光學(xué)梳狀濾波器

02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST11.2.1光學(xué)梳狀濾波器簡介1.2.2光學(xué)梳狀濾波器的工作原理1.2.3基于雙折射晶體的梳狀濾波器1.2.4基于PLC技術(shù)的梳狀濾波器1.2.5基于GT諧振腔的梳狀濾波器1.2光學(xué)梳狀濾波器02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST2為什么需要梳狀濾波器？DWDM信道間隔和技術(shù)方案：200GHz→100GHz→50GHz→25GHz1.6nm→0.8nm→0.4nm→0.2nmTFF→TFF止于此AWG→AWG→AWG止于此通信系統(tǒng)需要新的DWDM濾波技術(shù)TFF：ThinFilmFilter，薄膜濾波片AWG：ArrayedWaveguideGratings，陣列波導(dǎo)光柵02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST3什么是梳狀濾波器？

Δf→2Δf降低了對后續(xù)濾波器的技術(shù)要求02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST4梳狀濾波器的應(yīng)用inuseforbackupinterleaverhereinterleaverhere作為波段濾波器，分波之后的信道間隔為原來的兩倍，降低對后續(xù)濾波器的技術(shù)要求。作為波段濾波器，保留一半波長作為系統(tǒng)備份。02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST51.2.1光學(xué)梳狀濾波器簡介1.2.2光學(xué)梳狀濾波器的工作原理1.2.3基于雙折射晶體的梳狀濾波器1.2.4基于PLC技術(shù)的梳狀濾波器1.2.5基于GT諧振腔的梳狀濾波器1.2光學(xué)梳狀濾波器02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST6偏振光干涉分析兩個偏振片中夾一個波片結(jié)構(gòu)基于偏振光干涉分析得到I1~P1偏振方向檢測光強(qiáng)I2~P2偏振方向檢測光強(qiáng)(Δf)取決于(ΔnL)02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST7有限沖擊響應(yīng)系統(tǒng)傅里葉變換時域單個波–輸入1個光脈沖，輸出2個光脈沖兩個波片–輸入1個光脈沖，輸出3個光脈沖n個波片-輸入1個光脈沖，輸出n+1個光脈沖輸出脈沖序列可以表示如下：有限沖擊響應(yīng)（FIR）系統(tǒng)傅里葉級數(shù)02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST8傅里葉分析n=10n=50n=100以傅里葉級數(shù)來近似方波，級數(shù)項數(shù)越多，則近似程度越好。02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST9傅里葉分析任何波形均可以傅里葉級數(shù)來近似級數(shù)項數(shù)n越多，則近似程度越好梳狀濾波器的譜線亦可以傅里葉級數(shù)來近似給定一系列串聯(lián)的波片，可得到一個傅里葉級數(shù)系列級數(shù)系數(shù)系列ak取決于各波片快軸的方位角Φk設(shè)計任務(wù)：給定系數(shù)系列ak，計算角度系列Φk02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST10傅里葉分析級數(shù)項數(shù)更多，但上升和下降沿存在抖動，不符合要求。級數(shù)項數(shù)更少，但譜線滿足應(yīng)用需求。02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST111.2.1光學(xué)梳狀濾波器簡介1.2.2光學(xué)梳狀濾波器的工作原理1.2.3基于雙折射晶體的梳狀濾波器1.2.4基于PLC技術(shù)的梳狀濾波器1.2.5基于GT諧振腔的梳狀濾波器1.2光學(xué)梳狀濾波器02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST12晶體型梳狀濾波器結(jié)構(gòu)晶體型梳狀濾波器的核心部分傅里葉級數(shù)的系數(shù)ak取決于波片快軸的相對角度:02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST13晶體型梳狀濾波器結(jié)構(gòu)kAkakbkθk(deg)фk(deg)01230.50.28130-0.03130.0915-0.1585-0.5915-0.34150.09150.1585-0.59150.3415θ1θ2θ3θp-750-6045ф1ф2ф3фp-75-75-135-90前兩個波片快軸夾角為0°，合為一片檢偏器與起偏器夾角為90°，因此位移晶體2和7的主平面正交。02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST14晶體型梳狀濾波器結(jié)構(gòu)2+3:偏振轉(zhuǎn)換組件，將隨機(jī)偏振的入射光轉(zhuǎn)換為相同偏振態(tài)的兩束平行光，以消除器件的偏振相關(guān)性。7:以位移晶體代替偏振片，兩個正交偏振態(tài)均檢測到。02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST15晶體型梳狀濾波器結(jié)構(gòu)位移晶體2,7,12的主平面分別位于0°,90°,0°方向。02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST16對時延單元的考慮溫度穩(wěn)定性考慮:晶體的雙折射系數(shù)受溫度影響，以兩片溫度系數(shù)相反的晶體，快軸相互對準(zhǔn)；或者以兩片溫度系數(shù)相同的晶體，快軸與慢軸交錯對準(zhǔn)，實現(xiàn)溫度補(bǔ)償，兩片晶體的厚度則取決于二者的溫度系數(shù)比值。加工容差考慮：前兩片晶體的雙折射系數(shù)較大，相應(yīng)的厚度加工容差較小。因此，二者加工厚度稍小于理論設(shè)計值，不足部分以低雙折射系數(shù)的晶體補(bǔ)償，后者加工容差較大，且可加工幾種厚度，以供選擇。例如與石英晶體補(bǔ)償YVO4晶體，容差由0.04μm提高到0.9μm。成本考慮：以右圖所示的PBS棱鏡代替晶體波片，可降低成本。一個時延單元由3片晶體組成02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST171.2.1光學(xué)梳狀濾波器簡介1.2.2光學(xué)梳狀濾波器的工作原理1.2.3基于雙折射晶體的梳狀濾波器1.2.4基于PLC技術(shù)的梳狀濾波器1.2.5基于GT諧振腔的梳狀濾波器1.2光學(xué)梳狀濾波器02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST18基于PLC技術(shù)的梳狀濾波器結(jié)構(gòu)方向耦合器的傳輸矩陣（瓊斯矩陣）：兩個輸出端口之間的耦合比取決于耦合角θ。θ=kL,L為耦合區(qū)長度,k為耦合系數(shù)，取決于波導(dǎo)參數(shù)和波導(dǎo)間距。02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST19PLC型梳狀濾波器的矩陣分析延遲線：相移器：方向耦合器：單元傳輸矩陣：格狀光路：傳輸函數(shù)：02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST20PLC格狀光路解析前面N-1級格狀光路的傳輸矩陣：計算θn、φn的遞歸公式:～02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST21設(shè)計步驟根據(jù)數(shù)字濾波器技術(shù)得到的傳輸譜線：傳輸函數(shù)：光路參數(shù)：遞歸公式最佳平坦化濾波器：02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST22設(shè)計實例0.5dB帶寬>30GHz3dB帶寬>50GHz串?dāng)_<-25dB@相鄰?fù)ǖ馈?GHzkAkakbkθkφk00.50.31450.3145-30°010.28130.5915-0.59150°0200.15850.158560°03-0.0313-0.09150.091590°002-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST231.2.1光學(xué)梳狀濾波器簡介1.2.2光學(xué)梳狀濾波器的工作原理1.2.3基于雙折射晶體的梳狀濾波器1.2.4基于PLC技術(shù)的梳狀濾波器1.2.5基于GT諧振腔的梳狀濾波器1.2光學(xué)梳狀濾波器02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST24Gires-Tournois諧振腔基于多光束干涉分析得到：其中波數(shù)k=2π/λ。輸入一個光脈沖，輸出+∞個光脈沖傅里葉變換無限沖激響應(yīng)（IIR）系統(tǒng)傅里葉級數(shù)02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST25采用一個GT腔的邁克爾遜干涉儀兩條光路的相位差：透過率：信道間隔取決于間隙d，譜線形狀取決于反射率R。為了實現(xiàn)梳狀濾波器波形，L1-L2=d/2。02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST26R=5%R=10%R=15%R=20%采用一個GT腔的邁克爾遜干涉儀R↑,通帶↑,阻帶↑,串?dāng)_↑02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST27采用兩個GT腔的邁克爾遜干涉儀采用一個GT腔的梳狀濾波器，要求L1-L2=d/2。在實際的制造過程中，這點難以保證，因此提出采用兩個GT腔的梳狀濾波器結(jié)構(gòu)。

