全光纤马赫—曾德尔干涉仪输出特性研究

论文摘要

光滤波器是光通信和光电子领域不可或缺的重要元器件,在波长锁定、波分复用/解复用、波长路由、色散补偿、增益平坦等技术中都有广泛应用。随着波分复用（WDM）系统中信道数的不断增加和信道间隔的不断减小,对滤波技术的要求也越来越高,因而研究新型高性能光滤波器成为学科前沿课题之一。在众多滤波器中马赫-曾德尔干涉仪型滤波器由于结构简单、可多级串联、以及具有梳状和带通滤波特性等优点,因而在WDM系统中备受关注。本文首先在传输矩阵理论的基础上,对单个马赫-曾德尔干涉仪的输出特性进行了详细的推导。通过Matlab仿真讨论了干涉仪的耦合系数、臂长差、折射率等参数对干涉仪输出特性的影响。为了改善干涉仪的消光比,采用了两种方法:一是在一端连上光纤全反镜二次干涉的方法,构成高消光比的马赫-曾德尔型干涉滤波器,加上全反镜后其消光比改善了21dB左右;二是采用在一端加上光纤光栅的方法,构成了一个单通道开关器件,从而大大改善了其消光比。其次,理论上推导了级联马赫-曾德尔干涉仪的输出特性,分析了级联对输出特性的影响。利用级联,提出了频率间隔在100GHz以下滤波器设计的新方法。提出了基于GA算法分析级联的新方法,并将新提出的方法与理想滤波器、传输矩阵法所得滤波器进行了仿真比较,得出的新方法有很大的优越性。最后,设计和分析了基于马赫-曾德尔干涉仪的新型光分插复用器模型,即在干涉仪臂上加入光栅设计出马赫-曾德尔型OADM模型,并对设计的OADM模型进行了改进,利用Optiwave软件对设计的OADM进行了功能仿真验证,证实了设计的正确性。研究结果表明,基于马赫-曾德尔干涉仪的光元器件以及级联马赫曾德尔干涉仪在WDM系统等领域将会有巨大的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤通信网的发展
• 1.2 波分复用技术
• 1.2.1 波分复用技术概述
• 1.2.2 WDM 中的关键器件
• 1.3 全光纤马赫-曾德尔干涉仪的应用现状
• 1.4 研究内容与创新点
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 主要创新点
• 第二章 马赫-曾德尔干涉仪特性研究
• 2.1 全光纤马赫-曾德尔干涉仪
• 2.2 全光纤马赫-曾德尔干涉仪理论推导
• 2.2.1 传输矩阵法
• 2.2.2 输出特性仿真分析
• 2.2.3 中心波长问题与隔离度
• 2.3 马赫-曾德尔干涉仪输出特性的改善
• 2.4 本章小结
• 第三章 级联马赫-曾德尔干涉仪滤波器的设计
• 3.1 马赫-曾德尔干涉仪的级联特性
• 3.2 信道间隔更窄的马赫-曾德尔滤波器的设计
• 3.3 级联马赫-曾德尔滤波器设计新方法
• 3.3.1 设计方法
• 3.3.2 基于改进GA 算法的级联滤波器实现
• 3.3.3 GA 算法滤波器仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于马赫-曾德尔干涉仪的新型OADM 研究
• 4.1 均匀光纤光栅
• 4.2 均匀光纤光栅与马赫-曾德尔干涉仪构成光分插复用器
• 4.2.1 单个马赫-曾德尔干涉仪与光纤光栅构成的光分插复用器
• 4.2.2 改进型马赫-曾德尔干涉仪光分插复用器模型设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文工作结论
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文