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OPTICAL COMMUNICATDN TECHNOLOGYNo. 1几种常用滤波器的特性。冯丹琴盛秋琴陈凯贾宝华韩军(南开大学物理学院光电信息科学系天津300071)摘要对几种滤波器的原理、特性和应用进行了研究比较，并特别介绍了目前的研究热点:各种光纤 光栅滤波器及集成阵列波导滤波器等。如今滤波器的蓬勃发展表明，它将在未来的光通信系统中发挥 越来越重要的作用。关键词滤波器光纤滤波器梳状光纤光栅相移长周期光纤光栅集成阵列波导光栅。冯丹琴，女，1978年生，硕士研究生 2001-03-05 收稿中图分类号TN713 文献标识码A 1引言滤波器是一种波长选择器件，它在光纤传感以及 光纤通信系统中具有许多重要的应用，可以用于半导 体激光器或光纤激光器的反射腔镜和窄带滤波、复用 /解复用器、光放大器中的噪声抑制、波长选择器波 长转换器色散补偿器以及延时器等。滤波器的研究 发展十分迅速，受到了人们的普遍关注。必威体育精装版的基于 DFB激光二极管和光纤布喇格光栅(FBG)的可调谐 非相干光纤横向滤波器⑴以及利用WDM技术的并 联光纤-光学-基底的RF滤波器[2]等结构更为复杂， 性能也更佳。滤波器的种类繁多，性能各异，功能也各 不相同，它们在未来的光纤通信和传感领域必将发挥 更重要的作用。2几种滤波器的原理、特性和应用实现波长选择的方法主要有干涉滤波法、棱镜和 光栅的色散分光法、光纤布喇格光栅(FBG)光谱滤波 法、声光滤波法、集成纤维或集成波导滤波法等等。下 面分别介绍这些滤波器。1干涉膜滤光器所谓多层介质膜干涉滤波器，就是高低折射率的 材料以预先设计的厚度沉积在玻璃基片上，以达到所 要求的波长响应特性，如图1所示。这种器件的光学 特性，取决于光学膜的反射、透射特性。其光学膜一般 镀制成截止(短波或长波截止)滤光片或带通滤光片。 当前的镀膜技术结合了材料科学、真空物理学、薄膜 物理化学、计算机辅助设计等先进技术，可以将多层 介质膜干涉滤光器制成超窄带型，由此可制成密集型 波分复用器，其复用信道间隔 1nm。采用多个不同 波长响应的超窄带滤光器进行串联便可构制成多信 道的DWDM器件。迄今为止，已实用化的Q 8nm信 道间隔的DWDM系统中使用的就是多层膜干涉滤 光器。此滤波器适用于固定信道、功能较少的简易光 纤WDM通信系统，结构简单，性能稳定，易于应用。图1多层介质膜干涉滤光器示意图目前许多学者致力于多层介质膜的特性的研究， Dobtowolski[3]设计了低反射率的金属-介质透射干 涉滤波器，larruqert[4]获得了在远紫外光谱范围内有 高反射率的多层介质膜。在各种设计方法中，有的设 计上比较简单，容易实用，且光谱特性良好。如Sheng Zhongdi[5]设计的四分之一波长多层膜的非等厚干涉 带通滤波器。这种滤波器不仅具有高的透射度、高的 反射率，而且生产技术易于控制。其设计的基本思想 为四分之一波长多层膜由两个高反射的多层膜中间 插入匹配层构成的。两个高反射的多层膜叠加合成的 膜系重叠区存在一反射极小值，插入匹配层的作用是 消去反射极小值，即达到反射带宽展宽。高反射的多 层膜由2? + 1层低高折射率相互交替的厚度为四分 之一中心波长的膜层构成。如果两个高反膜中心波长 分别在AA和K+ AA时，匹配层选择合适的位相 厚度可以达到中心波长为A。实验时采用的多层介质 结构为G(HL)5H2LH (LH)5A (G为玻璃，对应折射 率为 n s= 1.52，nH= 2. 35(ZnS)，瓜=1.38MgF2);A 为空气，对应折射率为n0= 1 00)。多层膜分别为十 一层，中心波长分别K- AA= 500nm和K+ AA= 600nm，匹配层厚度为二分之一波长，中心波长K= 550nm。膜系对应阻带范围从445nm到715nm。当米 用的多层介质结构为G(HL )5HLH (LH)5A时，中心 波长分别K- AA= 460nm和K+ AA= 640nm，匹配层 厚度为四分之一波长，中心波长K= 550nm。膜系对 应阻带范围从400nm到750nm。2法布里-珀罗谐振腔滤波器众所周知，法布里-珀罗谐振腔对满足下面相位 条件的光波可形成稳定振荡并输出等间隔的梳状被 形。C . n/cos6i- ,…o = 4n 、 = 2m n(1)A其中5为相位变化量，6为光波入射腔体的入射角，l 为谐振腔长，n为腔体内介质的折射率，m为整数。这 样，Fabry -尸erot腔和耦合器组合即可构成滤波器。由 式（1)可知，当m值取定后，确定满足相位条件的具 有峰值透过率波长的因素为:n、l和Q,因此调节这三 个变量就可以达到波长调谐的目的。2 1腔长调谐的法布里-珀罗谐振腔滤波器可调谐色散补偿MEM S全通滤波器是基于微 型电动机械(M EM )