光学梳状滤波器与多功能组合模块的研究

论文题目: 光学梳状滤波器与多功能组合模块的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 通信与信息系统

作者: 孟义朝

导师: 黄肇明

关键词: 光学梳状滤波器,光学全通滤波器,波长交错滤波器,多波导定向耦合器,多功能组合模块

文献来源: 上海大学

发表年度: 2005

论文摘要: 光纤通信网是信息高速公路建设的重要组成部分,它由骨干网、城域网和接入网组成,网络的每个节点又包含着大量的光电子器件和各种功能模块。光学滤波器作为DWDM光网中一类重要的光子器件,其作用是不言而喻的(色散补偿、增益谱均衡、信道选择和功率均衡等)。本文以周期性光学梳状滤波器(Optical Comb Filter)和多功能组合模块为研究对象具有现实意义。希望通过数学建模、特性仿真、理论分析和实验验证等手段得到一些有参考价值的结果和结论。 光学全通滤波器(周期性相位梳状滤波器)、多波导定向耦合器、新型波分复用器件—群组波长交错滤波器(Interleaver,周期性幅度梳状滤波器)和多功能组合模块是论文的主要组成部分。具体研究内容如下: 1.薄膜Gires-Tournois干涉仪型光学全通滤波器(GTI-OAPF)的设计方法和具体应用。GTI是反射式Fabry-Perot干涉仪,由部分反射镜、谐振腔和全反射镜构成。首先,给出一个多层薄膜反射系数的迭代式并用数学归纳法证明,验证了用其设计薄膜GTI-OAPF的可行性。其次,忽略GTI反射镜的具体膜层结构,得到GTI-OAPF简化数学模型的相位、群延迟和群延迟色散的解析表达式。最后,采用传输矩阵法设计了适合多信道色散补偿的薄膜GTI-OAPF,并进行了较为详细的特性仿真和分析(研究了反射镜的膜层结构对单腔GTI器件传输特性的影响,斜入射光束引起的偏振分离现象,色散补偿带宽的展宽和线性化)。同时,对多腔GTI进行了设计与分析。 2.多功能双环谐振光学梳状滤波器。给出由等三角排列3×3光纤耦合器构成的双环结构光学梳状滤波器传输特性的解析表达式,该模型综合考虑了耦合器的插入损耗和分束比,光纤延迟线的传输损耗、增益系数和长度等参量。在此基础上对其传输特性进行了较为详细的数值研究。结果表明:该器件具有多信道带通、带阻和放大特性。并对器件结构参量的变化如何影响其功能的变化规律进行了探索,发现了一个有趣的双谐振峰(主峰和次峰)的动态变化现象。讨论了该器件的色散特性、游标效应(Vernier effect)和具体应用(光延迟线、Interleaver)。 3.无限冲击响应型(IIR,Infinite Impulse Response)群组波长交错滤波器。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 综述

1.1 光纤通信网的发展与关键技术

1.2 密集波分复用光网中的光学滤波器

1.2.1 平面波导微环谐振OADM滤波器

1.2.2 薄膜光学滤波器及其应用

1.3 光学全通滤波器(OAPF)

1.4 波长交错滤波器(Interleaver)

