[01253969]全光纤波长交错滤波器的设计及结构参数优化

课题来源与背景该项目来源甘肃省自然科学基金，项目编号：1310RJZA075。光纤通信系统中，通信容量日益增长的需求使得有效地利用光纤带宽越来越重要，密集波分复用（DWDM）成为光纤通信的主流技术，作为复用/解复用器核心的光滤波技术备受关注， 信道数目的不断增加使得信道间隔不断减小，当信道间隔低于100GHz时， 采用传统制作工艺研制的波分复用滤波器， 不仅面临技术难度的挑战，器件造价也相应提高。

为了实现信道间隔低于100GHz的密集波分复用系统，同时又避免器件技术的过分复杂和太高成本，提出了一种新型光器件－波长交错滤波器（Interleaver）的解决方案。

研究目的与意义全光纤波长交错滤波器（Interleaver）可将一路光信号按照奇数和偶数分成两路信道间隔倍增的光信号，从而增加DWDM系统中复用的信道数，它具有信道均匀、结构简单、插入损耗小、与系统兼容性强等优点。除在光纤通信中和传感领域得到广泛应用外，必将拓展其他领域， 如在医学领域、能源、工业生产现场监视和调度等。因此， 对全光纤波长交错滤波器进行深入的研究具有重要的理论价值和广泛的应用前景。

3、主要论点与论据

本项目以马赫-曾德尔干涉仪（MZI）为基础构建了全光纤Interleaver， 建立理论模型，应用光纤传输理论和矩阵理论，计算得到滤波器输出谱的解析表达式，应用优化算法，获得最佳结构参数，通过对其传输特性进行仿真、理论分析及实验验证等手段，归纳出一些有参考价值的结果和结论，研究内容包括：

（1）对传统2×2级联MZI型Interleaver结构改进，提出了基于1个3×3和2个2×2光纤耦合器的全光纤MZI型不等带宽Interleaver，当器件结构参量取值适当时，器件将50GHz的输入信号分离成信道间隔为100 GHz的奇偶两路输出信号，满足了10Gb/s+40Gb/s混合系统中不同传输速率对带宽的要求，实现不等带宽传输，且具有较高的信道隔离度。

（2）为克服实际熔拉制作级联MZI型Interleaver中除可以准确控制第一个光纤耦合器的分光比外，其余光纤耦合器的分光比不易准确控制的不足，提出了基于1个一字型3×3和1个2×2光纤耦合器组成全光纤MZI型不等带宽interleaver的设计方案。

在实际制作过程中按常规方法熔融拉制2×2耦合器， 在拉制3×3耦合器时可借助其空闲端进行监测，降低了器件的制作难度，减小误差;同时具有一定的抗偏差能力（3）。

为改善常规全光纤MZI型梳状滤波器的输出特性，提出了基于“8”字形光纤谐振环的MZI型梳状滤波器的构建方案，选取适当的耦合器系数及干涉臂长差时，新型器件的输出谱近似于方波， 边模抑制较高，具有更宽的25dB截止带带宽和0.5dB通透带带宽;器件具有一定的抗偏差能力降低了制作难度，传输损耗对滤波器消光特性的影响较小。

创见与创新全光纤波长交错滤波器的设计及结构参数优化，通过在理论方面的研究，模拟分析滤波器的输出特性，得到一些有参考价值的结果，有助于器件进一步的实用化和相关技术探索。

社会经济效益，存在的问题项目执行中完成了任务书拟定的目标，任务完成情况良好，解决了拟定的关键问题，发表论文4篇，其中3篇EI检索。虽然设计的滤波器离实用化和商品化还有一定的差距，但作为新型器件的探索研究有一定的现实意义，进一步目标是器件实用化。