Лекции по Физико-технологическим основам волоконно-оптической техники   

9. Компоненты и устройства для ВОСПИ и ВОД

9.6. Волоконно-оптические фильтры.

         Оптические фильтры (или волновые селекторы) предназначены для целенаправленной передачи или отклонения оптических сигналов определенных диапазонов длин волн. В зависимости от передаваемых в окне прозрачности фильтра длин волн различают коротковолновые, длинноволновые и полосковые фильтры. Одной из наиболее перспективных технологий создания оптических фильтров является технология интерференционных покрытий, заключающаяся в многослойном напылении тонких слоев диэлектрика на стеклянные пластины, линзы или волокна. Различают также фильтры с фиксированной характеристикой и настраиваемые волоконно-оптические фильтры.

         Фильтры с фиксированной областью передачи длин волн могут осуществлять ограничение либо с одной стороны, либо с двух сторон диапазона длин волн. В последнем случае полоса пропускания составляет от 1 нм (узкая полоса пропускания) до 60 нм (широкая полоса пропускания). При этом центральная длина волны и форма полосы могут управляться очень точно в процессе нанесения  покрытия, обеспечивая резкий и хорошо определенный переход на граница полосы фильтрации.

         На рис. 9.27 показаны три способа возможной реализации волоконно-оптических фильтров, из которых лучшими характеристиками обладают те, в которых интерференционное покрытие наносится на стеклянную подложку, установленную под углом к паре волоконных коллиматоров. Коллимирующие линзы используются для того, чтобы обеспечить широкополосность фильтра в 1310 нм и 1550 нм окнах. В качестве альтернативы, хотя более трудновыполнимой, нанесение покрытия может осуществляться на поверхность коллимирующей линзы, специальной втулки или торца волокна. При этом для снижения обратного отражения сигнала в системе юстировки используются антиотражательные покрытия.

Так как односторонние фильтры характеризуются значительной полосой пропускания рабочих длин волн, они носят название широкополосных фильтров, и, как правило, используются в одноименных  WDM системах передачи. Кроме того, они могут быть использованы для изоляции сигналов оптического рефлектометра от сигналов передачи в системах активного тестирования оптических волокон.

Рис. 9.27. Интерференционные волоконно-оптические фильтры: 1 – коллимирующая линза, 2 – интерференционный фильтр, 3 – центрирующая втулка, 4 – волоконный коллиматор

Для примера в таблице 9.4. приведены параметры фиксированного оптического фильтра компании DiCon. Данный фильтр представляет собой двухчастотное устройство, которое использует коротковолновый или длинноволновый широкополосный фильтрующий элемент, обеспечивающий прохождение или подавление света в широких спектральных окнах. Для примера на рис. 9.28 приведены характеристики длинноволнового (а) и коротковолнового (б) фиксированных оптических фильтров, которые показывают, что в первом случае фильтр пропускает длины волн более 1,4 мкм, а во втором – до 1,4 мкм. Данное устройство основано на стабильных тонкопленочных фильтрующих элементах, расположенных между двумя волоконно-оптическими коллиматорами, и размещается в миниатюрном корпусе, обеспечивающем высокую стабильность к изменению условий окружающей среды. При этом следует иметь ввиду, что изоляция определяет степень, до которой нежелательные каналы ослабляются на каждом канале добавления/устранения.

Рис. 9.28. Основные характеристики длинноволнового (а) и коротковолнового (б) фиксированного оптического фильтра

Таблица 9.4. Параметры фильтра компании DiCon.

     Наименование параметра

         Значение параметра

Полоса рабочих частот фильтра, нм

     1260-1360, 1260-1570,

      1530-1570, 1610-1660

Изоляция, дБ не хуже

45

Типовые вносимые потери, дБ

0,7

Максимальные вносимые потери, дБ

1,0

Максимальный уровень обратного

отражения, дБ

-50

Тип волокна

9/125 SM-28

Рабочая температура, 0С

-20÷+75

         В отличие от широкополосных фильтров узкополосные фильтры пропускают длины волн одного диапазона, отвергая соседние. Они используются для изоляции сигнала в системах WDM и для исключения на выходе волоконно-оптических усилителей и лазеров сигналов нежелательных длин волн.

         Интерференционные фильтры могут также использоваться в качестве дешевых узкополосных настраиваемых волоконно-оптических фильтров. Выбор длины волны в таких фильтрах может осуществляться с изменением угла наклона плоскости фильтра к оси коллимирующих линз (рис. 9.29 а), его линейным перемещением (рис. 9.29 б) или вращением (рис. 9.29в). В первом случае длина волны пропускания фильтром описывается уравнением:

                                     (9.12)

где λ0 и λф – центральная длина волны при нормальном падении и при падении под углом φ, к- коэффициент.

Рис. 9. 29. Перестраиваемые интерференционные волоконно-оптические фильтры:

1 – коллимирующая линза, 2 – интерференционный фильтр

Для примера на рис. 9.30 приведены характеристики перестраиваемого фильтра, которые показывают, что в зависимости от настройки ширина полосы пропускания света может меняться от 7 до 13 мкм. При этом настойка фильтра выполняется или вручную посредством микропозиционирующего устройства, или с помощью электрического привода. Переменный фильтр с линейным перемещением, также как и с угловым перемещением, обеспечивает низкие вносимые потери (до 1,5 дБ), узкую полосу в области коротких длин волн (до 0,05 нм).

Рис. 9.30. Характеристика одного из перестраиваемых оптических фильтров компании DiCon



*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.