第１８卷　第９期

２０１０年９月　 　　　 　　　　　　

　 光学 精密工程

　ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　　　 　　　 　

Ｖｏｌ．１８　Ｎｏ．９

　 Ｓｅｐ．２０１０

　　收稿日期：２０１００７１９；修订日期：２０１００７２６．

　　基金项目：南京邮电大学引进人才科研启动基金资助课题（Ｎｏ．ＮＹ２０７０２６）；江苏省高校自然科学基金资助项目

（Ｎｏ．ＴＺ２０８０１４）

文章编号　１００４９２４Ｘ（２０１０）０９１９６５０７

非连续线性啁啾取样布拉格光栅型

多信道光纤滤波器的设计

涂兴华，刘逢清，徐　宁

（南京邮电大学 光电工程学院 微流控光学技术研究中心，江苏 南京２１００４６）

摘要：介绍了一种基于取样布拉格光纤光栅获得多信道光纤滤波器的方法。通过设计一种非连续阶梯型啁啾取样的布

拉格光栅结构，可以分别实现单个信道宽度为５０，１００和２００ＧＨｚ的光纤滤波器。光纤滤波器的每个信道的宽度几乎完

全相同，具有平顶、峭沿和高透射率特点，相邻信道间隔离深度超过２８ｄＢ，平均插入损失不超过０．１ｄＢ，３ｄＢ带宽内相

位响应起伏在５～３０ｐｓ。利用介绍的方法制作具有相应非连续线性啁啾系数的全息相位掩模板，易于制作，成本低，重

复性好。通过改变相应的光纤光栅参数，可以实现不同信道宽度的，性能稳定、可重复性高的光纤滤波器，在高速光通信

系统以及光互连中有着非常好的应用前景。

关　键　词：光纤滤波器；传输矩阵法；非连续啁啾；密集波分复用；取样布拉格光栅

中图分类号：ＴＮ２５３；ＴＮ９２９．１１　　文献标识码：Ａ　　犱狅犻：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１０１８０９．１９６５

犇犲狊犻犵狀狅犳犺犻犵犺犮犺犪狀狀犲犾犮狅狌狀狋狅狆狋犻犮犪犾犳犻犫犲狉犳犻犾狋犲狉狊犫犪狊犲犱

狅狀狊犪犿狆犾犲犱犅狉犪犵犵犵狉犪狋犻狀犵狑犻狋犺犱犻狊犮狉犲狋犲犾犻狀犲犪狉犮犺犻狉狆狊狋狉狌犮狋狌狉犲

ＴＵＸｉｎｇｈｕａ，ＬＩＵＦｅｎｇｑｉｎｇ，ＸＵＮｉｎｇ

（犕犻犮狉狅犳犾狌犻犱犻犮狊犪狀犱犗狆狋犻犮狊犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔犚犲狊犲犪狉犮犺犆犲狀狋犲狉，犛犮犺狅狅犾狅犳犗狆狋狅犲犾犲犮狋狉狅狀犻犮

犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犖犪狀犼犻狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犘狅狊狋狊犪狀犱犜犲犾犲犮狅犿犿狌狀犻犮犪狋犻狅狀狊，犖犪狀犼犻狀犵２１００４６，犆犺犻狀犪）

犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｎｏｖｅｌａｐｐｒｏａｃｈｔｏｏｂｔａｉｎｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｃｏｍｂｆｉｌｔｅｒｓｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓｃｈａｎｎｅｌｂａｎｄｗｉｄｔｈｓｉｓ

ｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂａｓｅｄｏｎａｓａｍｐｌｅｄＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ．Ａｋｉｎｄｏｆｈｉｇｈｃｈａｎｎｅｌｃｏｕｎｔｃｏｍｂｆｉｌｔｅｒｗｉｔｈｃｈａｎｎｅｌ

ｓｐａｃｉｎｇｓｏｆ５０ＧＨｚ，１００ＧＨｚａｎｄ２００ＧＨｚｉｓｔｈｅｎｆａｂｒｉｃａｔｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｂｙｄｅｓｉｇｎｏｆａｄｉｓｃｒｅｔｅ

