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光纤通信网是信息高速公路建设的重要组成部分,它由骨干网、城域网和接入网组成,网络的每个节点又包含着大量的光电子器件和各种功能模块。光学滤波器作为DWDM光网中一类重要的光子器件,其作用是不言而喻的(色散补偿、增益谱均衡、信道选择和功率均衡等)。本文以周期性光学梳状滤波器(Optical Comb Filter)和多功能组合模块为研究对象具有现实意义。希望通过数学建模、特性仿真、理论分析和实验验证等手段得到一些有参考价值的结果和结论。 光学全通滤波器(周期性相位梳状滤波器)、多波导定向耦合器、新型波分复用器件—群组波长交错滤波器(Interleaver,周期性幅度梳状滤波器)和多功能组合模块是论文的主要组成部分。具体研究内容如下: 1.薄膜Gires-Tournois干涉仪型光学全通滤波器(GTI-OAPF)的设计方法和具体应用。GTI是反射式Fabry-Perot干涉仪,由部分反射镜、谐振腔和全反射镜构成。首先,给出一个多层薄膜反射系数的迭代式并用数学归纳法证明,验证了用其设计薄膜GTI-OAPF的可行性。其次,忽略GTI反射镜的具体膜层结构,得到GTI-OAPF简化数学模型的相位、群延迟和群延迟色散的解析表达式。最后,采用传输矩阵法设计了适合多信道色散补偿的薄膜GTI-OAPF,并进行了较为详细的特性仿真和分析(研究了反射镜的膜层结构对单腔GTI器件传输特性的影响,斜入射光束引起的偏振分离现象,色散补偿带宽的展宽和线性化)。同时,对多腔GTI进行了设计与分析。 2.多功能双环谐振光学梳状滤波器。给出由等三角排列3×3光纤耦合器构成的双环结构光学梳状滤波器传输特性的解析表达式,该模型综合考虑了耦合器的插入损耗和分束比,光纤延迟线的传输损耗、增益系数和长度等参量。在此基础上对其传输特性进行了较为详细的数值研究。结果表明:该器件具有多信道带通、带阻和放大特性。并对器件结构参量的变化如何影响其功能的变化规律进行了探索,发现了一个有趣的双谐振峰(主峰和次峰)的动态变化现象。讨论了该器件的色散特性、游标效应(Vernier effect)和具体应用(光延迟线、Interleaver)。 3.无限冲击响应型(IIR,Infinite Impulse Response)群组波长交错滤波器。