基于马赫-曾德尔干涉仪和取样光纤光栅的全光纤梳状滤波器

　　1　引　言

　　社会信息化的发展对通信系统的传输容量产生了爆炸性需求,减小信道间隔和增加信道数成为密集波分复用(DWDM)技术进一步发展的必然趋势。然而,信道间隔的减小对复用器/解复用器的性能提出了更严格的要求,其制作成本越来越高。在这种情况下,一种新型的滤波器件———梳状滤波器(Interleaver)应运而生,它的作用是把DWDM信道按照奇偶分离或者合并,然后再采用原来使用的复用/解复用技术进行分波和合波。这样,在信道间隔缩小1倍的情况下,只需增加一个梳状滤波器,原来的复用/解复用器件还可以继续适用。在DWDM系统中使用梳状滤波器的目的和好处有:1)降低分波器信道间隔的要求。当一种分波器的信道间隔接近其技术极限的时候,进一步的提高可能需要巨大的经济代价。梳状滤波器把系统的瓶颈移到了另外一个比较容易解决的地方。2)对于已经安装的较低信道密度的WDM系统,可以通过梳状滤波器将信道间隔提高一倍,有利于系统的升级。3)采用梳状滤波器可以利用光的偏振性,实现偏振复用。实现梳状滤波器的技术主要有晶体偏振光干涉[1],平面波导格子滤波器[2],加上环行谐振器的马赫-曾德尔干涉仪[3]以及取样光纤光栅+环行器的方案[4]。

　　本文提出了一种基于光纤马赫-曾德尔干涉仪和取样光纤光栅(MZ-SFG)的新型全光纤结构的梳状滤波器。与其他方案相比,这种全光纤结构的器件具有插入损耗小、成本低和可承载更高输入光功率等优点。文章对器件的工作原理进行理论分析,并对器件性能进行了模拟计算,在实验上获得了信道间隔为100GHz的初步实验结果。

　　2　器件原理和性能分析

　　器件的结构如图1所示,基于MZ-SFG的梳状滤波器是在平衡的马赫-曾德尔干涉仪的两干涉臂上写入相同的取样光纤光栅构成的。取样光纤光栅在这里的作用是作为多波长的分布反馈反射镜,它等间隔地反射多个波长信号,同时相邻反射波长中间的波长信号透明通过。在DWDM的国际电信联盟(ITU)标准信道的编号中,反射波长信号和透射波长信号互成奇偶关系。理想地,马赫-曾德尔干涉仪是由具有相同分光比的两个3dB耦合器组成的,并且两个干涉臂等长。这样,从“input”端口输入的DWDM信号光经第一个3dB耦合器分成两路信号分别进入两个干涉臂,干涉臂上的取样光纤光栅反射所有的奇数波长(或偶数波长)信号,偶数波长(或奇数波长)信号透明通过。被反射的奇数波长(或偶数波长)信号重新经过第一个耦合器,通过相干叠加从“port 2”端口输出。而偶数波长(或奇数波长)信号继续传输到达第二个耦合器,经相干叠加从“port3”端口输出。经过这样的物理过程,基于MZ-SFG的梳状滤波器将DWDM信号分成奇偶两组从不同端口输出,每组的波长间隔为原来两倍,实现了梳状滤波的功能。