全光纤双波长声光可调谐窄带滤波器的研究

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现代光通信系统中光纤通信是尤为重要的部分,其发展离不开各类新型光信号处理器件,其中全光纤器件易于与光纤系统集成,因而在众多器件中有着举足轻重的地位。在各种全光纤器件中,全光纤声光可调谐滤波器具有调谐范围广、调谐速度快、插入损耗低、易制备、无频移等多种优势。然而,目前的声光滤波器主要适用于单波长滤波,而双波长带通滤波器在波分复用、微波光子学以及太赫兹波等领域非常重要,利用它可以实现快速调谐及窄带宽的波长选择器,因此研究波长间距远小于50nm且效率相当的双波长全光纤声光可调谐滤波器具有非常重要的现实意义。本文提出并制作一种基于矢量模耦合的全光纤双波长声光可调谐窄带滤波器结构,研究内容如下:(1)理论方面,首先通过长周期光纤光栅的耦合模理论研究分析声光光栅中的模式耦合过程,重点分析纤芯模与包层模矢量模的耦合过程,该耦合过程会使横向电场与磁场模式发生偏振旋转,利用该偏振旋转特性实现双波长滤波特性。详细阐述光纤参数与声光滤波器带宽之间的关系,得出大色散斜率可压窄声光滤波器带宽的结论。(2)利用Comsol有限元分析软件对色散补偿光纤进行建模,理论分析计算有效模数及各模式有效折射率,从而证明矢量模耦合的可行性并在此基础上分析色散补偿光纤的调谐特性、带宽特性以及双波长间距特性,最终确立适用于全光纤双波长声光可调谐窄带滤波器的光纤参数。(3)实验构建全光纤双波长声光可调谐窄带滤波器。通过搭建实验平台,测试得出该滤波器实现了1526~1565nm范围内电调谐,其3-d B滤波带宽为~1nm、调谐步长-0.12nm/k Hz、插入损耗9.4d B、双波长间距3.3nm,且可轻易切换带通\带阻滤波特性。仿真结果中该滤波器调谐步长为-0.3nm/k Hz、双波长间距3.2nm、滤波带宽0.75nm,与实验结果皆处于同一量级,基本吻合。(4)实验上验证混合信号驱动该滤波器可实现多波长滤波特性。当不同信号频率相近时,可实现滤波峰重叠;当频率不相近时互不干扰,可分别独立调谐。本文提出的全光纤双波长声光可调谐窄带滤波器,具有大范围快速调谐、间距可调、插入损耗低、易制备、带通\带阻切换等多种优势,可用于快速可调谐双波长激光器、波分复用、微波光子学以及太赫兹波生成等领域。
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