50G标准具型光梳状滤波器(7)

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矩阵为MAx，平行与Y轴的起偏器的琼斯矩阵为MAy。法拉第旋转片的琼斯矩阵表示为 石英波片的琼斯矩阵表示为MWP，设1/4，1/8，1/2波片的琼斯矩阵分别为MWP1，MFR(?)，

MWP2，MWP3，厚度分别为d1，d2，d3。平行平板的外反射面的琼斯矩阵 MR1，透射面的琼斯矩阵 MT1，内反射面的琼斯矩阵为MR2，腔内空气的琼斯矩阵为MAIR。

则双折射G-T标准具（不含1/8波片）传输矩阵为

假设通道1为输出光信号的s波分量，通道2为输出光信号的p波分量 则通道1和通道2的复振幅表达式

MTEM3?MR2?MWP1?MAIR?MT1 MTEM2?MT1?MAIR?MWP

MTEM1?MR2?MWP1?MAIR?MWP1?MAIR?MWP1

MGTR?MR1??MTEM2?MTEM1n?MTEM3

n?010

MCH1?MAx?MWP2?MGTR?MWP2?MAy?MWP2?MGTR

?1??MWP2?MAx?MWP3?MFR()?MAx???4?0??

MCH2?MAx?MWP2?MGTR?MWP2?MAy?MFR()?MWP3?MAx4 1??????MWP2?MGTR?MWP2?MAx?MWP3?MFR???MAx????4??0??

取r12?0.22，r2?1，L?1.474mm，入射角为0度有光信号的s波和p波的光强的对数表达式为：

IL1?10?log?(MCH1(0.22,1,0,1.474,?))2?

??

IL2?10?log?(MCH2(0.22,1,0,1.474,?))2? ??

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图4. 7 级联标准具型Interleaver输出光谱图

将图4.6与图4.4对比可以看出，经过二次滤波之后信道隔离度得到明显改善，说明二次滤波滤去了部分带外噪声，优化了系统性能。另一方面，级联并没有改变原来的波形形状，也没有使带宽丢失，带内波动也基本维持不变。这样，既改善了隔离度，又保持了带宽，PMD也达到设计要求，成功实现了系统优化的目的。理论上只要采购到腔长一致性很好的标准具，就可以制成比较理想的样品。

5.5 本章小结

本章介绍了利用mathcad的仿真原理，并且利用Mathcad实现对单个的G-T腔、单级标准具型和双级标准具Interleaver的仿真，通过仿真波形对各种结构进行了分析，找到了比较优化的设计方案。下一章节中我们将对这种方案实际化，进一步分析实际样品制作过程中需要考虑的一些问题。

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5 50G标准具型Interleaver的实现方案研究

5.1 实现方案研究

上一章提到三只标准具双级级联可以很好的实现二次交叉滤波，在理论上这是一种非常理想的设计方案。然而，仿真过程可以设置三只标准具的参数一致，但现有的工艺下制作出三只腔长完全一样的标准具是比较困难的，微小的腔长差别都有可能或多或少的对输出波形造成影响。因此，两级标准具级联不可避免的引出了这个原始的问题。

下面就腔长对输出波形的影响作简要的分析。

图5. 1 两级腔长相差0.0001mm的输出光谱

5. 2 两级腔长相差0.001mm的输出光谱图

图5.1和图5.2分别为腔长相差0.0001mm和0.001mm时其中一个输出端口的输出波形图，从图中图可以看出，腔长变化会使波形发生偏移，两级腔长相差越大，波形偏移越明显，并且灵敏度非常高，从数量级可以看出，极其微小的变化都会使输出波形偏移半个

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信道。所以在级联结构中保证三只标准具的的腔长高度近似是影响标准具型Interleaver制作成功与否的关键因素。