ｃｈｉｒｐｅｄｓａｍｐｌｅｄＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌｉｋｅａｌａｄｄｅｒｉｎｇｒａｔｉｎｇｐｅｒｉｏｄ．Ｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｆｉｌｔｅｒ

ｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｍｕｌｔｉｐｌｅｅｑｕａｌｉｚｅｄｂａｎｄｓｗｉｔｈｆｌａｔｔｏｐｓｔｅｅｐｅｄｇｅａｎｄｈｉｇｈｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅａｎｄｉｔｓｉｎ

ｔｅｒｃｈａｎｎｅｌｉｓｏｌａｔｉｏｎｉｓｍｏｒｅｔｈａｎ２８ｄＢ，ｉｎｂａｎｄｉｎｓｅｒｔｉｏｎｌｏｓｓｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．１ｄＢａｎｄｐｈａｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅ

ｉｓｂｅｔｗｅｅｎ５～３０ｐｓｉｎｔｈｅ３ｄＢｂａｎｄｗｉｄｔｈ．Ｂｙｕｓｉｎｇｐｒｏｐｏｓｅｄａｐｐｒｏａｃｈ，ｔｈｅｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｐｈａｓｅｍａｓｋ

ｗｉｔｈｄｉｓｃｒｅｔｅｃｈｉｒｐｅｄｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｃａｎｂｅｅａｓｉｌｙｐｒｅｐａｒｅｄｉｎｌｏｗｃｏｓｔｓａｎｄｇｏｏｄｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ．Ｆｕｒｔｈｅｒ

ｍｏｒｅ，ｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｆｉｌｔｅｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｈａｎｎｅｌｂａｎｄ

ｗｉｄｔｈｓｃａｎｂｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｉｎｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｈａｓａｇｏｏｄｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｎｔｈｅｈｉｇｈ

ｓｐｅｅｄｏｐｔｉｃａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ．

犓犲狔狑狅狉犱狊：ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｆｉｌｔｅｒ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｅｔｒｉｘｍｅｔｈｏｄ；ｄｉｓｃｒｅｔｅｃｈｉｒｐ；ｄｅｎｓｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｉｖｉｓｉｏｎ

ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；ｓａｍｐｌｅｄＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ

