级联马赫-曾德尔干涉仪型带通滤波器的设计研究

摘要

光滤波器是光通信和光电子领域不可或缺的重要元器件，在波长锁定、波分复用／解复用、波长路由、色散补偿、增益平坦等技术中都有广泛应用。随着波分复用(WDM)系统中信道数的不断增加和信道间隔的不断减小，对滤波技术的要求也越来越高，因而研究新型高性能光滤波器成为学科前沿课题之一。其中，马赫一曾德尔干涉仪(MZI)型滤波器由于结构简单、可多级串联、以及具有梳状和带通滤波特性等优点而在WDM系统中备受关注。 为优化级联MZI的滤波性能并设计出符合性能指标的带通滤波器，本文结合级联MZI的梳状滤波特性，从理论研究和数值分析两方面对级联MZI型带通滤波器进行了较为详细的研究。 论文首先用传输矩阵法分析了MZI型滤波器的基本原理，比较了级联MZI型滤波器与阶梯形滤波器(LTOF)干涉效应的相似性，得出了阶梯形滤波器整体可视为一种臂长差恒定的级联MZI的结论。随后，分析了应用数字滤波器设计中的优化算法实现耦合角和相移因子的优化组合从而设计级联MZI型梳状滤波器的方案，研究结果表明：引入数字滤波器的设计方法不仅可以得到理想结果，而且可以有效提高设计效率；相对遗传算法(GA)方案，采用粒子群优化算法(PSO)设计效率更高、逼近效果更好。 带通滤波研究部分，首先提出在级联MZI中引入臂长差啁啾，建立了同时具有大自由频谱区(FSR)和小3dB带宽的臂长差啁啾级联MZI型带通滤波器理论模型。实例设计表明：采用臂长差啁啾方案后，在不同的衍射阶数下，通过选取合适的啁啾系数，可获得优越的带通滤波性能；同时通过设计啁啾型电极可实现大范围双向调谐。其次，提出了带光纤Bragg光栅的并联MZI型全功能光分插复用器(OADM)的方案，分析了光栅相对位置差和MZI干涉臂长差对滤波波形及隔离度的影响；在0．8nm信道间隔、8信道的密集波分复用(DWDM)系统中，数值模拟其输出响应表明：相对于单级MZI型OADM，新方案OADM的全通功能和动态上／下路功能均得到改善。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1光滤波器概述

1.2 MZI型滤波器的应用

1.3论文主要工作

第2章 MZI滤波原理

2.1单级MZI型滤波器

2.2级联MZI型滤波器

2.3阶梯形滤波器

第3章 级联MZI型梳状滤波器的研究

3.1梳状滤波原理

3.2数字滤波器技术与级联MZI型滤波器

3.3基于优化算法设计级联MZI型滤波器

3.3.1设计流程

3.3.2优化设计结果

3.4本章小结

第4章 级联MZI型带通滤波器的设计

4.1级联MZI型带通滤波器方案

4.2级联MZI型带通滤波器的原理分析

4.3级联MZI型带通滤波器设计实例

4.3.1确定级联级数和衍射阶数

4.3.2确定最佳啁啾系数

4.3.3优化设计结果

4.4本章小结

第5章 带光纤光栅的并联MZI型全功能OADM的研究

5.1带光纤光栅的并联MZI型全功能OADM的理论模型

5.2带光纤光栅的并联MZI型全功能OADM全通功能分析

5.3带光纤光栅的并联MZI型全功能OADM动态上/下路功能分析

5.4本章小结

第6章 结论与展望

6.1论文工作结论

6.2未来工作展望

致谢

参考文献

缩略词

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果