光折变光栅可调谐滤波器的研究

摘要

可调谐光波长滤波器在下一代高速通信系统中扮演着重要角色,是实现大容量、高速率全光网通信的关键节点器件。本文以铌酸锂晶体(LiNbO3)为基底,研究了基于光折变效应的可调谐光栅滤波器。
　　 首先,研究了体全息反射光栅滤波器。理论分析了体全息光折变布拉格光栅在非对称记录和读出条件下的耦合常数和布拉格失谐参数,分析了影响光栅衍射效率和带宽的因素;通过数值模拟,得到了在对称记录和正入射读出时,光栅长度d=10mm,折射率调制度△n=7.1×10-5的衍射效率可达到80％,带宽小于0.08nm。实验上,利用双光束干涉的方法,通过控制双光束的记录角度,在铌酸锂晶体中写入了体全息光折变布拉格光栅。在1548nm波长处获得了半高全宽为4nm,衍射效率为10%的滤波结果。
　　 其次,研究了LiNbO3钛扩散波导光栅滤波器。首先提出了全息记录光栅滤波的实验方案,在LiNbO3单模波导上通过双光束干涉形成光折变光栅,理论研究发现,适当提高光功率密度和增加杂质掺杂浓度可提高衍射效率、减少光栅初次建立时间。基于耦合波理论的数值模拟结果表明,增大光栅长度d能使衍射效率提高且带宽变小,而增加折射率调制度△n使衍射效率提高但同时带宽变宽。在△n大于8×10-5,d=12mm时,可获得91%以上的衍射效率和小于0.08nm的带宽。在实验方案和理论研究的基础上,搭建了双光束干涉法记录光栅的实验,分析了波导和光纤的端面耦合实现红外读出滤波的可行性,初步建立了用于CWDM光网络系统中记录和测试滤波系统。并对整体实验方案进行了可行性分析。
　　 最后,研究了光折变光栅可调谐滤波性能和可调谐实验方案。理论分析了波导光栅可调谐滤波的光折变动力学过程,发现光折变光栅再次建立的响应时间与光栅周期变化量有关,得到新光栅建立的光折变响应时间为毫秒数量级。提出并研究了两种光折变波导光栅的可调谐滤波方案,理论分析了装置的可行性。