１　引　言

　　作为波分复用光通信及光传感系统中的核心

器件，近年来光纤滤波器已经得到了广泛的关注。

利用光纤滤波器的波长选择特性，可以进行激光

模式选择来研制光纤激光器；可以通过多信道实

现多波长信号波分复用；也可以进行滤波，提取有

用信号等。目前，各种不同类型结构的光纤滤波

器相继面世［１１１］，在宽带高速光纤通信系统中，基

于常规光纤制作的各种布拉格光栅型多信道光纤

滤波器应用较为广泛［１１１６］。

理想的光纤滤波器应具有插入损耗小、信道

性能好以及潜在的价格优势等特点。为了满足人

们对光通信带宽无止境的需求并最好地利用现有

光放大器的带宽，采用更窄波长间隔的 ＤＷＤＭ

技术是一种有效途径。然而实现更窄波长间隔的

密集型波分复用／解复用技术（如５０ＧＨｚ信道间

隔），无论对于阵列波导光栅（ＡＷＧ）技术和薄膜

技术都是比较困难的。

通常的多信道光纤布拉格光栅（ＦＢＧ）结构在

工艺技术上难以实现，例如采用电子束曝光的方

法能够得到各种各样的光栅精细结构，但设备昂

贵，制作成本过高。基于重构等效啁啾技术设计

光纤光栅结构［１７１９］，可以采用全息相位掩模板紫

外扫描曝光的方法得到多信道高性能梳状光纤滤

波器，方法相对简单，工艺成熟且成本较低，滤波

器性能稳定，可重复性高，但某些应用［１８］涉及的

线性啁啾光栅结构对于相位掩模板的线性度要求

较高，在实际工艺中也难以保证。文献［１９］报道

的采用相移结构得到光纤滤波器信道性能还有待

进一步提高，例如在信道顶部还有一定的起伏，有

一定插入损耗等。

本文提出了一种特殊的非连续光栅周期啁啾

取样布拉格光纤光栅结构。在这种结构中，每个

取样内的光栅周期保持常数不变，而相邻取样之

间的光栅周期满足线性关系。这样对于采用全息

相位掩模板紫外扫描曝光制备的全息相位掩模板

而言，只要在较短的长度内保持均匀性而在总体

长度上仅仅需要较少的啁啾改变次数，因此易于

制作，成本低，重复性好。通过设计改变光栅参

数，就可以分别得到相应信道宽度的平顶、信道边

缘陡峭下降和插入损耗低的高性能多信道宽带光

纤滤波器。

２　理论和设计

　　如图１所示，把光栅看作由若干段组成，每一

段即为一个取样周期；在每个取样周期内的光栅

周期保持不变，没有啁啾；各取样周期之间光栅周

期不同，并满足：

Λ犻（狕）＝Λ０－犮ｄ狕犻

（狕犻＜狕＜狕犻＋１，犻＝１，２，…，犖）， （１）

其中，Λ犻（狕）表示第犻个取样周期中的光栅周期；

Λ０ 为取样布拉格光栅中心位置处的光栅周期；犮犱

是非连续线性啁啾的啁啾系数，表示光栅周期沿

着光栅长度变化的情况；狕是布拉格光栅径向上

的坐标，且坐标原点设为取样布拉格光栅的中心

处，即狕∈［－犔／２，犔／２］（犔为取样布拉格光栅总

长度）；狕犻表示第犻个取样周期开始的坐标，狕犻＋１表

示第犻个取样周期结束的坐标，即第犻＋１个取样

图１　非连续线性啁啾光栅结构示意图

Ｆｉｇ．１　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｇｒａｔｉｎｇｗｉｔｈｄｉｓｃｒｅｔｅｌｉｎ

