用于DWDM的可调谐光学滤光器设计

　　1　引　　言

　　光纤通信在短短的二十多年间飞速发展,现在已进入密集波分复用(DWDM)时代,几十Gb/s级系统得到广泛应用,并大步向全光通信迈进。在密集波分复用技术和全光通信中,有一个关键的节点设备——光分插复用(OADM)设备。

　　可调谐滤波器是实现OADM的关键器件,该器件在波分复用系统、全光交换系统等领域具有广泛的应用价值,是一项极具潜力的关键技术。波分复用(WDM)光网络的发展对光滤波器等光器件提出了更高的要求。

　　目前,可调谐滤波器主要有下列几种类型:声光和电光可调谐滤波器、马赫曾德尔可调谐滤波器、法布里珀罗可调谐滤波器等。不论是哪一种可调谐滤波器,能用于光通信系统,必须满足下列要求:调谐范围要宽;增益不会变;带宽要窄;调谐要快;对温度不敏感。

　　利用铌酸锂晶体的电光效应,提出一种可用于DWDM系统的电光可调谐滤波器的设计思想

　　2　理论分析

　　2.1　F-P腔的工作原理

　　利用铌酸锂做光波导的F-P可调谐滤波器如图1示,利用x切、光束沿y方向传播的铌酸锂晶体为基底的光波导,光波导的两个端面抛光,镀上高反射膜,即为一个法布里珀罗腔。　　设一平面光垂直入射该F-P腔,分别在两个高反射膜上发生多次反射和透射,如果介质无吸收,则可以依次写出反射光和透射光的振幅。每一束透射光波比前一束透射光在相位上延迟:

　　根据多光束干涉原理,从右侧出射透射光强为:

　　在无损耗的情况下,法布里珀罗腔的精细度F= ,可以看出当R越大,F也越大,干涉条纹越细锐。当=2qπ时(q=1,2,3…),F-P腔的出射光强达到最大,可求出谐振频率foq为:

　　其中q为干涉级数,两相邻谐振频率间距即为F-P腔的自由谱域。由此可以看出,由于F-P腔具有滤波特性,如果若将F-P腔的谐振频率调到与所选的信道频率重合,即可从组合在一起的多个信道中选出该信道。如果F-P腔的长度d或腔内介质折射率可调,就构成了F-P可调谐滤波器。

2.2　铌酸锂晶体的电光效应

　　铌酸锂晶体具有电光效应,当沿z轴施加电场后,　e光和o光的折射率会发生改变。铌酸锂晶体光波导的折射率的变化与电压的关系为:

　　其中n为基片的折射率,v为电极电压,d为两电极的间距,r33为晶体的电光系数。可以看出,铌酸锂光波导的折射率为n′=n-Δn。可以通过调节在铌酸锂光波导两极的电压,从而使光　　波导的折射率改变,即改变F-P腔的谐振频率,从而实现利用F-P腔来调谐滤波的功能。