìn)行研究，提出采用11層光學(xué)介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其中3個(gè)介質(zhì)層為各向同性的光學(xué)玻璃，其余各 介質(zhì)層為光學(xué)薄膜，避免使用在先技術(shù)[1]和[2]中的雙折射晶體，降低了成本和插入損耗 等；與在先技術(shù)[3]的采用超晶格結(jié)構(gòu)和在先技術(shù)[4]的在熔融石英的兩個(gè)表面鍍上幾十 層的交替的1/4周期的Ta205和Si02反射膜結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)和精確 控制。此外，由于光學(xué)玻璃和薄膜的種類很多，因此，該濾波器中的各介質(zhì)層的選擇范圍較 大。綜上所述，本發(fā)明的基于一維膜腔結(jié)構(gòu)的不等帶寬光交錯(cuò)濾波器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成 本低、性能好和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于波分復(fù)用通信系統(tǒng)中進(jìn)行波長(zhǎng)信號(hào)的選擇，而 且通帶和阻帶均具有平坦的濾波特性。
圖1為本發(fā)明的基于一維膜腔結(jié)構(gòu)的不等帶寬光交錯(cuò)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明在100GHz頻率間隔的占空比1 5時(shí)的平坦化光譜透射率波形圖。圖3(a)_(d)分別為在近似保持平坦特性的條件下，A，B，C，D種介質(zhì)層的折射率偏 離理想情況時(shí)占空比對(duì)應(yīng)的N值(占空比定義為1 N)的變化情況圖。圖4為本發(fā)明在100GHz頻率間隔的占空比分別為1 4禾P 1 3時(shí)的平坦化光 譜透射率波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的基于一維膜腔結(jié)構(gòu)的不等帶寬光交錯(cuò)濾波器，包括輸入光 纖1、準(zhǔn)直透鏡2、11層光學(xué)介質(zhì)層3、聚焦透鏡4和輸出光纖5，其特征在于上述11層光 學(xué)介質(zhì)層3沿光束前進(jìn)的方向依次排列如下第1、11層為B種介質(zhì)層、第2、10層為C種介 質(zhì)層、第3、9層為B種介質(zhì)層、第4、8層為A種介質(zhì)層、第5、7層為D種介質(zhì)層、第6層為C 種介質(zhì)層。上述C種介質(zhì)層為各向同性的光學(xué)玻璃，上述A、B、D種介質(zhì)層為不同折射率的 光學(xué)薄膜。上述A、B、D種介質(zhì)層膜的光學(xué)厚度均為中心波長(zhǎng)的四分之一，上述C種介質(zhì)層的
光學(xué)厚度的表達(dá)式為 [。。25]其中，d。為C種介質(zhì)層的光學(xué)厚度，C為光在真空中的速度，A f為濾波器的光譜 頻率間隔。實(shí)施例1 如圖1所示，本發(fā)明的光交錯(cuò)濾波器在頻率間隔100GHz，占空比為1 5 時(shí)，光束自輸入光纖1沿光束前進(jìn)的方向依次經(jīng)準(zhǔn)直透鏡2、11層光學(xué)介質(zhì)層3、聚焦透鏡 4，從輸出光纖5輸出。該濾波器各介質(zhì)層材料A、B、C、D分別選為氟化鎂、硫化鋅、玻璃和 銻化鉛，折射率分別為1. 38、2. 35、1. 51和4. 1。A、B和D介質(zhì)的光學(xué)厚度均為387. 53nm，C 介質(zhì)的光學(xué)厚度為1498.97i!m。透射譜如圖2所示。從圖中可見(jiàn)，該濾波器的通帶和阻帶 均具有平坦的濾波特性，且各中心頻率符合國(guó)際電信聯(lián)盟ITU-T標(biāo)準(zhǔn)，適用于密集波分復(fù) 用系統(tǒng)進(jìn)行波長(zhǎng)信號(hào)的選擇。從圖3中(a)-(d)可知，該濾波器各介質(zhì)層折射率偏離理想情況時(shí)占空比對(duì)應(yīng)的N 值也近似線性變化。N隨A，C介質(zhì)折射率的增大而減小，隨B，D折射率的增大而增大。