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光濾波器
閱讀�10223�(shí)間:2011-05-16 14:34:49

  �濾波�就是光頻(或光波�(zhǎng))選擇器�,它可以從眾多的波長(zhǎng)中挑選出所需的波�(zhǎng),而除此波�(zhǎng)以外的光將會(huì)被拒絕通過(guò)。它可以用于波長(zhǎng)選擇�光放大器的噪聲濾�、增益均衡、光�(fù)用/解復(fù)�。應(yīng)用最廣泛的是基于F-P腔原理和光纖光柵原理的光濾波��

理論基礎(chǔ)

  凡是能夠選擇光頻的技�(shù),原則上都可用于制造光濾波�。光濾波器基本是由以下理論構(gòu)筑其理論基礎(chǔ)�

  1、角色散理論

  由光�(xué)理論可知,光柵和三棱鏡是一種典型的角色散元�。當(dāng)多種波長(zhǎng)的混合光通過(guò)這些元件�(shí),就�(huì)�(fā)生衍�,由于衍射角的不同,可使混合波發(fā)生分�,從而獲得單一波長(zhǎng)的光�

  a.光柵的分光原�

光柵分光原理示意圖

  從光纖輸入的混合波(λ1、�2、�3),�(jīng)�(guò)透鏡(L1)準(zhǔn)直后射向光柵,不同波�(zhǎng)的光信號(hào)由于衍射角不�,經(jīng)�(guò)透鏡(L2)聚焦在不同的位置上,并將光信號(hào)耦合�(jìn)不同的光纖中�(jìn)行輸�。這就是光柵的分光原理�

  b.棱鏡的分光原�

棱鏡的分光原理示意圖

  它的工作原理是:含有多�(gè)光波�(zhǎng)的信�(hào)的光,經(jīng)透鏡�(zhǔn)直后,通過(guò)三棱鏡將光分�,分離后的光再經(jīng)�(guò)另一透鏡聚焦并耦合�(jìn)相應(yīng)的光纖中�(jìn)行傳播。眾所周知,不同波�(zhǎng)在同一種物�(zhì)中的傳播速度是不一樣的,也就是�(shuō)折射率n(n=c/V)隨波長(zhǎng)而變。若選用dn/dλ,大的材料作棱鏡,就可以得到大的角色散本�(lǐng)和高的色分辨本領(lǐng)�

  此外,若使棱鏡面的寬度適�(dāng)增大并盡可能減小�(zhǔn)直透鏡的直�,就可獲得性能的分光效果。以上系�(tǒng)中的透鏡,可以用自聚焦透鏡�(lái)代替,其效果完全一樣�

  2、干涉膜濾波原理

于涉膜潞光器結(jié)構(gòu)示意圖

  干涉膜的�(jié)�(gòu)如附圖所�。它由兩種折射率(n)大小不等的介質(zhì)膜交替疊加而成。其厚度�1�4波長(zhǎng),通過(guò)介質(zhì)膜的不同選擇�(gòu)成長(zhǎng)波通、短波通和帶通濾波器。高折射率層反射的光線其相位不會(huì)偏移,低折射率層反射的光線其相位偏移180�。通過(guò)每層薄膜界面上多次反射和透射光的線性疊加,�(dāng)光程差等于光波長(zhǎng)�(shí),或是同相位�(shí),多次透射光就�(huì)�(fā)生干�,同相加�(qiáng),形成強(qiáng)的透射光波,而反相光波相互抵消。通過(guò)適當(dāng)�(shè)�(jì)多層介質(zhì)膜系�(tǒng),就可得到濾波性能良好的濾光片�

  干涉膜濾光片的每一層薄膜類似于法布�-羅(F-P)腔。眾所周知,法布里一泊羅腔的選頻特性是基于在腔�(nèi)形成駐波。通過(guò)腔長(zhǎng)的控制來(lái)控制諧振波的多少,當(dāng)腔長(zhǎng)很短�(shí),只允許幾�(gè)甚至于一�(gè)波存在。由于干涉膜是多層結(jié)�(gòu),從而可以達(dá)到對(duì)多種波長(zhǎng)的選��

  總之,利用干涉原�,就可設(shè)�(jì)出濾波器。例如馬赫一曾德(Mach-Zahnder,M-Z)干涉結(jié)�(gòu)就可作光濾波�,如附圖所示。輸入信�(hào)光功率Pin�(jīng)�(gè)3dB耦合器后,等分為P1和P2兩部分。由于路程差不同,當(dāng)?shù)竭_(dá)第二�(gè)3dB耦合器時(shí),相位差將決定合成后輸出光的�(qiáng)度。同相加�(qiáng),反相相�。因�,只要調(diào)整光波導(dǎo)的長(zhǎng)度,便可選出所需要的波長(zhǎng)�

  3、耦合模濾波原�

  �(dāng)兩根單模光纖通過(guò)熔融拉錐而使其芯部很接近�(shí),在錐形的腰部,其中一根光纖中傳輸?shù)亩嗖ㄩL(zhǎng)信號(hào),其基模(芯模)將會(huì)通過(guò)消失�(chǎng)�?yōu)轳詈夏!6詈媳鹊拇笮∮慑F形幾何尺寸分布所決定。當(dāng)某一波長(zhǎng)有較大耦合比時(shí),就可從混合波中分離出來(lái),從而達(dá)到光濾波作用。單模光纖方向耦合器作c光解�(fù)用器就是利用這種原理�

分類

      基于干涉原理的濾波器:熔錐光纖濾波器、Fabry-Perot濾波�、多層介�(zhì)膜濾波器、馬�-曾德干涉濾波��

      基于光柵原理的濾波器:體光柵濾波器、陣列波�(dǎo)光柵濾波器(AWG�、光纖光柵濾波器、聲光可�(diào)諧濾波器�

      按照選頻特性可以分為帶通濾波器、帶阻濾波器、低通濾波器、高通濾波器以及梳指形濾波器;從選頻功能區(qū)分可分為固定光頻濾波器和可調(diào)光濾波器;若從結(jié)�(gòu)上劃�,光濾波器的種類很多,如薄膜濾波器(TFF�、陣列波�(dǎo)光柵(AWG� 濾波�、光纖布喇格光柵(FBG)濾波器、全息光柵濾波器、光子晶體濾波器,以及這些�(jié)�(gòu)混合型的濾波器等��

�(yīng)�

    光濾波器除在光纖通信、光�(wǎng)�(luò)中應(yīng)用之外. 還在民用高科技�(chǎn)品中有廣泛的�(yīng)�,如電視�(jī)、照相機(jī)� 手機(jī)中的光電顯示,在激光及光電子技�(shù)中,在航�� 航天、衛(wèi)星技�(shù)等諸多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用�

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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