CN102062902B - 基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器 - Google Patents

基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器，包括两个偏振控制器、两个光纤耦合器、一段高双折射光纤，所述两个光纤耦合器级联形成马赫-曾德干涉仪，一个偏振控制器通过传输光纤连接在干涉仪的一个输入端，另一个偏振控制器和一段高双折射光纤通过传输光纤串接在干涉仪的一条干涉臂上。本发明所述滤波器可实现平顶带通输出，且波长可调。

Description

基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器
技术领域
本发明属于光纤技术领域，涉及一种基于Mach-Zehnder干涉仪（马赫-曾德干涉仪）的可调谐平顶多信道光纤滤波器。
背景技术
随着通信技术的发展，通信业务将转向以高速IP数据和多媒体为代表的宽带业务，这对光通信网络的带宽和容量提出越来越高的要求。密集波分复用(DWDM)技术因其对光纤通信系统容量的极大的提高成为了光纤传输网络增容的主要技术手段。
多信道滤波器是DWDM光纤通信系统中的重要器件，它的性能直接关系到光纤通信网络的传输质量。其中，光纤光栅是目前应用最为成熟的一种光纤型滤波器，这种滤波器具有结构相对简单、抑制比高和价格低廉等优点。但是光纤光栅滤波器的温度稳定性并不是很好，特别是长周期光纤光栅，受温度的影响非常敏感，高达0.1~0.3℃，这大大影响了其作为滤波器的稳定性。同时，当环境温度大于300℃时，光纤光栅会开始退化，因此不利于其在某些特殊环境中的应用。此外，由于光纤光栅的3dB带宽较小，导致其作为滤波器时的信号保真度和信号波长漂移容忍度较差，增加了DWDM系统对波长控制方面的要求，使得成本增加。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器，具体技术方案如下。
基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器，包括两个偏振控制器（PC）、两个光纤耦合器、一段高双折射光纤（Hi-Bi），所述两个光纤耦合器级联形成Mach-Zehnder干涉仪，其中一个偏振控制器连接在所述干涉仪的一个输入端，另一个偏振控制器和所述一段高双折射光纤串接在干涉仪的一条干涉臂上。
上述的基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器中，两个光纤耦合器分光均比为50％：50％。
上述的基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器中，两个光纤耦合器为普通单模光纤耦合器。
上述的基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器中，所述高双折射光纤的快慢轴折射率差大于或等于0.0005。
上述的基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器中，偏振控制器为标准单模光纤偏振控制器。
上述的基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器中，所述传输光纤为标准单模光纤。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点：
（1） 本发明具有平顶滤波特性，对信号波长漂移容忍度较高，从而可以大大降低DWDM系统对波长控制方面的要求，节省系统成本。
（2）本发明结构简单，且为全光纤结构，便于集成。
附图说明
图1是基于Mach-Zehnder干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器的结构示意图。
图2是图1中端口203处的输出光谱图。
图3是不同                                                
Figure 391765DEST_PATH_IMAGE001
对平顶平整度的影响示意图。
图4是波长转换示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。
如图1所示，基于Mach-Zehnder干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器包括两个偏振控制器（PC1、 PC2）、两个光纤耦合器（C201、C202）和一段高双折射光纤Hi-Bi，所述两个光纤耦合器级联形成Mach-Zehnder干涉仪，其中一个偏振控制器连接在所述干涉仪的一个输入端，另一个偏振控制器和所述一段高双折射光纤3串接在干涉仪的一条干涉臂上。
 图1中，
Figure 334314DEST_PATH_IMAGE002
-
Figure 647614DEST_PATH_IMAGE003
分别表示端口201~204处的光场， 
Figure 943598DEST_PATH_IMAGE004
表示Mach-Zehnder干涉仪接有偏振控制器PC2的一干涉臂的单模光纤总长度，
Figure 291533DEST_PATH_IMAGE005
表示Mach-Zehnder干涉仪另一干涉臂的单模光纤长度，
Figure 404983DEST_PATH_IMAGE006
表示高双折射光纤Hi-Bi的长度。两个光纤耦合器分光均比为50％：50％。
可调谐平顶多信道光纤滤波器的工作原理如下：
根据光干涉理论，本发明的传输特性可用琼斯矩阵表示为：
Figure 205580DEST_PATH_IMAGE007
                   (1)
其中， 和
Figure 242117DEST_PATH_IMAGE009
分别表示端口201和端口202 的输入光场，设为
Figure 401834DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 814361DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 717726DEST_PATH_IMAGE012