1.4.1 Interleaver的产生背景

1.4.2 Interleaver的功能与设计要求

1.4.3 Interleaver的分类

1.5 波导耦合器

1.6 选题的意义与主要研究内容

参考文献

第二章 光学全通滤波器

引言

2.1 全通滤波器与光学全通滤波器

2.1.1 定义与数学表示

2.1.2 典型结构与应用

2.2 F-P标准具的分类与F-P色散

2.3 光学薄膜反射系数的计算

2.3.1 传输矩阵法

2.3.2 多层介质反射系数的迭代式及其证明

2.4 薄膜干涉型光学全通滤波器

2.4.1 多层介质膜GTI-OAPF

2.4.2 单腔G-T干涉仪的简化物理模型

2.4.3 单腔G-T干涉仪的特性分析

2.5 多腔GTI-OAPF的设计与分析

2.6 薄膜GTI-OAPF的应用

2.6.1 多级串接GTI-OAPF色散补偿器的结构与数字设计

2.6.2 薄膜滤光片的色散补偿的必要性

2.6.3 薄膜GTI-OAPF光延迟线

2.7 本章小结

参考文献

第三章 波长交错滤波器

引言

3.1 多功能双环谐振光学梳状滤波器

3.1.1 等三角环形分布3×3光纤定向耦合器的传输特性

3.1.2 由3×3光纤定向耦合器构成的双环谐振器的数理模型

3.1.3 等长双环谐振器的滤波特性

3.1.4 不等长双环谐振滤波器的游标效应(Vernier effect)

3.1.5 双环谐振滤波器的应用

3.1.6 本节小结

3.2 无限冲击响应(IIR)MZGTI型波长交错滤波器

3.2.1 MZGTI型波长交错滤波器的结构与数理模型

3.2.2 影响MZGTI型波长交错滤波器传输特性的因素

3.2.3 双向传输波长交错滤波器的结构及应用

3.2.4 本节小结

3.3 多功能DWDM光学滤波器组合模块的系统化研究

3.3.1 组合模块的结构

3.3.2 有限冲击响应型(FIR)群组波长交错滤波模块

3.3.3 密集波分复用模块

3.3.4 色散补偿模块

3.3.5 信道监测模块

3.3.6 本节小结

3.4 本章小结

参考文献

第四章 多波导定向耦合器

引言

Part-1多波导耦合系统耦合模方程的Chebyshev解

4.1 采用常规Chebyshev多项式得到的弱耦合定向耦合器的通解

4.1.1 弱耦合线形排列定向耦合器耦合模方程的通解

4.1.2 弱耦合环形排列定向耦合器耦合模方程的通解

4.2 采用推广的Chebyshev多项式得到的强耦合定向耦合器的通解

4.2.1 强耦合环形排列定向耦合器耦合模方程的通解

4.2.2 推广的Chebyshev多项式的特性分析

4.3 实例分析

4.3.1 弱耦合线形排列定向耦合器

4.3.2 弱耦合环形排列定向耦合器

4.3.3 强耦合线形排列定向耦合器

4.4 Part-1小结与讨论

4.5 采用3×3环形排列定向耦合器的密集波分复用器的数学模型

Part-2面阵排列熔锥光纤耦合器

4.6 熔锥光纤耦合器的发展

4.7 面阵排列2×6熔锥光纤耦合器的简化模型的求解与分析

4.8 Part-2小结

4.9 本章小结

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

学习与研究简历

发布时间: 2005-09-16

参考文献

• [1].光学梳状滤波器技术研究[D]. 邵永红.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）2004
• [2].基于平面光路的梳状滤波器和热光开关研究[D]. 万助军.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）2007
• [3].高精度sigma-delta ADC的研究与设计[D]. 吴笑峰.西安电子科技大学2009
• [4].全光纤梳状滤波器和马赫—曾德尔干涉仪的研制[D]. 范林勇.北京交通大学2011

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• [2].法布里—珀罗滤波器和光纤光栅滤波器[D]. 夏光群.四川大学2002
• [3].基于MEMS技术的Fabry-Perot腔可调光学滤波器研究[D]. 向民.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）2004
• [4].平面波导光耦合器及基于耦合器的光器件的研制[D]. 肖悦娱.浙江大学2005
• [5].波分复用系统中基于法布里—珀罗腔的光学薄膜滤波器研究[D]. 陈海星.浙江大学2005
• [6].WDM系统中光分插复用/解复用技术研究[D]. 黄勇林.南开大学2003
• [7].全光纤型上下话路滤波器的研制[D]. 董小伟.北京交通大学2006
• [8].基于平面光路的梳状滤波器和热光开关研究[D]. 万助军.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）2007

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