最新12光学梳状滤波器汇总
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➢级数系数系列ak取决于各波片快轴的方位角Φk ➢设计任务：给定系数系列ak，计算角度系列Φk
2020/8/4
by Z.J.Wan, NGIA-HUST
9
傅里叶分析
级数项数更多，但上升和下降沿 存在抖动，不符合要求。
级数项数更少，但谱线满足应用需求。
2020/8/4
by Z.J.Wan, NGIA-HUST
by Z.J.Wan, NGIA-HUST
6
有限冲击响应系统
时域
单个波 – 输入1个光脉冲，输出2个光脉冲 两个波片 – 输入1个光脉冲，输出3个光脉冲 n个波片 - 输入1个光脉冲，输出n+1个光脉冲 输出脉冲序列可以表示如下：
n
H(t)ak(tk)
傅里叶变换
k0
有限冲击响应（FIR）系统
n
H() akejk k0 傅里叶级数
2020/8/4
by Z.J.Wan, NGIA-HUST
5
偏振光干涉分析
两个偏振片中夹一个波片结构
基于偏振光干涉分析得到 I1 ~ P1偏振方向检测光强 I2 ~ P2偏振方向检测光强
I1 I2
cos2( sin2 (
/ /
2) 2)
(Δf) 取决于 (ΔnL)
2nL f
c
2020/8/4
2020/8/4
by Z.J.Wan, NGIA-HUST
7
傅里叶分析
n=10
n=50
n=100
以傅里叶级数来近似方波，级数项数 越多，则近似程度越好。
2020/8/4
by Z.J.Wan, NGIA-HUST
8
傅里叶分析
➢任何波形均可以傅里叶级数来近似 ➢级数项数n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 ➢给定一系列串联的波片，可得到一个傅里叶级数系列
k
Ak
0
0.5
1
0.2813
2
0
3 -0.0313
2020/8/4
ak
0.0915 -0.1585 -0.5915 -0.3415
bk
0.0915 0.1585 -0.5915 0.3415
θk (deg)
θ1
-75
θ2
0
θ3
-60
θp
45
by Z.J.Wan, NGIA-HUST
Baidu Nhomakorabeaфk (deg)
ф1
作为波段滤波器，分波之后的信道间 隔为原来的两倍，降低对后续滤波器 的技术要求。
作为波段滤波器，保留一半波长作 为系统备份。
2020/8/4
by Z.J.Wan, NGIA-HUST
4
1.2 光学梳状滤波器
1.2.1 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
12光学梳状滤波器
为什么需要梳状滤波器？
DWDM信道间隔和技术方案：
200GHz → 100GHz → 50GHz → 25GHz
1.6nm → 0.8nm → 0.4nm → 0.2nm
TFF → TFF
止于此
AWG →AWG → AWG 止于此
TFF：Thin Film Filter，薄膜滤波片 AWG：Arrayed Waveguide Gratings，阵列波导光栅
17
基于PLC技术的梳状滤波器结构
方向耦合器的传输矩阵（琼斯 矩阵）：
B Ao ou uttcjsoin s cjsoin sB Aiin n
两个输出端口之间的耦合比取决于耦合角 θ。 θ=kL, L为耦合区长度, k为耦合系数，取 决于波导参数和波导间距。
2020/8/4
通信系统需要新的DWDM滤波技术
2020/8/4
by Z.J.Wan, NGIA-HUST
2
什么是梳状滤波器？
Δf→ 2Δf 降低了对后续滤波器的技术要求
2020/8/4
by Z.J.Wan, NGIA-HUST
3
梳状滤波器的应用
for backup
in use
interleaver here
interleaver here
位移晶体2, 7, 12的主平面分别位于0°, 90°, 0°方向。
2020/8/4
by Z.J.Wan, NGIA-HUST
15
对时延单元的考虑
一个时延单元由3片晶体组成
温度稳定性考虑: 晶体的双折射系数受温度影响，以两片温度系数相反的 晶体，快轴相互对准；或者以两片温度系数相同的晶体，快轴与慢轴交错 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。
-75
ф2
-75
ф3
-135
фp
-90
13
晶体型梳状滤波器结构
➢2+3: 偏振转换组件，将随机偏振的入射光转换为相同偏振 态的两束平行光，以消除器件的偏振相关性。 ➢7: 以位移晶体代替偏振片，两个正交偏振态均检测到。
2020/8/4
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14
晶体型梳状滤波器结构
2020/8/4
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1.2 光学梳状滤波器
1.2.1 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
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1.2 光学梳状滤波器
1.2.1 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
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晶体型梳状滤波器结构
傅里叶级数的系数 ak 取 决 于 波 片 快 轴 的相对角度:
晶体型梳状滤波器的核心部分
1 1, 2 2 1,
n n n1 , p p n
2020/8/4
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12
晶体型梳状滤波器结构
➢前两个波片快轴夹角为0°，合为 一片 ➢检 偏 器 与 起 偏 器 夹 角 为 90° ， 因 此位移晶体2和7的主平面正交。
加工容差考虑：前两片晶体的双折射系数较大，相应的厚度加工容差较小。 因此，二者加工厚度稍小于理论设计值，不足部分以低双折射系数的晶体 补偿，后者加工容差较大，且可加工几种厚度，以供选择。例如与石英晶 体补偿YVO4晶体，容差由0.04μm提高到0.9μm。 成本考虑：以右图所示的PBS棱镜代替晶体波片，可降低成本。
2020/8/4
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傅里叶分析
级数项数更多，但上升和下降沿 存在抖动，不符合要求。