相 比較而言，A介質(zhì)的折射率變化時(shí)，占空比的變化最快，而D介質(zhì)的折射率變化時(shí)，占空比的 變化最慢?？梢?jiàn)，在結(jié)構(gòu)不變的情況下，合理選擇不同折射率的介質(zhì)材料，可以獲得其它占 空比的光交錯(cuò)濾波器。實(shí)施例2 如圖1所示，本發(fā)明的光交錯(cuò)濾波器在頻率間隔100GHz，占空比分別為 1 3和1 4時(shí)，光束自輸入光纖1沿光束前進(jìn)的方向依次經(jīng)準(zhǔn)直透鏡2、11層光學(xué)介質(zhì) 層3、聚焦透鏡4，從輸出光纖5輸出。當(dāng)該濾波器的各介質(zhì)層A，B，C，D折射率分別為1. 45、 1.99、1.56和3.23時(shí)得到占空比為1 3的光譜透射率譜。當(dāng)各介質(zhì)層A，B，C，D折射率 分別為1.45、2.35、1. 57和4. 1時(shí)得到占空比為1 4的光譜透射率譜。A、B和D介質(zhì)的 光學(xué)厚度均為387. 53nm，C介質(zhì)的光學(xué)厚度為1498. 97 y m。透射譜如圖4所示?？梢?jiàn)，該 濾波器通阻帶特性仍較平坦，且各中心頻率符合國(guó)際電信聯(lián)盟ITU-T標(biāo)準(zhǔn)，適合應(yīng)用于密集波分復(fù)用通信系統(tǒng)用于濾波。
權(quán)利要求
一種基于一維膜腔結(jié)構(gòu)的不等帶寬光交錯(cuò)濾波器，包括輸入光纖(1)、準(zhǔn)直透鏡(2)、11層光學(xué)介質(zhì)層(3)、聚焦透鏡(4)和輸出光纖(5)，其特征在于所述的11層光學(xué)介質(zhì)層(3)沿光束前進(jìn)的方向依次排列如下第1、11層為B種介質(zhì)層、第2、10層為C種介質(zhì)層、第3、9層為B種介質(zhì)層、第4、8層為A種介質(zhì)層、第5、7層為D種介質(zhì)層、第6層為C種介質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維膜腔結(jié)構(gòu)的不等帶寬光交錯(cuò)濾波器，其特征在于上 述C種介質(zhì)層為各向同性的光學(xué)玻璃，上述A、B、D種介質(zhì)層為不同折射率的光學(xué)薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于一維膜腔結(jié)構(gòu)的不等帶寬光交錯(cuò)濾波器，其特征在于， 上述A、B、D種介質(zhì)層膜的光學(xué)厚度均為中心波長(zhǎng)的四分之一，上述C種介質(zhì)層的光學(xué)厚度 的表達(dá)式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，d。為C種介質(zhì)層的光學(xué)厚度，C為光在真空中的速度，Af為濾波器的光譜頻率 間隔。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于一維膜腔結(jié)構(gòu)的不等帶寬光交錯(cuò)濾波器，包括輸入光纖、準(zhǔn)直透鏡、11層光學(xué)介質(zhì)層、聚焦透鏡和輸出光纖，其特征是11層光學(xué)介質(zhì)層沿光束前進(jìn)的方向依次為第1、11層為B種介質(zhì)層、第2、10層為C種介質(zhì)層、第3、9層為B種介質(zhì)層、第4、8層為A種介質(zhì)層、第5、7層為D種介質(zhì)層、第6層為C種介質(zhì)層；C種介質(zhì)層為各向同性的光學(xué)玻璃，A、B、D種介質(zhì)層為不同折射率的光學(xué)薄膜；A、B、D種介質(zhì)層膜的光學(xué)厚度均為中心波長(zhǎng)的1/4，C種介質(zhì)層的光學(xué)厚度的表達(dá)式為C/(2·Δf)。該濾波器成本低、性能好、可靠性高，且通帶和阻帶均具有平坦的濾波特性，用于波分復(fù)用通信系統(tǒng)中進(jìn)行波長(zhǎng)信號(hào)的選擇，光放大器的噪聲濾除、增益均衡等。
文檔編號(hào)G02B1/10GK101806938SQ20101012660
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者于帥, 張娟 申請(qǐng)人:上海大學(xué)