光滤波器的介绍

光滤波器的概述1光滤波器的理论基础2光滤波器的类型3光滤波器在光通信网中的应用4光滤波器是用来进行波长选择的仪器，它可以从众多的波长中挑选出所需的波长，而除此波长以外的光将会被拒绝通过。它可以用于波长选择、光放大器的噪声滤除、增益均衡、光复用/解复用。光滤波器与电域的滤波器比较十分相似，按照选频特性也可分为带通滤波器，带阻滤波器，低通滤波器，高通滤波器以及梳指（interleave）形滤波器。笼统地讲，凡是能够选择光频的技术，原则上都可用于制造光滤波器。光滤波器基本是由以下理论构筑其理论基础。一、角色散理论由光学理论可知，光栅和三棱镜是一种典型的角色散元件。当多种波长的混合光通过这些元件时，就会发生衍射，由于衍射角的不同，可使混合波发生分离，从而获得单一波长的光。a.光栅的分光原理附图是利用光栅将混合光波进行分离的原理示意图。从光纤输入的混合波（λ1、λ2、λ3），经过透镜（L1）准直后射向光栅，不同波长的光信号由于衍射角不同，经过透镜（L2）聚焦在不同的位置上，并将光信号耦合进不同的光纤中进行输出。b.棱镜的分光原理棱镜的分光原理如下图所示。含有多个光波长的信号的光，经透镜准直后，通过三棱镜将光分离，分离后的光再经过另一透镜聚焦并耦合进相应的光纤中进行传播。众所周知，不同波长在同一种物质中的传播速度是不一样的，也就是说折射率n（n=c/V）随波长而变。若选用dn/dλ，大的材料作棱镜，就可以得到大的角色散本领和高的色分辨本领。二、干涉膜滤波原理干涉膜的结构如附图所示。它由两种折射率（n）大小不等的介质膜交替叠加而成。其厚度为1/4波长，通过介质膜的不同选择构成长波通、短波通和带通滤波器。高折射率层反射的光线其相位不会偏移，低折射率层反射的光线其相位偏移180度。通过每层薄膜界面上多次反射和透射光的线性叠加，当光程差等于光波长时，或是同相位时，多次透射光就会发生干涉，同相加强，形成强的透射光波，而反相光波相互抵消。通过适当设计多层介质膜系统，就可得到滤波性能良好的滤光片。三、耦合模滤波原理下图是利用耦合模理论制作的光滤波器及光的上下复用器。当复用光波信号从1端口输入时，由于耦合模λ3与微球谐振腔发生共振，而从端口3输出（滤波作用）。当λ3从端口4输入时，而由于耦合而进入端口2的复用光波之中，从而实现了OADM的功能。以上是光滤波器的最基本也是最重要的理论基础。利用这些理论或这些理论的相互结合就可研制出各种各样的光滤波器。各种光滤波器大都是以这些理论作为依据的，包括平面集成器件，如AWG等。除以上之外，还有一些其它方法，如利用双折射原理，也可制作光滤波器。利用相干光干涉的原理实现窄带滤波：模式耦合滤波器：基于声光，电光，或磁光效应等各种模式耦合的滤波器。多层介质薄膜滤波器：在玻璃衬底上镀多层电介质薄膜，通过控制沉积在衬底上薄膜的层数而制成各种窄带宽带滤波器。法布里-珀罗型：由平行放置的两块平面板组成，为了提高端面反射率，在俩平面板上镀有多层介质膜或金属膜。（若平行板间隔可以改变，称为法布里-珀罗干涉仪，间隔固定，为法布里-珀罗标准具）入射光反射光透射光折射率高高低低4高滤波器1滤波器21321,,2332,介质薄膜滤波器用介质薄膜滤波器构成解复用器•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。利用光的衍射实现的光滤波器：传统光栅：传统光栅滤波器是利用入射光入射到光栅表面时，不同波长的光衍射角不同来实现滤波的，这种类型的滤波技术比较成熟，并在光信息处理、可协调激光器等诸多领域得到广泛应用。光纤光栅：光纤光栅滤波器是一种光无源器件，利用光纤材料热敏性，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期变化，从而形成的窄带滤波功能。光滤波器是光纤通信及光网络中最基础的也是最重要的元器件之一，不仅用量大而且应用范围广泛。因此，光滤波器是光无源器件的一个重要领域，它的技术水平、产量大小以及价格将对光网络的发展产生直接影响。全光通信网络以光纤作为基本传输介质，在节点处采用光交换。即数据从源节点到目的节点的传输过程始终在光域内。这样的全光通信网络具有优良的品质：通信频带宽、误码率低、协议透明度高、线路可靠性强。波分复用•薄膜滤波器•光纤光柵•列阵波导光柵•全息光柵•光环行器•光交错复用器•分波/合波摸块增益放大•光开关•光插分复用器•光交叉联接器•波长变换器•可调滤波器•可调激光器开关交换发送接收•信号激光器•光调制器•光电探测器•锁波器•光发送摸块•光接收摸块•光收发摸块系统管理•光性能监控管理摸块•色散补偿器•偏振模色散管理摸块•光纤放大器•光隔离器•分路耦合器•泵浦激光器•光增益平衡器•光衰减器•半导体光放大器光通信网络基本结构波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）波分复用WDM(WavelengthDivisionMultiplexing)是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。WDM分类WDM40Gb/sPSK100GHz按照通道间隔的不同分：CWDM（稀疏波分复用）:信道间隔20nmDWDM（密集波分复用）:信道间隔从0.2nm到1.2nmDWDM