为输入光场的振幅，
Figure 774675DEST_PATH_IMAGE013
为输入光场偏振方向与双折射光纤快轴的夹角，通过偏振控制器PC1可以调节
Figure 839714DEST_PATH_IMAGE013
。
Figure 739537DEST_PATH_IMAGE014
,
Figure 181014DEST_PATH_IMAGE015
,和
Figure 718622DEST_PATH_IMAGE017
分别表示光纤耦合器（C201、C202）、偏振控制器、高双折射光纤和Mach-Zehnder干涉仪两个臂的传输矩阵。有
Figure 350909DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 116871DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 789292DEST_PATH_IMAGE021
Figure 398128DEST_PATH_IMAGE022
，  
其中
Figure 322352DEST_PATH_IMAGE024
（m=1,2）为光纤耦合器的耦合比，有
Figure 2010106032281100002DEST_PATH_IMAGE025
， 
Figure 208400DEST_PATH_IMAGE026
为光通过偏振控制器
Figure 75160DEST_PATH_IMAGE018
之后偏振方向被旋转的角度，
Figure 2010106032281100002DEST_PATH_IMAGE027
为高双折射光纤的长度，
Figure 46658DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure 2010106032281100002DEST_PATH_IMAGE029
分别为高双折射光纤快轴和慢轴的折射率（两者之差大于或等于0.0005，），
Figure 633628DEST_PATH_IMAGE030
为Mach-Zehnder干涉仪第二个臂的长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
是标准单模光纤的纤芯折射率，
Figure 374182DEST_PATH_IMAGE032
为波数。
Figure DEST_PATH_IMAGE033
为干涉仪两臂的相位延迟，有
其中，为Mach-Zehnder干涉仪臂1中单模光纤的总长度。
根据式（1），并带入相关参数，可以得到端口3的透过率为：
Figure 972282DEST_PATH_IMAGE036
          (2)
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE037
Figure 708288DEST_PATH_IMAGE038
Figure DEST_PATH_IMAGE039
为双折射光纤引起的位相差，根据式（2），通过调整
Figure 893413DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 964137DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 892910DEST_PATH_IMAGE006
，当满足条件
Figure 608056DEST_PATH_IMAGE040
时，可以获得端口203的平顶输出，如图2所示。通过调节
Figure 88716DEST_PATH_IMAGE001
，可以调整平顶的平整度，如图3所示，曲线a、b、c、d、e、f、g分别对应
Figure DEST_PATH_IMAGE041
的值为1.21，1.24
Figure 988987DEST_PATH_IMAGE042
，1.27
Figure 558640DEST_PATH_IMAGE042
，1.30
Figure 210201DEST_PATH_IMAGE042
，1.33
Figure 130884DEST_PATH_IMAGE042
，1.36，1.39
Figure 950252DEST_PATH_IMAGE042
。如图4，通过调节
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，即调节偏振控制器PC1，可以实现不同波长的滤波。

Claims (6)

1.基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器，其特征在于包括两个偏振控制器、两个光纤耦合器和一段高双折射光纤，所述两个光纤耦合器级联形成马赫-曾德干涉仪，其中一个偏振控制器连接在所述干涉仪的一个输入端，另一个偏振控制器和所述一段高双折射光纤串接在干涉仪的一条干涉臂上。
2.如权利要求1所述的基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器，其特征在于两个光纤耦合器分光均比为50％：50％。
3.如权利要求2所述的基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器，其特征在于两个光纤耦合器为普通单模光纤耦合器。
4.如权利要求1所述的基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器，其特征在于所述高双折射光纤的快轴和慢轴的折射率差大于或等于0.0005。
5.如权利要求1所述的基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器，其特征在于偏振控制器为标准单模光纤偏振控制器。
6.如权利要求1～5任一项所述的基于马赫-曾德干涉仪的可调谐平顶多信道光纤滤波器，其特征在于进一步包括用于连接两个光纤耦合器的传输光纤，所述传输光纤为标准单模光纤。
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