一种窄带平顶型可调谐光学滤波器研究

摘要

基于可重构光分插复用器（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer，ROADM）技术的全光通信网，可以在网络节点中对密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）光信号进行波长粒度的交换和上/下载操作，而可调谐光学滤波器（Tunable Optical Filter，TOF）是ROADM节点下路模块中的重要器件，成为光通信器件领域的研究热点之一。本文研究一种新型结构的带通型 TOF，论文的主要工作如下：
　　回顾了ROADM技术的发展历程和TOF的应用情况，对各种TOF技术进行了深入的对比分析。在此基础上，提出了一种窄带平顶型TOF研究方案，通过光栅将输入的宽带光信号色散展开，以一个转镜选择性的将对应滤波器通带的光信号反射至输出端；采用一片扩束透镜展宽入射在光栅上的光斑尺寸，以实现窄带滤波特性；采用单模光纤作为滤波器的输入端，多模或者少模光纤作为输出端，以实现平顶的通带特性。
　　单模光纤输入端发射的高斯光场，经过TOF中的各元器件之后，最终入射在输出端的多模或者少模光纤端面，仍为高斯光场；由于光栅的色散和转镜的控制，不同波长的高斯光场，在输出光纤端面的偏心距离不同。论文研究了多模和少模光纤中的导模特性，仿真分析了偏心距离与波长相关的高斯光场与各阶导模之间的耦合效率，得到TOF的滤波特性。输出端采用多模/少模光纤，0.5dB、25dB带宽分别为0.75nm/0.27nm、1.16nm/0.66nm，分别满足100GHz和50GHz信道间隔的DWDM系统要求。
　　搭建实验平台，对上述TOF设计进行了原理性验证。测得TOF的调谐范围可覆盖1530-1570nm的整个光纤通信C波段，插入损耗为3.87dB。输出端采用多模光纤的TOF，0.5dB、3dB、25dB带宽分别为0.44nm、1.02nm、4.7nm，其中0.5dB和3dB带宽与仿真结果吻合较好，25dB带宽受多模光纤中的高阶模式稳定性和系统噪声影响，与仿真结果差别较大。输出端采用少模光纤的TOF，测试结果与仿真结果差别较大，有待进一步研究。

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1 绪论

1.1 全光网ROADM节点中的TOF

1.2 国内外研究现状及技术分析

1.3 论文创新点及主要内容

2 理论分析

2.1 器件结构

2.2 理论模型

2.3 关键器件分析

2.4 光纤导模分析

2.5 本章小结

3 数值计算与仿真分析

3.1 Matlab仿真

3.2 参数优化

3.3 Zemax仿真

3.4 本章小结

4 实验研究

4.1 实验仪器

4.2 实验平台

4.3 实验结果及分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录