基于普通干涉基于偏振光干涉后面對此結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST28采用兩個GT腔的邁克爾遜干涉儀

基于普通干涉02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST29R=18%采用兩個GT腔的邁克爾遜干涉儀02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST30梳狀濾波器技術(shù)方案對比技術(shù)方案GT諧振腔時延晶體PLC格狀光路信道間隔1(GHz)6.25~20025~20025~200插入損耗IL(dB)0.71.52.00.5dB通帶寬度(GHz)±16±10±11-25dB阻帶寬度(GHz)±12±16±14插入損耗抖動(dB)0.30.4N/A偏振相關(guān)損耗PDL(dB)0.20.30.2頻率誤差(GHz)1.0±1.02.0頻飄溫度系數(shù)(GHz)2.0±2.0溫控工作溫度(℃)-5~70-5~70溫控GTR諧振腔：信道間隔Δf最窄，損耗最低，通帶最好。時延晶體：最好的阻帶寬度。PLC格狀光路：必須溫控才能穩(wěn)定工作。02-9月-23byZ.J.Wan,NGIA-HUST31參考文獻(xiàn)Interleavertechnology:comparisonsandapplicationsrequirementsSynthesisofcoherenttwo-portlattice-formopticaldelay-linecircuitOpticalhalf-bandfiltersMultifun