12-梳状滤波器课件

第一章DWDM滤波器技术张敏明：mmz@万助军：zhujun.wan@华中科技大学光电学院第一章DWDM滤波器技术张敏明：mmz@.1.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和应用

1.2.2Interleaver的基本原理

1.2.3基于双折射晶体的Interleaver

1.2.4基于PLC技术的Interleaver

1.2.5基于GTI干涉仪的Interleaver1.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和2Interleaver的功能

功能：将一组入射的DWDM信号，按照奇偶波长分成两组输出。特点：通带特性好、串扰低。Interleaver的功能功能：将一组入射的DWDM信号3Interleaver的应用作为波段滤波器，将DWDM信号的通带间隔扩展为原来的两倍，降低对后续滤波器的设计要求。用作波段滤波器，保留一半波长以备系统升级。Interleaver的应用作为波段滤波器，将DWDM信号的41.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和应用

1.2.2Interleaver的基本原理

1.2.3基于双折射晶体的Interleaver

1.2.4基于PLC技术的Interleaver

1.2.5基于GTI干涉仪的Interleaver1.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和5偏振光干涉法分析晶体型Interleaver的核心部分是玻片，以单玻片结构为例，入射光偏振方向为P1，玻片快轴和慢轴分别沿x和y方向，根据偏振光干涉理论，在P1和P2偏振方向检测到的光强分别为：f(THz)I1,I2单级Interleaver的通带特性不好偏振光干涉法分析晶体型Interleaver的核心部分是玻片6冲击响应法分析为了优化通带特性，将多个玻片叠在一起。输入一个光脉冲，通过1个玻片之后，在时间序列上得到2个光脉冲输出；输入一个光脉冲，通过n个玻片之后，在时间序列上得到n+1个光脉冲输出。光脉冲的叠加为一个有限冲击响应FIR系统：傅立叶变换级数理论：任意周期波形都可以展开为一个傅立叶级数；反之，给定一个傅立叶级数，只要适当设计其系数，就可以构成任意周期波形。冲击响应法分析为了优化通带特性，将多个玻片叠在一起。傅立叶变71.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和应用

1.2.2Interleaver的基本原理

1.2.3基于双折射晶体的Interleaver

1.2.4基于PLC技术的Interleaver

1.2.5基于GTI干涉仪的Interleaver1.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和8实际的晶体型Interleaver结构2,3组合―将入射的随机偏振光转换成同一偏振态，解决了器件的偏振相关性问题；以位移晶体6代替第二个偏振片―可同时检出两个正交偏振方向的光信号，分别导入双光纤准直器的两根尾纤中。实际的晶体型Interleaver结构2,3组合―将入射的随9时延单元的工艺考虑温度稳定性―玻片的时延稳定性对Interleaver的谱线至关重要，为了补偿热胀冷缩对玻片时延量的影响，采用两片温度系数相反的晶体配对。加工精度―玻片的加工精度对谱线至关重要，晶体的双折射系数越大，则厚度容差越小，以双折射系数较小的石英玻璃进行补偿，厚度容差大幅提高。0.04μm→0.9μm实际的时延单元由三个玻片组成为了降低成本，采用PBS棱镜+玻璃代替玻片，作为时延单元。考虑性能稳定性，需真空气密封装。时延单元的工艺考虑温度稳定性―玻片的时延稳定性对Interl101.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和应用

1.2.2Interleaver的基本原理

1.2.3基于双折射晶体的Interleaver

1.2.4基于PLC技术的Interleaver

1.2.5基于GTI干涉仪的Interleaver1.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和11PLC型Interleaver结构定向耦合器的传输矩阵：PLC型Interleaver结构定向耦合器的传输矩阵：12PLC型Interleaver的矩阵描述光学延迟线：相移器：定向耦合器：光学延迟线+相移器+定向耦合器：格状光路传输矩阵：格状光路传输函数：PLC型Interleaver的矩阵描述光学延迟线：相移器：13PLC型Interleaver的解析前面N-1级构成的格状光路：解析θn、φn的递归公式：～PLC型Interleaver的解析前面N-1级构成的格状光14PLC型Interleaver的设计流程数字滤波器技术得到的传输谱线：传输函数：光路参数：递归公式最佳平坦化滤波器：PLC型Interleaver的设计流程数字滤波器技术得到的15PLC型Interleaver的设计结果0.5dB带宽>30GHz3dB带宽>50GHz串扰<-27.5dB@相邻通道中心频率±5GHzkAkakbkθkφk00.50.31450.3145-30°010.28130.5915-0.591500200.15850.158560°03-0.0313-0.09150.091590°0PLC型Interleaver的设计结果0.5dB带宽>30161.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和应用