级数项数更少，但谱线满足应用需求。
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有限冲击响应系统
时域
单个波 – 输入1个光脉冲，输出2个光脉冲 两个波片 – 输入1个光脉冲，输出3个光脉冲 n个波片 - 输入1个光脉冲，输出n+1个光脉冲 输出脉冲序列可以表示如下：
n
H(t)ak(tk)
傅里叶变换
k0
有限冲击响应（FIR）系统
n
H() akejk k0 傅里叶级数
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偏振光干涉分析
两个偏振片中夹一个波片结构
基于偏振光干涉分析得到 I1 ~ P1偏振方向检测光强 I2 ~ P2偏振方向检测光强
I1 I2
cos2( sin2 (
/ /
2) 2)
(Δf) 取决于 (ΔnL)
2nL f
c
2020/8/4
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7
傅里叶分析
n=10
n=50
n=100
以傅里叶级数来近似方波，级数项数 越多，则近似程度越好。
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傅里叶分析
➢任何波形均可以傅里叶级数来近似 ➢级数项数n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 ➢给定一系列串联的波片，可得到一个傅里叶级数系列
k
Ak
0
0.5
1
0.2813
2
0
3 -0.0313
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ak
0.0915 -0.1585 -0.5915 -0.3415
bk
0.0915 0.1585 -0.5915 0.3415
θk (deg)
θ1
-75
θ2
0
θ3
-60
θp
45
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Baidu Nhomakorabeaфk (deg)
ф1
作为波段滤波器，分波之后的信道间 隔为原来的两倍，降低对后续滤波器 的技术要求。
作为波段滤波器，保留一半波长作 为系统备份。
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1.2 光学梳状滤波器
1.2.1 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
12光学梳状滤波器
为什么需要梳状滤波器？
DWDM信道间隔和技术方案：
200GHz → 100GHz → 50GHz → 25GHz
1.6nm → 0.8nm → 0.4nm → 0.2nm
TFF → TFF
止于此
AWG →AWG → AWG 止于此
TFF：Thin Film Filter，薄膜滤波片 AWG：Arrayed Waveguide Gratings，阵列波导光栅
17
基于PLC技术的梳状滤波器结构
方向耦合器的传输矩阵（琼斯 矩阵）：
B Ao ou uttcjsoin s cjsoin sB Aiin n
两个输出端口之间的耦合比取决于耦合角 θ。 θ=kL, L为耦合区长度, k为耦合系数，取 决于波导参数和波导间距。
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通信系统需要新的DWDM滤波技术
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什么是梳状滤波器？
Δf→ 2Δf 降低了对后续滤波器的技术要求
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3
梳状滤波器的应用
for backup
in use
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位移晶体2, 7, 12的主平面分别位于0°, 90°, 0°方向。
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15
对时延单元的考虑
一个时延单元由3片晶体组成
温度稳定性考虑: 晶体的双折射系数受温度影响，以两片温度系数相反的 晶体，快轴相互对准；或者以两片温度系数相同的晶体，快轴与慢轴交错 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。
-75
ф2
-75
ф3
-135
фp
-90
13
晶体型梳状滤波器结构
➢2+3: 偏振转换组件，将随机偏振的入射光转换为相同偏振 态的两束平行光，以消除器件的偏振相关性。 ➢7: 以位移晶体代替偏振片，两个正交偏振态均检测到。
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晶体型梳状滤波器结构
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1.2 光学梳状滤波器
1.2.1 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
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10
1.2 光学梳状滤波器
1.2.1 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
2020/8/4
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11
晶体型梳状滤波器结构
傅里叶级数的系数 ak 取 决 于 波 片 快 轴 的相对角度:
晶体型梳状滤波器的核心部分
1 1, 2 2 1,
n n n1 , p p n
2020/8/4
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12
晶体型梳状滤波器结构
➢前两个波片快轴夹角为0°，合为 一片 ➢检 偏 器 与 起 偏 器 夹 角 为 90° ， 因 此位移晶体2和7的主平面正交。
加工容差考虑：前两片晶体的双折射系数较大，相应的厚度加工容差较小。 因此，二者加工厚度稍小于理论设计值，不足部分以低双折射系数的晶体 补偿，后者加工容差较大，且可加工几种厚度，以供选择。例如与石英晶 体补偿YVO4晶体，容差由0.04μm提高到0.9μm。 成本考虑：以右图所示的PBS棱镜代替晶体波片，可降低成本。