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我們知道，光纖通信是技術(shù)是實(shí)現互聯(lián)網(wǎng)并改變世界的關(guān)鍵技術(shù)之一，光纖通信的一個(gè)優(yōu)勢是可以在一根光纖中同時(shí)傳輸數十個(gè)波長(cháng)，稱(chēng)作波分復用（WDM）。WDM傳輸的基本元件是光學(xué)濾波器，可通過(guò)光纖熔融拉錐（FBT）、薄膜濾光片（TFF）、陣列波導光柵（AWG）和光學(xué)梳狀濾波器等技術(shù)實(shí)現。TFF和AWG是最常用的兩種WDM技術(shù)，本文討論基于TFF的WDM器件。 薄膜濾光片 法布里-帕羅干涉儀（FPI）是光學(xué)濾波領(lǐng)域常用的干涉儀。FPI結構如圖1所示，包括兩個(gè)玻璃片和夾在其中、具有精確厚度的隔片。玻璃片的內表面鍍了部分反射膜，外表面則通常鍍增透膜。 
圖1. 法布里-帕羅干涉儀結構 除了圖1中的體光學(xué)結構，FPI還可以通過(guò)介質(zhì)膜實(shí)現，如圖2所示。多層薄膜沉積于玻璃基片上，以高/低折射率介質(zhì)膜構成的周期結構，其功能類(lèi)似于部分反射膜。中間的腔層將兩個(gè)反射鏡隔開(kāi)。
圖2. 基于薄膜技術(shù)的法布里-帕羅干涉儀 與基于體光學(xué)元件的傳統FPI干涉儀一樣，基于薄膜技術(shù)的FPI干涉儀也可以作為光學(xué)濾波器。如圖3所示，干涉儀的透射峰是周期性的，隨著(zhù)鏡面反射率的增加，透射譜的精細度越來(lái)越高。在自由光譜范圍內，干涉儀只有一個(gè)透射峰，如圖4所示。當鏡面反射率較高時(shí)，透射峰線(xiàn)寬非常窄，可用于窄帶濾波。
圖3. 薄膜FPI的透射譜
圖4. 窄帶FPI在一個(gè)FSR之內的透射譜 然而，在一些特殊應用領(lǐng)域，比如DWDM傳輸系統中，要求濾波器具有平頂平頂和窄帶濾波特性。這種濾波器需要多腔薄膜結構，如圖5所示。多腔的效果如圖6所示，FP干涉腔的數量越多，通帶越平坦，而邊緣陡降特性更好，這對DWDM系統中的應用非常有利。然而，多腔結構伴隨著(zhù)更多的“鏡面”，意味著(zhù)薄膜層數成倍增加。所有膜層都需要以非常高的均勻度和精密的厚度沉積于玻璃基片上，因此多腔結構將會(huì )降低良率，增加成本。
圖5. 多腔薄膜濾波器結構
圖6. 多腔薄膜濾波器的濾波效果 薄膜濾波器的設計非常靈活，除了具有平頂的窄帶濾波片，還可以實(shí)現許多其他濾波器，比如圖7中的長(cháng)波通濾波片（LP）, 圖8中的增益平坦化濾波片（GFF）。LP濾波器可用于WDM單纖雙向傳輸，比如發(fā)射波長(cháng)為1310nm的光信號，接收波長(cháng)為1550nm的光信號。GFF濾波器則用于摻餌光纖放大器（EDFA）中，對增益譜進(jìn)行平坦化。
圖7. 長(cháng)波通濾波片的透射譜
圖8. 增益平坦化濾波片的透射譜 WDM器件 TFF濾光片用于WDM器件中，圖9所示為三端口WDM器件的結構，包括一個(gè)雙光纖準直器、一個(gè)單光纖準直器和一個(gè)TFF濾光片，TFF濾光片粘貼在雙光纖準直器的準直透鏡的端面上。WDM信號包括波長(cháng)λ1, λ2,…λn，從公共端輸入，TFF濾光片讓一個(gè)波長(cháng)λn透射，其他波長(cháng)則被反射，因此波長(cháng)λn從透射段輸出，而其他波長(cháng)從反射端輸出。
圖9. 基于TFF的三端口WDM器件結構 為了將所有波長(cháng)解復用，需要將n個(gè)三端口器件串聯(lián)起來(lái)，組成WDM模塊，如圖10所示，其中每個(gè)三端口器件中的TFF濾光片，其透射波長(cháng)不同。WDM模塊可用作解復用器或者復用器，取決于信號的傳輸方向。
圖10. 基于三端口WDM器件的WDM模塊結構 基于三端口WDM器件的WDM模塊，其尺寸相對較大（典型8信道WDM模塊的尺寸為130×90×13mm3），在一些特殊應用領(lǐng)域，這個(gè)尺寸不符合要求。為滿(mǎn)足這些要求，人們開(kāi)發(fā)了緊湊型WDM模塊，如圖11所示。所有TFF濾光片固定在一塊玻璃基片上，然后逐個(gè)對準和固定輸入/輸出準直器。緊湊型WDM模塊的典型尺寸為50×30×6mm3，比常規WDM模塊的尺寸小得到。緊湊型DWDM和CWDM模塊，通常又叫作CDWDM和CCWDM。
圖11. 緊湊型WDM模塊結構 從圖10中可以看到，模塊中的不同波長(cháng)經(jīng)過(guò)不同數量的三端口WDM器件，因此產(chǎn)生不同的插入損耗。隨著(zhù)端口數增加，損耗均勻性劣化。此外，最后端口處的最大損耗是限制端口數的另一個(gè)因素。圖11中的緊湊型WDM模塊，存在同樣的問(wèn)題。因此TFF型WDM模塊通常限于≤16信道。
億源通，是一家專(zhuān)注于光通信無(wú)源基礎器件研發(fā)、制造、銷(xiāo)售與服務(wù)于一體的無(wú)源光通信器件OEM/ODM廠(chǎng)商，主要生產(chǎn)和銷(xiāo)售光纖連接類(lèi)產(chǎn)品（光纖連接器、適配器、跳線(xiàn)），WDM波分復用器，PLC光分路器，MEMS光開(kāi)關(guān)等核心光無(wú)源基礎器件，廣泛應用于光纖到戶(hù)、4G/5G移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)數據中心、國防通信等領(lǐng)域。 |