ｅａｒｃｈｉｒｐｉｎｇｒａｔｉｎｇｐｅｒｉｏｄ

６６９１ 　　　　　光学　精密工程　　　　　 第１８卷　

周期开始的坐标；取样周期设为狆，狆＝狕犻＋１－狕犻；

犖 是总取样周期的个数。

为了进一步保障得到的光纤滤波器优异的光

谱响应，降低信道顶部的波纹起伏，本文所设计的

光栅中每个取样周期中的光纤折射率调制均被切

趾。切趾函数如公式（２）所示

Δ狀（狕）＝Δ狀０［０．５＋０．５ｃｏｓ（２π狕／犾）］， （２）

其中，Δ狀（狕）表示的是每个取样周期内狕坐标处

的折射率调制度，是折射率调制常数。公式（２）中

的犾是第犻个取样周期内的取样长度，即有光栅

部分的长度。它可以进一步表示为狉·狆，其中狉

定义为取样系数（取样占空比），即每个取样周期

内有光栅部分的长度与取样周期长度的比。

根据传输矩阵法理论［２０］，将非连续线性啁啾

取样布拉格光栅分成由长度Δ狕很小的一段段光

栅构成时，每一小段光栅都可以等效为相应长度

的均匀传输线，其两端的入射场犈＋狊 （狕），透射场

犈＋狊 （狕＋Δ狕）以及反射场犈

＋狊 （狕），犈

－狊 （狕＋Δ狕）满足

方程：

犈＋狊 （狕＋Δ狕）

犈－狊 （狕＋Δ狕［ ］）＝

（ｃｏｓｈ（γΔ狕）－ｉΔβγｓｉｎｈ（γΔ狕））ｅ

－ｉβ犅Δ狕 －ｉκγｓｉｎｈ（γΔ狕））ｅ

－ｉ（β犅Δ狕＋φ）

ｉκγｓｉｎｈ（γΔ狕））ｅ

ｉ（β犅Δ狕＋φ） （ｃｏｓｈ（γΔ狕）＋ｉ

Δβγｓｉｎｈ（γΔ狕））ｅ

ｉβ犅Δ

熿

燀

燄

燅狕

·犈＋狊 （狕）

犈－狊 （狕［ ］） ，

（３）

其中，β犅＝π／Λ犻（狕）；Δβ＝狀２π／λ－π／Λ犻（狕）；κ＝π／

λΔ狀（狕）；γ２＝κ

２－（Δβ）２；狀表示光纤有效折射率；

λ为入射光场波长；φ表示坐标狕处的光栅初相

位。对于本文所介绍的光栅结构，设各段光栅的

初相位φ均为０。将各段光栅的矩阵相乘，即可

得到整段光栅的传输矩阵。则整段光栅的透射率

可定义为

犜＝１０ｌｇ［犈＋狊 （犔）／犈

＋狊 （０）］， （４）

其中，犈＋狊 （犔）为光栅末端的透射场，犈

＋狊 （０）为光栅

起始端的入射场，而整段光栅的反射率可定义为

犚＝１０ｌｇ［犈－狊 （０）／犈

＋狊 （０）］， （５）

其中，犈－狊 （０）为光栅起始端的反射场。

３　数值计算与分析

　　根据上述方法设计，可以得到具有２６个信道

且信道带宽为５０ＧＨｚ的取样布拉格光栅光纤滤

波器，其透射光谱（如图２（ａ）所示）从１５４５．８ｎｍ

到１５５６．７ｎｍ覆盖了１１ｎｍ宽度范围，相邻信道

间隔离深度超过了２８ｄＢ。其结构参数为：取样

周期个数犖＝２０，取样系数狉＝０．２，犮ｄ＝２．４９×

１０－４ｎｍ／ｍｍ，狆＝２．０７３ｍｍ，Λ０＝５３６ｎｍ，Δ狀０＝

０．００１５，平均折射率狀＝１．４４７。

图２（ｂ）为整个带宽范围内所有信道顶部的

放大图。可以看到，该滤波器在整个带宽范围内

平均透射率约９９．９％，即插入损失平均不超过

（ａ）透射光谱特性

（ａ）Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａ

（ｂ）透射光谱顶部放大

（ｂ）Ｄｅｔａｉｌｓｈｏｗｏｆｔｈｅｔｏｐｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍ

图２　信道宽度为５０ＧＨｚ的２６信道光纤滤波器的

透射光谱特性

Ｆｉｇ．２　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｆｏｒａ２６ｃｈａｎ

ｎｅｌｆｉｂｅｒｆｉｌｔｅｒｗｉｔｈｃｈａｎｎｅｌｓｐａｃｉｎｇｏｆ５０ＧＨｚ

７６９１第９期 　涂兴华，等：非连续线性啁啾取样布拉格光栅型多信道光纤滤波器的设计

０．１ｄＢ，而文献［１８］报道的滤波器信道平均透射

率为９９．７％。

图３所示为该滤波器其中两个信道的放大图

（实线）和相应的群时延响应τ犜（虚线）。其０．１，３

和２０ｄＢ信道带宽分别为０．１２，０．１８和０．２９

ｎｍ，具有平顶及带边沿陡峭的特点。在３ｄＢ信

道带宽内其群时延起伏变化量约为２１ｐｓ，即信道

内色散很小，比文献［１８］报道的３０ｐｓ群时延起

伏变化量更小，这有利于更高速信号传输，降低通

信误码率。可证明图２中其余各信道也具有几乎

完全相同的性能。

图３　图２（ａ）中标记为１和２的信道放大图（实线）及

群时延响应（虚线）

Ｆｉｇ．３　Ｅｎｌａｒｇｅｄｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ（ｓｏｌｉｄｌｉｎｅ）ａｎｄｇｒｏｕｐ

ｄｅｌａｙ（ｄａｓｈｅｄｌｉｎｅ）ｏｆｔｗｏｐｅａｋｓ（ｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈ

