F-P标准具

1光纤F-P标准具z黄川21201606202017/3/22010203目录CONTENTE04F-P标准具的研究背景F-P标准具的工作原理F-P标准具的技术指标F-P标准具的分类3F-P标准具的研究背景01研究背景：近年来，随着光通讯领域的飞速发展，为满足传输要求，扩充通讯容量，波分复用技术(WDM)被广泛研究应用。波分复用技术（WDM）是实现将多路不同波长或者不同频率的光信号在一条光纤中来传输的功能。为满足日益增长的通信容量需求，传输光的信道间隔或者峰值波长间隔要尽量地小，在光纤通信领域中，市场上常用的信道间隔是00GHz(0.8nm)。狭窄的波长间隔提高了要求波长的稳定性，以避免信号在传输时不同得波长信道间发生串扰，目前用的比较多的波长锁定器是基于空气隙F-P标准具的，该种波长锁定器的优点是能够产生连续的滤波曲线，工作范围大，不需要任何的温度控制电路就可以完成波长锁定，同时可以达到很高的锁定精度，是DWDM应用的理想的锁定技术。4F-P标准具的工作原理02法布里-珀罗干涉仪（以下简称F-P干涉仪）是由两个平行平板组成的，多束相干反射光由入射光在两平板间反复反射产生，而多束相干透射光由入射光两平板间反复透射产生，出射光在焦平面上形成等倾圆环状干涉条纹。F-P干涉仪大致可分为两种形式：F-P干涉仪和F-P标准具。他们的区别在于前者两块玻璃板之间的距离可以通过调谐装置在一个范围内进行改变，后者两块玻璃板之间的距离为固定值时，无法改变。5F-P标准具的工作原理02光纤F-P标准具的结构在一对准直的自聚焦透镜间插入一块玻璃的F-P标准具，就构成了光纤F-P标准具。玻璃标准具的两个反射面镀有高反射膜,形成F-P腔。玻璃标准具是将两块镀高反膜的玻璃夹在两块厚度固定，热膨胀系数小的材料间形成的。当玻璃块的厚度较大时，玻璃F-P干涉仪的自由光谱区变小，形成梳状滤波器，这些等间隔的梳状滤波器就形成了光纤F-P标准具。603F-P标准具的技术指标条纹的相位宽度：条纹的半宽度，为条纹中强度等于峰值一半的两点间对应的波长（或频率）之差，称为FWHM。另外，把条纹中强度等于峰值一半的两点间相位差称为相位宽度，常用∆𝛿来表示，示意图如下图所示。∆𝛿=2(1−𝑅)𝑅≈2(1−𝑅)上式中R表示标准具两侧平板的反射率，即条纹的相位宽度近似只与反射率有关。703F-P标准具的技术指标条纹的精细度：条纹的精细度称为F，是标准具一个非常重要的技术指标，它表示相邻两条条纹之间的相位差（2𝜋）和条纹的相位宽度（∆𝛿）的比值，即：𝐹=2𝜋∆𝛿=𝜋𝑅1−𝑅也就说明，条纹的精细度也是由平行平板所镀部分反射膜的反射率唯一确定的。精细度F的值越大，就表明条纹越明锐，其波长锁定性就会越好。803F-P标准具的技术指标自由光谱范围：自由光谱范围又称为FSR，指干涉光谱两波峰或波谷的中心波长（或频率）之差。当相邻光束之间的光程差对应着入射光谱中𝜆1波长的第(m+1)级极大值，以及光谱中𝜆2波长的第m级极大值，这个波长差就可以定义为自由光谱范围(FSR)，即：𝐹𝑆𝑅=𝜆1𝜆22ℎ≈𝜆022ℎ上式中𝜆0为入射光谱的中心波长，h为F-P腔的腔长，可见，标准具的腔长越长，其自由光谱范围就越小。903F-P标准具的技术指标下图是一种F-P标准具的光谱图。图a是全光谱图，图b是1540~1550nm的光谱图其自由光谱区为0.8nm（100GHZ）,其精细度超过100。1003F-P标准具的技术指标其他技术指标：条纹的对比度条纹的对比度指的是干涉条纹波峰与波谷功率之差。如果对比度很小，会造成调试困难而且测量结果也很难保证准确，所以对比度的大小与测量结果的准确性有很大的关系。波长随温度的漂移波长随温度漂移也称温漂，当温度发生改变时，标准具的中心垫片的长度以及折射率大小都会随之发生变化，改变了腔长h，或者改变了中心垫片的折射率都会导致光程差发生改变，也就使原来每一级次的中心波长发生了漂移，这将对标准具的性能产生非常严重的影响，要尽量将温度改变引起的波长漂移降到最低。1103F-P标准具的技术指标标准具的膜层标准具膜层的反射率将直接决定到条纹精细度F的大小，而且也会很大程度上影响条纹的自由光谱范围FSR，所以标准具的膜层反射率选择在设计的过程中至关重要。标准具的ITU波长ITU是国际电信联盟的简称，ITU波长是ITU联盟所制定的国际电信标准之一，规定地描述了波峰的中心波长（或频率）的值。通常在实际生产中，标准具的研制必须严格遵守ITU波长，如果实际生产的标准具偏离ITU中心波长的量较大，就要对器件进行调谐和修正，使其符合ITU标准的要求。1204F-P标准具的分类(1)普通空气隙标准具(2)多重F-P标准具多重F-P标准具右图中的A和B分别是腔长为𝑑𝐴和𝑑𝐵的两个标准具(𝑑𝐴𝑑𝐵=14)，A标准具的色散区域较大，相邻级数干涉造成的重叠区域小，但是分辨本领低；B标准具分辨本领高，但是相邻级数干涉造成的重叠区域较大。两者的波长尺度完全相同，所以当把两个标准具前后排在一起，使入射光相继通过这两个标准具，可以把二者的优势综合起来。事实上，市面上F-P波长计通常都是由几个厚度成比例变化的标准具组成的。1304F-P标准具的分类(1)可调节F-P标准具由位相差的关系式可以看出当光线入射角不同时，相邻两束干涉光之间的位相差也会发生变化，从而改变整个标准具的性能。当标准具用做滤波器使用时，可以通过调节不同的入射角，使两反射镜之间的光学距离发生改变，光程差随之改变，可以通过调谐选择特定某一波长的信道，以达到滤波的可调性。这种可调节F-P标准具经常用通过改变膜层或间距的不同使标准具的自由光谱范围FSR发生改变，进而改变系统的带宽和中心波长。(2)温度补偿型F-P标准具温度性能是F-P标准具一项非常重要的指标，也是一直以来存在的一个难题。随着工作温度的变化，标准具的腔长会有热胀冷缩的情况，腔长发生改变，中心波长会随之发生漂移，所以现在用温度补偿的方法解决这一问题。1404F-P标准具的分类在空气隙标准具中，只需要考虑空气隙的长度不变即可，为了实现更小的温度漂移情况，会采用如下图所示的结构，加入垫片1、2进行温度补偿。为了实现温度补偿，垫片1和垫片2必须要采取不同的热膨胀系数材料，设垫片1选取的材料热膨胀系数为𝛼1，厚度为d1；垫片2选取的材料热膨胀系数为𝛼2，厚度为d2。满足下列式子：温度补偿型半反半透膜d1𝛼1-d2𝛼2=0即可保证可以获得恒定的光程差，即可获得稳定的中心波长和波长间隔，解决了温度变化波长漂移的问题。15THANKS