全光纤型上下话路滤波器的研制

论文摘要

具有波长选择能力的光上下话路滤波器是波分复用系统中的一种关键器件,也是降低成本、推广光纤到户光网络的突破口。本论文结合国家自然科学基金及国家863计划项目,研制出几种新型全光纤上下话路滤波器,以满足不同场合的应用需求。在对器件的工作原理和结构详细分析和优化的基础上,深入研究了工艺实现的条件,获得的主要创新成果如下:A.原创性研制出高精度、大长度光纤轴向研磨抛光机和精确可控熔融拉锥设备。B.推导出用于描述“两布拉格光栅反射型耦合器”、“布拉格光栅破坏耦合器”和“布拉格光栅辅助耦合器”三种上下话路滤波器特征的统一耦合方程;在此基础上,深入分析了布拉格光栅写入位置及耦合区均匀性对器件性能的影响,研制出一种结构平衡的新型两布拉格光栅反射型耦合器,很好地解决了传统方法上、下话路滤波特性无法同时优化的局限;首次采用一种慢变绝热、非对称熔融预拉伸技术,改进了布拉格光栅辅助耦合器的工艺过程,制作出的光上下话路滤波器不仅完全满足密集波分复用(DWDM)系统的要求,而且具有更低的插入损耗和更高的性能稳定性。C.在普通折射率调制的基础上,进一步分析了增益/损耗效应对长周期光栅特性的影响,提出一种新型对下话路信号具有放大作用的单方向、复调制长周期光栅辅助耦合器;优化两平行长周期光栅耦合器的结构,数值和实验结果均表明调节环境折射率、加强光栅的折射率调制强度可明显提高上下话路滤波效率,同时不对长周期光栅包层进行处理,对改善滤波光谱特性更加有利,为简化工艺提供了依据;建立四层波导模型,首次采用精确的全矢量法对长周期光栅外旋涂有机聚合物薄膜进行了详细分析,指出与浸入液体不同,聚合物薄膜的材料和旋涂厚度对长周期光栅谐振波长的可调性至关重要,通过优化可以实现范围达120nm的波长调节。D.分析了全通型和上下话路型单环谐振器的幅度和相位时延特性,结果显示降低谐振腔的尺寸和损耗,加强耦合区的控制是环形谐振器设计和制作的主要任务;提出一种分析“串联耦合”和“并联耦合”两种多环级联高阶谐振器

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 光上下话路滤波器的结构和特点
• 1.2.1 微光体元件型光上下话路滤波器
• 1.2.2 平面波导集成型光上下话路滤波器
• 1.2.3 全光纤型光上下话路滤波器
• 1.3 光纤布拉格光栅（FBG）的发展及其在光上下话路滤波器中的应用
• 1.3.1 光纤光栅的发展
• 1.3.2 光纤布拉格光栅在光上下话路滤波器中的应用
• 1.4 长周期光纤光栅（LPFG）的特点及其在上下话路滤波器中的应用
• 1.4.1 长周期光纤光栅的特性
• 1.4.2 长周期光纤光栅应用于上下话路滤波器
• 1.5 新兴发展起来的全光纤型微环谐振器
• 1.5.1 环形谐振器的结构和特性
• 1.5.2 微环谐振器的发展和制作
• 1.6 研究内容和成果
• 参考文献
• 第二章 光纤布拉格光栅耦合器型上下话路滤波器
• 2.1 引言
• 2.2 统一耦合方程
• 2.3 两布拉格光栅反射型耦合器
• 2.3.1 均匀布拉格光栅反射型耦合器
• 2.3.2 采用切趾光栅降低信道间串扰
• 2.3.3 耦合区非均匀性对滤波特性的影响
• 2.4 只在一个纤芯中写入布拉格光栅构成的光栅耦合器
• 2.4.1 布拉格光栅破坏耦合器
• 2.4.2 布拉格光栅辅助耦合器
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第三章 长周期光纤光栅型上下话路滤波器
• 3.1 引言
• 3.2 复调制长周期光栅辅助耦合器
• 3.2.1 普通长周期光栅辅助耦合器
• 3.2.2 复调制长周期光栅辅助耦合器
• 3.3 两平行长周期光栅耦合器
• 3.3.1 器件结构及理论基础
• 3.3.2 单个长周期光栅的光谱特性
• 3.3.3 两平行长周期光栅耦合器的滤波特性
• 3.3.4 实验制作
• 3.4 长周期光栅谐振光谱的宽范围可调性
• 3.4.1 结构模型及理论基础
• 3.4.2 聚合物薄膜材料和旋涂厚度的选择
• 3.4.3 包层模阶数对谐振波长可调性的影响
• 3.4.4 光纤包层厚度对谐振波长可调性的影响
• 3.5 小结
• 参考文献
• 第四章 全光纤型微环谐振器
• 4.1 引言
• 4.2 单环谐振器
• 4.2.1 两端口全通型单环谐振器
• 4.2.2 四端口上下话路型单环谐振器
• 4.3 多环高阶上下话路滤波器的设计和优化
• 4.3.1 串联耦合多环谐振器
• 4.3.2 并联耦合多环谐振器
• 4.3.3 串联耦合与并联耦合多环谐振器滤波性能的比较
• 4.4 微细光纤理论及其在全光纤型微环谐振器制作中的应用
• 4.4.1 平面波导集成型微环谐振器的限制
• 4.4.2 微细光纤理论及其拉制条件
• 4.4.3 微细光纤制作微环谐振器
• 4.4.4 全光纤微环谐振器的实验结果
• 4.5 利用环形谐振器改善马赫-曾德尔干涉仪型波长交错滤波器的性能
• 4.5.1 非对称双芯光纤制作MZI 型Interleaver
• 4.5.2 环形谐振器辅助 MZI 型 Interleaver 的分析和优化
• 4.6 小结
• 参考文献
• 结论
• 作者简介及参加的主要科研项目
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