1.2.2Interleaver的基本原理

1.2.3基于双折射晶体的Interleaver

1.2.4基于PLC技术的Interleaver

1.2.5基于GTI干涉仪的Interleaver1.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和17GTI型Interleaver的结构GTI是一种特殊的Fabry-Perot（FP）干涉器，它的前反射镜镀部分反射膜，反射率为R，后反射镜镀高反膜。GTI的反射光为无数等时延光脉冲的叠加，因此是一个无限冲击响应IIR系统：

分光干涉型偏振干涉型傅立叶变换GTI型Interleaver的结构GTI是一种特殊的Fab18GTI型Interleaver的工作原理从GTI反射的光波，相对入射光波的相位变化为：

对分光干涉型GTIInterleaver，在光路（2）中多出一个λ/8空气间隙，光束两次经过引入相位差π/2，而且此路GTI的平板间隙也多出λ/4

，因此两路干涉光波的相位差为：

经过两个GTI的光波，在两个输出端口干涉叠加，得到输出功率：谱线周期取决于L，通带和串扰特性取决于R。GTI型Interleaver的工作原理从GTI反射的光波，19各种Interleaver方案的性能对比ApproachGTIRetard.crystalsPLCLatticeChannelspacing1(GHz)6.25~20025~20025~200Insertionloss(dB)0.71.52.00.5dBpassband(GHz)±16±10±11-25dBrejectionband(GHz)±12±16±14ILripple(dB)0.30.4N/APDL(dB)0.20.30.2Frequencycenteringerror(GHz)1.0±1.02.0Frequencydriftovertemp.(GHz)2.0±2.0Temp.controlOperatingtemp.(degree)-5~70-5~70Temp.control1.性能对比以50GHz通道间隔的Interleaver为例。基于GTI和双折射晶体的Interleaver，技术成熟，进入商用；以PBS+玻璃时延单元代替双折射晶体，具有成本优势，得到广泛应用；基于PLC技术的FIR型Interleaver，在单片集成系统中，与AWG等器件配合使用。各种Interleaver方案的性能对比ApproachGT20参考文献S.Cao,J.Chen,J.N.Damask,etal,Interleavertechnology:comparisonsandapplicationsrequirements,J.LightwaveTechnol.,2004(1):281-289.B.B.DingelandM.Izutsu,MultifunctionopticalfilterwithaMichels-Gires-Tournoisinterferometerforwavelength-division-multiplexednetworksystemapplications,Opt.Lett.,1998(14):1099-1101.S.E.Harris,E.O.Ammann,andI.C.Chang,Opticalnetworksynthesisusingbirefringentcrystals.I.synthesisoflosslessnetworkofequal-lengthcrystals,J.Opt.Soc.Amer.,1964(10):1267-1279.K.JingujiandM.Oguma,Opticalhalf-bandfilters,JLightwaveTechnol.,2000(2):252-259.K.JingujiandM.Kawachi,Synthesisofcoherenttwo-portlattice-formopticaldelay-linecircuit,J.LightwaveTechnol.,1995(1):73-82.参考文献S.Cao,J.Chen,J.N.Dam21作业分析单级PLC型Interleaver的基本原理分析GTI型Interleaver的工作原理，并绘制其传输谱线作业分析单级PLC型Interleaver的基本原理22谢谢！谢谢！第一章DWDM滤波器技术张敏明：mmz@万助军：zhujun.wan@华中科技大学光电学院第一章DWDM滤波器技术张敏明：mmz@.1.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和应用

1.2.2Interleaver的基本原理

1.2.3基于双折射晶体的Interleaver

1.2.4基于PLC技术的Interleaver

1.2.5基于GTI干涉仪的Interleaver1.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和25Interleaver的功能

功能：将一组入射的DWDM信号，按照奇偶波长分成两组输出。特点：通带特性好、串扰低。Interleaver的功能功能：将一组入射的DWDM信号26Interleaver的应用作为波段滤波器，将DWDM信号的通带间隔扩展为原来的两倍，降低对后续滤波器的设计要求。用作波段滤波器，保留一半波长以备系统升级。Interleaver的应用作为波段滤波器，将DWDM信号的271.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和应用

1.2.2Interleaver的基本原理

1.2.3基于双折射晶体的Interleaver

1.2.4基于PLC技术的Interleaver

1.2.5基于GTI干涉仪的Interleaver1.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和28偏振光干涉法分析晶体型Interleaver的核心部分是玻片，以单玻片结构为例，入射光偏振方向为P1，玻片快轴和慢轴分别沿x和y方向，根据偏振光干涉理论，在P1和P2偏振方向检测到的光强分别为：f(THz)I1,I2单级Interleaver的通带特性不好偏振光干涉法分析晶体型Interleaver的核心部分是玻片29冲击响应法分析为了优化通带特性，将多个玻片叠在一起。输入一个光脉冲，通过1个玻片之后，在时间序列上得到2个光脉冲输出；输入一个光脉冲，通过n个玻片之后，在时间序列上得到n+1个光脉冲输出。光脉冲的叠加为一个有限冲击响应FIR系统：傅立叶变换级数理论：任意周期波形都可以展开为一个傅立叶级数；反之，给定一个傅立叶级数，只要适当设计其系数，就可以构成任意周期波形。冲击响应法分析为了优化通带特性，将多个玻片叠在一起。傅立叶变301.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和应用