１ａｎｄ２）ｉｎＦｉｇ．２

改变光纤光栅的相关参数，按照同样的结构

可以设计得到信道宽度为１００ＧＨｚ的３２信道滤

波器，其透射光谱响应如图４所示。其结构参数

为：犖＝４０，狉＝０．２５，犮ｄ＝４．９８８×１０－４ｎｍ／ｍｍ，狀

＝１．４４７，Λ０＝５３６ｎｍ，狆＝１．０３７ｍｍ，Δ狀０＝

０．００２。其整体带宽约为２５．６ｎｍ，相邻信道间隔

离深度超过了２８ｄＢ，各信道的３ｄＢ信道带宽为

０．５３ｎｍ，而文献［１９］报道的相邻信道间隔离深

度大约为２８ｄＢ，且为反射谱特性。

将图４标记为１和２的两个信道放大可得

到如图５所示曲线（实线）。滤波器在整个带宽范

围内同样具有很好的透射率，插入损失平均不超

过０．１ｄＢ。图５也给出了信道的群时延响应（虚

线）。各信道具有类似的群时延响应，在３ｄＢ信

道带宽内其群时延起伏变化量约为３０ｐｓ，尤其在

信道中心位置附近群时延曲线近似为水平线，即

图４　信道宽度为１００ＧＨｚ的３２信道光纤滤波器的

透射光谱特性

Ｆｉｇ．４　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｆｏｒａ３２

ｃｈａｎｎｅｌｆｉｂｅｒｆｉｌｔｅｒｗｉｔｈｃｈａｎｎｅｌｓｐａｃｉｎｇｏｆ

１００ＧＨｚ

信道内色散很小。可以看到该滤波器的信道具有

平顶良好，群时延起伏小及带边沿陡峭的特性，适

用于ＤＷＤＭ系统。

图５　图４中标记为１和２的信道放大图（实线）及其

群时延响应（虚线）

Ｆｉｇ．５　Ｅｎｌａｒｇｅｄｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ（ｓｏｌｉｄｌｉｎｅ）ａｎｄｇｒｏｕｐ

ｄｅｌａｙ（ｄａｓｈｅｄｌｉｎｅ）ｏｆｔｗｏｐｅａｋｓ（ｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈ

１ａｎｄ２）ｉｎＦｉｇ．４

同样的，通过类似的方法设计光栅参数也可

以实现更大信道宽度的滤波器。图６所示为基于

非连续线性啁啾取样布拉格光栅结构得到的具有

２６个信道且单个信道宽度约２００ＧＨｚ的多信道

光纤滤波器传输特性曲线。相应的结构参数为：

犮ｄ＝２．０４×１０－３ｎｍ／ｍｍ，犖＝４０，狉＝０．４，狀＝

１．４４７，Λ０ ＝５３６ｎｍ，狆＝０．５１０４ ｍｍ，Δ狀０ ＝

０．００５。其整体带宽约为４１ｎｍ（Ｃ波段）。如图７

８６９１ 　　　　　光学　精密工程　　　　　 第１８卷　

所示，该滤波器的信道具有高透射率、平顶和带边

沿陡峭等特性。相邻信道间隔离深度约３０ｄＢ，

各信道３ｄＢ信道带宽为０．７５ｎｍ。３ｄＢ信道带

宽内群时延起伏变化量仅为６ｐｓ左右。

图６　信道宽度为２００ＧＨｚ的２６信道光纤滤波器的

透射光谱特性

Ｆｉｇ．６　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｆｏｒａ２６

ｃｈａｎｎｅｌｆｉｂｅｒｆｉｌｔｅｒｗｉｔｈｃｈａｎｎｅｌｓｐａｃｉｎｇｏｆ

２００ＧＨｚ

图７　图６中标记为１和２的信道放大图（实线）及群

时延响应（虚线）

Ｆｉｇ．７　Ｅｎｌａｒｇｅｄｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ（ｓｏｌｉｄｌｉｎｅ）ａｎｄｇｒｏｕｐ

ｄｅｌａｙ（ｄａｓｈｅｄｌｉｎｅ）ｏｆｔｗｏｐｅａｋｓ（ｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈ

１ａｎｄ２）ｉｎＦｉｇ．６

采用本文设计的光栅结构，不仅能得到优异

的光栅透射特性，在合适的光栅参数下，同样能得

到良好的多信道反射特性。图６所示的光栅实例

中仅需调整狉参量及Δ狀０ 参量即可得到如图８所

示的具有２４信道、信道宽度约２００ＧＨｚ的光纤

滤波器反射光谱特性。其结构参数为：犮ｄ＝２．０４

×１０－３ｎｍ／ｍｍ，犖＝４０，狉＝０．５，狀＝１．４４７，Λ０＝

５３６ｎｍ，犘＝０．５１０４ｍｍ，Δ狀０＝０．００４。

图８　信道宽度为２００ＧＨｚ的２４信道光纤滤波器的

反射光谱特性

Ｆｉｇ．８　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｆｏｒａ２４

ｃｈａｎｎｅｌｆｉｂｅｒｆｉｌｔｅｒｗｉｔｈｃｈａｎｎｅｌｓｐａｃｉｎｇｏｆ

２００ＧＨｚ

图９　图８中标记为１和２的信道放大图（实线）及群

时延响应（虚线）

Ｆｉｇ．９　Ｅｎｌａｒｇｅｄｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ（ｓｏｌｉｄｌｉｎｅ）ａｎｄｇｒｏｕｐ

