Управление передаточной функцией в современных волоконно-оптических линиях связи является одной из актуальных задач. Цель данной работы - исследование способов электрического управления передаточной функцией оптических фильтров на основе отражательных решёток Брэгга. В работе экспериментально продемонстрирована эффективность методики управления передаточной функцией оптического фильтра за счёт создания фазовых секций в профиле отражательной решётки, теоретически найдены и экспериментально подтверждены фазовые соотношения между частями решётки, позволяющие управлять передаточной функцией фильтра, имеющего две симметричные полосы пропускания.

• СОДЕРЖАНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ ДИФРАКЦИОННЫЕ РЕШЁТКИ
• 1.1. Толстые голографические решётки, дифракция Брэгга
• 1.2. Отражательные решётки Брэгга и их спектральная селективность
• 1.3. Работа отражательной решётки Брэгга как оптического фильтра
  • Рис. 1.1. Пример использования отражательной решётки Брэгга в качестве stop-band фильтра. На вход фильтра (In) поступает набор из N спектральных каналов на длинах волн. Фильтр отражает (Out-ref) только один спектральный канал, длина волны которого удо...
• ГЛАВА 2. ОТРАЖАТЕЛЬНЫЕ ДИФРАКЦИОННЫЕ РЕШЁТКИ С ФАЗОВЫМ КОДИРОВАНИЕМ
• 2.1. Передаточная функция простой отражательной решётки Брэгга
  • Рис. 2.1. Передаточная функция отражательной решётки Брэгга для различных значений амплитуды решётки. 1 – n1 = 10-5, 2 – n1 = 5 ×10-5, 3 – n1 = 3× 10-4, 3 – n1 = 2× 10-3
• 2.2. Передаточная функция отражательной решётки Брэгга c одним фазовым сдвигом
  • Рис. 2.2. Отражательная решётка Брэгга с одним фазовым сдвигом. Решётка состоит из двух частей одинаковой длины L1= L2, с одинаковым периодом (, и с одинаковой амплитудой в n1 в каждой части
  • Рис. 2.3. Распространение лучей в отражательной решётке с одним фазовым сдвигом. Вх – входной, падающий луч на длине волны λB, соответствующей условиям Брэгга. Вых1 и Вых2 – обозначены лучи, продифрагировавшие на первой и второй секциях соответственно
  • Рис. 2.4. Передаточная функция отражательной решётки Брэгга для различных фазовых сдвигов между секциями
  • Рис. 2.5. Положение центрального минимума передаточной функции отражательной решётки Брэгга в зависимости от разности фаз между секциями
• 2.3. Передаточная функция отражательной решётки Брэгга, содержащей набор фазовых сдвигов
  • Рис. 2.6. Отражательная решётка Брэгга с N фазовыми сдвигами. Решётка состоит из N частей одинаковой длины L , с одинаковым периодом (, и с одинаковой амплитудой в n1 в каждой части
  • Рис. 2.7. Примеры передаточной функции отражательной решётки Брэгга. а): одна простая решётка, б): решётка, состоящая из N=2 одинаковых по длине фазовых секций со сдвигом фаз между секциями  = 120(, и в): решётка, состоящая из N=8 фазовых секций со с...
  • Рис. 2.8. Примеры передаточных функций отражательной решётки Брэгга, состоящей из N=64 секций. Левая колонка – вид передаточной функции, правая колонка – фазовое распределение
• ГЛАВА 3. ДИФРАКЦИОННЫЕ ФИЛЬТРЫ И УСТРОЙСТВА НА ИХ ОСНОВЕ
• 3.1. Спектральные диапазоны работы волоконно-оптических линий связи
  • Рис. 3.1. Зависимость коэффициента затухания ( в стандартном кварцевом волокне от длины волны (сплошная кривая). Пики, обозначенные А и В связаны с потерями, возникающими за счёт гидроксильных групп ОН- (т.н. «водяные пики»). I, II, III, – окна прозра...
  • Рис. 3.2. Сетка частот С-диапазона. Канал на длине волны 1552.52 нм является служебным
  • Рис. 3.3. Принцип работы волоконно-оптической линии связи, использующей принципы спектрального уплотнения (DWDM). а) – мультиплексирование N входных каналов в одно оптическое волокно. UN – входные электрические сигналы, управляющие лазерами λN. 1 – оп...
  • Рис. 3.4. «Объёмное» (слева) и «интегрально-оптическое» исполнение (справа) фильтра на основе отражательной решётки Брэгга
  • Рис. 3.5. Интегрально-оптический фильтр на подложке ниобата лития (1). 2 – оптический волновод, 3 – отражательная Брэгговская решётка, 4 – пара электродов, расположенных вдоль волновода. In – вход, Out-tr и Out-ref – выход для прошедшего и отражённого...
  • Рис. 3.6. Поперечное сечение интегрально-оптического фильтра. 1 – подложка из электрооптического материала (LiNbO3), 2 – канальный волновод, 3 – электроды, 4 – изолирующий слой (Размеры показаны не в реальном масштабе)
• 3.2. Практическая реализация интегрально-оптического фильтра
  • Рис. 3.7. Зависимости прошедшей (а) и отражённой (б) мощности фильтра от длины волны
  • Рис. 3.8. Электрическое управление положением передаточной характеристики фильтра. 1: Eext=0, 2: Eext= –15 В/мкм, 3: Eext=+15 В/мкм. Полный диапазон переключения составил примерно 1 мн
  • Рис. 3.9. Демонстрация скорости электрооптического переключения селектируемой длины волны. а): 1 – положение передаточной характеристик фильтра при Eext= –12 В/мкм, 2 – положение передаточной характеристик фильтра при Eext= 0. б): выходной сигнал. Исп...
  • Рис. 3.10. Интегрально-оптический фильтр с двумя парами электродов (4), расположенных вдоль волновода (2)
  • Рис. 3.11. Электрооптическое управление формой передаточной характеристики фильтра. Две пары электродов, один фазовый сдвиг. Штрихпунктирная линия – передаточная характеристика фильтра без фазового сдвига
  • Рис. 3.13. Электрооптическое управление формой передаточной характеристики фильтра. Восемь пар электродов, семь фазовых сдвигов. Штрихпунктирная линия – передаточная характеристика фильтра с тремя фазовыми сдвигами
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