综合以上分析可知，单级BGTI虽然改善了原始设计中PMD较大的问题，但其输出波形信道隔离度太低，无法满足DWDM系统指标要求，不可能用以作为Interleaver的制作方案。双级BGTI解决了单级BGTI的隔离度问题，而且各项指标都趋于完美，但是存在G-T腔长不一致的隐患。观察图4.5可知， 标准具2和标准具3位置很近且相对平行，我们可以把这两只做成一个比较大的标准具来改善腔长的不一致性，因为两只标准具的不一致性相对比三只标准具的不一致性要小。进一步设想，如果我们改变元件的摆放位置和光路走向，使三只标准具的位置平行且距离很近，进而将三只标准具合而为一，是否就可以解决G-T腔的不一致问题呢?但是很遗憾，在本次毕业设计的有效时间内，我没有设计出更好的光路，彻底解决G-T腔腔长不一致性的问题。

相比之下，较理想的的方案还是通过大小标准具级联的双级BGTI，将大小两只标准具的腔长不一致性控制在一定误差范围之内也能制作出比较理想的光梳状滤波器。最终设计方案的结构图如下:

大标准具小标准具输入光旋光系统 输出光2 输出光1

图5. 3 大小标准具级联式Interleaver结构图

大小标准具两级G-T标准具级联后的Interleaver光路示意图如图5.3所示，输入非偏振光经光学系统转化后变为两束振动方向平行的偏振光（p波），垂直入射到小标准具中，经过偏振干涉和光的多光束干涉之后，输出光普光谱中同时含有s波（垂直纸面方向）分量和p波（平行纸面方向），其中s波分量被偏振分束器（PBS）反射后进入大标准具，这样就形成第二次滤波，从大标准输出的光波透过PBS形成输出光1，同理，p波分量透过另一个双折射G-T标准具形成输出光2。

前面已经对三只标准具两级级联的方案有过详细的分析，而大小标准具级联方案与普通级联方案的Interleaver性能基本上一致的，在此不再做过多的理论分析。

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5.2 元件参数设计

好的设计方案要有坚实的硬件基础才能将理论变为现实，设计出性能优良或者采购到符合方案要求的光学元器件对本次毕业设计的成败至关重要。因此，我们要对实现方案中的各种元件有一定的了解，并且要能够判断元器件性能的好坏，这样才能制造出指标优秀的样品。下面对本次方案设计中用到的元件做简要的介绍并计算相关元件的参数。 1）准直器

光纤发出的是发散光束，如果直接进入光学器件，那么传输后的指标将会非常的差，所以要在光纤输出端加一准直器来将发散光束变成平行光束。准直器就是起到一个聚焦的作用。

目前准直器主要是由聚焦透镜（G-LENS）或者球面透镜（C-LENS）和光纤一起组成。C-LENS准直器成本比较低，而且长距离工作性能良好，所以在标准具型Interleaver样品制作过程中采用C-LENS准直器。 2）波片

波片是由水晶片中切割下来的一厚度均匀且光轴平行入射表面的薄片。 其基本功能是，在已知的两个正交偏振方向上，为入射光引入特定的附加相位差。

线偏光垂直入射到由单轴晶体制成的平行平面薄片上，晶体的光轴与其表面平行，设为y轴方向，这时入射的线偏振光将分解为o光和e光，它们的光矢量分别沿x轴和y轴。习惯上把两轴中的一个称为快轴，另一个称为慢轴。由于o，e光在晶片中速度不同，它们通过晶片后产生一定的位相差。设晶片的厚度为d，在晶片中o光的光程是nod，e光的光程是ned，两者的光程差和位相差分别是

??no?ne?d (5.1) ?? (5.2)

?标准具型Interleaver的制作中，波片的使用非常复杂，多次使用1/2、1/4和1/8波片，实际制作过程中，波片的是针对波长1550nm进行设计且取厚度最小值，各种波片厚度计算如下:

由公式5.1可得，

2?no?ned

现对各种波片的厚度做相应的计算。

d??2? (5.3)

?no?ne其中，

1/2波片相位差??(2k?1)?,k?0,1,2,，厚度d1/2??2no(1.55)?ne(1.55)?0.091331mm

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