ｄｅｌａｙ（ｄａｓｈｅｄｌｉｎｅ）ｏｆｔｗｏｐｅａｋｓ（ｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈ

１ａｎｄ２）ｉｎＦｉｇ．８

如图９所示，滤波器在整个带宽范围内具有

很高的反射率，各信道具有类似的群时延响应τ犚

（虚线）。在３ｄＢ信道带宽内其群时延起伏变化

量约为２７ｐｓ。滤波器的信道具有平顶良好，色散

小及带边沿陡峭的特性。

４　结　论

　　考虑理想的光学梳状滤波器要求通带平坦、

９６９１第９期 　涂兴华，等：非连续线性啁啾取样布拉格光栅型多信道光纤滤波器的设计

信道串扰小、色散小、插损小且与偏振无关等，本

文提出了一种特殊的非连续光栅周期啁啾的取样

布拉格光纤光栅结构，呈阶梯型。在这种结构中，

每个取样内的光栅周期保持常数不变，而相邻取

样之间的光栅周期满足线性关系。采用全息相位

掩模板紫外扫描曝光的方法制作上述的光栅结

构，对于全息相位掩模板而言，只要在较短的长度

内保持均匀性而在总体长度上也仅需要很少的啁

啾改变次数。相对于制作文献［１７１９］中所介绍

的光栅结构而采用的对应相位掩模板，本文所设

计的光栅结构所使用的全息相位掩模板在实际工

艺中易于制作，可大大降低成本，且重复性好。通

过改变相应光纤光栅参数，可以分别实现单个信

道宽度为５０，１００和２００ＧＨｚ，具有平顶、峭沿、高

透射率以及色散小等传输特性的高性能多信道宽

带光纤滤波器。利用本文介绍的方法，得到的光

纤滤波器性能稳定、可重复性高，在高速光通信系

统及光互连中有非常好的应用前景。

参考文献：

［１］　ＳＵＮＸ Ｗ．Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｅｌｅｃｔｉｖｅｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｄｕａｌ

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ｔｕｒｅ［Ｊ］．犑．犔犻犵犺狋狑犪狏犲犜犲犮犺狀狅犾．，２００８，２６（５）：

５１２５１９．

［４］　ＧＵＸＪ．Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇｉｓｏｌａｔｉｏｎ

ｆｉｂｅｒｆｉｌｔｅｒａｎｄｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｕｓｉｎｇｃａｓｃａｄｅｄｌｏｎｇｐｅ

ｒｉｏｄｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．犗狆狋．犔犲狋狋．，１９９８，２３（７）：

５０９５１０．

［５］　ＳＡＫＡＴＡＨ，ＳＵＺＵＫＩｉＳ，ＩＴＯＨ，犲狋犪犾．．Ｌｏｎｇ

ｐｅｒｉｏｄｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｂａｓｅｄｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｕｓｉｎｇｓｅｌｆ

ａｌｉｇｎｅｄａｂｓｏｒｐｔｉｖｅｃｏｒｅｍｏｄｅｂｌｏｃｋｅｒ［Ｊ］．犗狆狋犻犮犪犾

犉犻犫犲狉犜犮犮犺狀狅犾．，２００８，１４（２）：９３９６．

［６］　ＪＩＮＬ，ＷＡＮＧＺＨ，ＦａｎｇＱ，犲狋犪犾．．Ｂｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ

ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓｉｎａｌｌｓｏｌｉｄｂａｎｄｇａｐｆｉｂｅｒｓ［Ｊ］．犗狆狋．

犔犲狋狋．，２００７，３２（１８）：２７１７２７１９．

［７］　ＬＩＵＢＷ，ＨＵＭＬ，ＦＡＮＧＸＨ，犲狋犪犾．．Ｔｕｎａｂｌｅ

ｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｗｉｔｈｓｏｌｉｄｃｏｒｅｐｈｏｔｏｎｉｃｂａｎｄｇａｐｆｉ