1.2.2Interleaver的基本原理

1.2.3基于双折射晶体的Interleaver

1.2.4基于PLC技术的Interleaver

1.2.5基于GTI干涉仪的Interleaver1.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和31实际的晶体型Interleaver结构2,3组合―将入射的随机偏振光转换成同一偏振态，解决了器件的偏振相关性问题；以位移晶体6代替第二个偏振片―可同时检出两个正交偏振方向的光信号，分别导入双光纤准直器的两根尾纤中。实际的晶体型Interleaver结构2,3组合―将入射的随32时延单元的工艺考虑温度稳定性―玻片的时延稳定性对Interleaver的谱线至关重要，为了补偿热胀冷缩对玻片时延量的影响，采用两片温度系数相反的晶体配对。加工精度―玻片的加工精度对谱线至关重要，晶体的双折射系数越大，则厚度容差越小，以双折射系数较小的石英玻璃进行补偿，厚度容差大幅提高。0.04μm→0.9μm实际的时延单元由三个玻片组成为了降低成本，采用PBS棱镜+玻璃代替玻片，作为时延单元。考虑性能稳定性，需真空气密封装。时延单元的工艺考虑温度稳定性―玻片的时延稳定性对Interl331.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和应用

1.2.2Interleaver的基本原理

1.2.3基于双折射晶体的Interleaver

1.2.4基于PLC技术的Interleaver

1.2.5基于GTI干涉仪的Interleaver1.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和34PLC型Interleaver结构定向耦合器的传输矩阵：PLC型Interleaver结构定向耦合器的传输矩阵：35PLC型Interleaver的矩阵描述光学延迟线：相移器：定向耦合器：光学延迟线+相移器+定向耦合器：格状光路传输矩阵：格状光路传输函数：PLC型Interleaver的矩阵描述光学延迟线：相移器：36PLC型Interleaver的解析前面N-1级构成的格状光路：解析θn、φn的递归公式：～PLC型Interleaver的解析前面N-1级构成的格状光37PLC型Interleaver的设计流程数字滤波器技术得到的传输谱线：传输函数：光路参数：递归公式最佳平坦化滤波器：PLC型Interleaver的设计流程数字滤波器技术得到的38PLC型Interleaver的设计结果0.5dB带宽>30GHz3dB带宽>50GHz串扰<-27.5dB@相邻通道中心频率±5GHzkAkakbkθkφk00.50.31450.3145-30°010.28130.5915-0.591500200.15850.158560°03-0.0313-0.09150.091590°0PLC型Interleaver的设计结果0.5dB带宽>30391.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和应用

1.2.2Interleaver的基本原理

1.2.3基于双折射晶体的Interleaver

1.2.4基于PLC技术的Interleaver

1.2.5基于GTI干涉仪的Interleaver1.2梳状滤波器1.2.1Interleaver的功能和40GTI型Interleaver的结构GTI是一种特殊的Fabry-Perot（FP）干涉器，它的前反射镜镀部分反射膜，反射率为R，后反射镜镀高反膜。GTI的反射光为无数等时延光脉冲的叠加，因此是一个无限冲击响应IIR系统：

分光干涉型偏振干涉型傅立叶变换GTI型Interleaver的结构GTI是一种特殊的Fab41GTI型Interleaver的工作原理从GTI反射的光波，相对入射光波的相位变化为：

对分光干涉型GTIInterleaver，在光路（2）中多出一个λ/8空气间隙，光束两次经过引入相位差π/2，而且此路GTI的平板间隙也多出λ/4

，因此两路干涉光波的相位差为：

经过两个GTI的光波，在两个输出端口干涉叠加，得到输出功率：谱线周期取决于L，通带和串扰特性取决于R。GTI型Interleaver的工作原理从GTI反射的光波，42各种Interleaver方案的性能对比ApproachGTIRetard.crystalsPLCLatticeChannelspacing1(GHz)6.25~20025~20025~200Insertionloss(dB)0.71.52.00.5dBpassband(GHz)±16±10±11-25dBrejectionband(GHz)±12±16±14ILripple(dB)0.30.4N/APDL(dB)0.20.30.2Frequencycenteringerror(GHz)1.0±1.02.0Frequencydriftovertemp.(GHz)2.0±2.0Temp.controlOperatingtemp.(degree)-5~70-5~70Temp.control1.性能对比以50GHz通道间隔的Interleaver为例。基于GTI和双折射晶体的Interleaver，技术成熟，进入商用；以PBS+玻璃时延单元代替双折射晶体，具有成本优势，得到广泛应用；基于PLC技术的FIR型Interleaver，在单片集成系统中，与AWG等器件配合使用。各种Interleaver方案的性能