[发明专利]平坦交叉群组滤波器

说明书

本发明属于光电子技术和光纤通信技术领域。特别涉及Bragg光栅制作技术。

在计算机领域，CPU的发展速度遵从摩尔定律，即CPU的频率每18月翻一番。在信息时代，光互联网的发展速度是每9个月翻一番，这样的发展速度需要一种大容量、经济、灵活和坚实的电信信息基础设施，密集波分复用(DWDM)技术就是在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍增，它充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源，采用合波器，在发送端将不同规定波长的光载波进行合并，然后传入单模光纤。在接收部分将再由分波器将不同波长的光载波分开的复用方式，根据不同的波分复用器(分波器，合波器)，可以复用不同数量的波长。DWDM技术的特点：它可以使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍，是实现超大容量光通信的的理想之路。分波器，合波器是波分复用光通信系统中的关键器件。为实现50GHz和小于50Ghz间隔的密集波分系统同时避免器件技术的过分复杂和太高成本，2000年3月的OFC展览上，多家公司纷纷提出一种交叉群组滤波器，Chroum公司称之为Slicer，Wavesplitter，JDS Uniphase等公司称之为交叉群组滤波器(Interleaver)。这种器件的基本应用如图1，通过两个分别频率间隔为目标间隔两倍的普通复用/解复用器的组合使用(图上未示出)，一个专门配合奇数频道数，一个专门配合偶数的频道数，再配合一个可以将信号按奇偶分开的交叉群组滤波器112，就可以实现50GHz和小于50Ghz的频率间隔的密集波分复用系统。图1表示二级滤波过程，使用了两种信道间隔交叉群组滤波器112和123、124，使一个1×8信道的信号最后转变为4个1×2的信号。传统的群组滤波器的基本工作原理是两束光的干涉，干涉产生了周期性的原来信号波长重复整数倍的输出，通过控制干涉的边缘图案就可以选择合适的频率组输出。换句话说通过合适的干涉参数设计可以使群组滤波器的通过谱成为类似梳状波的形状。已有的干涉型群组滤波器可由熔融拉锥的干涉仪，液晶，双折射晶体等构成。最简单的制作方法是通过熔融拉锥工艺制作成马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪型的群组滤波器。这种结构如图2所示，由两个3dB耦合器22和24及连接在其中的两段不等长的光纤23和27构成。通过精确控制长度差就可以实现所需要的频率间隔。传统的基于干涉技术群组滤波器缺点是它的通道顶部尖锐31、而通道的边带32变化缓慢，如图3所示(选自C.H.Huang，H.Luo，S.Xu，and P.Chen，“Ultra low loss，temperature-insensitive 16-channel 100GHz wavelength-division-multiplexers based on cascade all-fiber unbalanced Mach-Zednder structure”，Conference onOptical Fiber Communication 1999，TuH2，pp.79-81.)，需要特殊的平衡技术实现平坦的滤波性能，这增加了制作技术的难度同时大大提高了器件的成本。

另一方面，均匀光纤布拉格(Bragg)光栅具有严格均匀的周期性折射率调制，它的Bragg中心波长

                           λ_B＝2Λn_eff

其中，Λ为光栅的周期，n_eff是光纤的有效折射率。当光栅的周期不是均匀的，通常称光栅周期存在啁啾，其数学表达式为：

          Λ(z)＝Λ₀(1-cz)      (-l/2＜z＜l/2)其中，c是啁啾系数，z是沿光栅的坐标，l是光栅的长度。