OFweek维科网TFF型WDM器件技术原理

我们知道，光纤通信是技术是实现互联网并改变世界的关键技术之一，光纤通信的一个优势是可以在一根光纤中同时传输数十个波长，称作波分复用（WDM）。 WDM传输的基本元件是光学滤波器，可通过光纤熔融拉锥（FBT）、薄膜滤光片（TFF）、阵列波导光栅（AWG）和光学梳状滤波器等技术实现。 TFF和AWG是最常用的两种WDM技术，本文讨论基于TFF的WDM器件。
薄膜滤光片
法布里－帕罗干涉仪（FPI）是光学滤波领域常用的干涉仪。 FPI结构如图1所示，包括两个玻璃片和夹在其中、具有精确厚度的隔片。玻璃片的内表面镀了部分反射膜，外表面则通常镀增透膜。

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图1．法布里－帕罗干涉仪结构
除了图1中的体光学结构， FPI还可以通过介质膜实现，如图2所示。多层薄膜沉积于玻璃基片上，以高／低折射率介质膜构成的周期结构，其功能类似于部分反射膜。中间的腔层将两个反射镜隔开。

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图2．基于薄膜技术的法布里－帕罗干涉仪
与基于体光学元件的传统FPI干涉仪一样，基于薄膜技术的FPI干涉仪也可以作为光学滤波器。如图3所示，干涉仪的透射峰是周期性的，随着镜面反射率的增加，透射谱的精细度越来越高。在自由光谱范围内，干涉仪只有一个透射峰，如图4所示。当镜面反射率较高时，透射峰线宽非常窄，可用于窄带滤波。

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图3．薄膜FPI的透射谱

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图4．窄带FPI在一个FSR之内的透射谱
然而，在一些特殊应用领域，比如DWDM传输系统中，要求滤波器具有平顶平顶和窄带滤波特性。这种滤波器需要多腔薄膜结构，如图5所示。多腔的效果如图6所示， FP干涉腔的数量越多，通带越平坦，而边缘陡降特性更好，这对DWDM系统中的应用非常有利。然而，多腔结构伴随着更多的“镜面” ，意味着薄膜层数成倍增加。所有膜层都需要以非常高的均匀度和精密的厚度沉积于玻璃基片上，因此多腔结构将会降低良率，增加成本。

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图5．多腔薄膜滤波器结构

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图6．多腔薄膜滤波器的滤波效果
薄膜滤波器的设计非常灵活，除了具有平顶的窄带滤波片，还可以实现许多其他滤波器，比如图7中的长波通滤波片（LP），图8中的增益平坦化滤波片（GFF）。 LP滤波器可用于WDM单纤双向传输，比如发射波长为1310nm的光信号，接收波长为1550nm的光信号。 GFF滤波器则用于掺饵光纤放大器（EDFA）中，对增益谱进行平坦化。

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图7．长波通滤波片的透射谱

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图8．增益平坦化滤波片的透射谱
WDM器件
TFF滤光片用于WDM器件中，图9所示为三端口WDM器件的结构，包括一个双光纤准直器、一个单光纤准直器和一个TFF滤光片， TFF滤光片粘贴在双光纤准直器的准直透镜的端面上。 WDM信号包括波长λ1 ，λ2 ， …λn ，从公共端输入， TFF滤光片让一个波长λn透射，其他波长则被反射，因此波长λn从透射段输出，而其他波长从反射端输出。

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