ｂｅｒａｎｄＢｒａｇｇｆｉｂｅｒ［Ｊ］．犐犈犈犈犘犺狅狋狅狀．犜犲犮犺狀狅犾．

犔犲狋狋．，２００８，２０（８）：５８１５８３．

［８］　ＮＯＯＲＤＥＧＲＡＡＦＤ，ＳＣＯＬＡＲＩＬ，Ｌ？ＥＧＳＧＡＡＤ

Ｊ，犲狋犪犾．． Ａｖｏｉｄｅｄｃｒｏｓｓｉｎｇｂａｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌ

ｐｈｏｔｏｎｉｃｂａｎｄｇａｐｎｏｔｃｈｆｉｌｔｅｒ［Ｊ］．犗狆狋．犔犲狋狋．，

２００８，３３（９）：９８６９８８．

［９］　何万迅，施文康，叶爱伦．长周期光纤光栅及其在通

信传感领域的新应用［Ｊ］．光学 精密工程，２００１，９

（２）：１０４１０８．

ＨＥＷ Ｘ，ＳＨＩＷ Ｋ，ＹＥＡＬ．Ｌｏｎｇｐｅｒｉｏｄｆｉｂｅｒ

ｇｒａｔｉｎｇａｎｄｉｔｓｎｅｗａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

ａｎｄｓｅｎｓｉｎｇ［Ｊ］．犗狆狋．犘狉犲犮犻狊犻狅狀犈狀犵．，２００１，９（２）：

１０４１０８．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）

［１０］　桑新柱，余重秀，王葵如，等．高非线性光子晶体光

纤中布拉格光栅的制作［Ｊ］．光学 精密机械，２００５，

１３（６）：６３３６３６．

ＳＡＮＧＸＺＨ，ＹＵＣＨ Ｘ，ＷＡＮＧＫＲ，犲狋犪犾．．

ＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｉｎａｈｉｇｈｌｙｎｏｎｌｉｎｅａｒ

ｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒ［Ｊ］．犗狆狋．犘狉犲犮犻狊犻狅狀犈狀犵．，

２００５，１３（６）：６３３６３６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）

［１１］　鲁怀伟，章宝歌，李敏芝，等．基于双耦合器的平坦

型全光纤波长交错滤波器［Ｊ］．光学 精密工程，

２００６，１４（２）：１４５１５０．

ＬＵＨ Ｗ，ＺＨＡＮＧＢＧ，ＬＩＭＺＨ，犲狋犪犾．．Ａｌｌｆｉ

ｂｅｒｆｌａｔｔｏｐｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｅｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅ

ｃｏｕｐｌｅｒｓ［Ｊ］．犗狆狋．犘狉犲犮犻狊犻狅狀犈狀犵．，２００５，１４（２）：

１４５１５０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）

［１２］　ＯＵＥＬＬＥＴＴＥＦ，ＫＲＵＧＰＡ，ＳＴＥＰＨＥＮＳＴ，犲狋

犪犾．．ＢｒｏａｄｂａｎｄａｎｄＷＤＭｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ

ｕｓｉｎｇｃｈｉｒｐｅｄｓａｍｐｌｅｄｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．犈

犾犲犮狋狉狅狀．犔犲狋狋．，１９９５，３１（１１）：８９９９０１．

［１３］　ＬＩＳＹ，ＮＧＯＮＱ，ＴＪＩＮＳＣ，犲狋犪犾．．Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ

ｔｕｎａｂｌｅｎａｒｒｏｗｂａｎｄｐａｓｓｆｉｌｔｅｒｂａｓｅｄｏｎａｌｉｎｅａｒｌｙ

ｃｈｉｒｐｅｄｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ［Ｊ］．犗狆狋．犔犲狋狋．，２００４，

２９（１）：２９３１．

［１４］　ＬＯＨ Ｗ Ｈ，ＺＨＯＵＦＱ，ＰＡＮＪＪ，犲狋犪犾．．Ｎｏｖｅｌ

ｄｅｓｉｇｎｓｆｏｒｓａｍｐｌｅｄｇｒａｔｉｎｇｂａｓｅｄｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓｄｅ

ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ［Ｊ］．犗狆狋．犔犲狋狋．，１９９９，２４（２１）：１４５７

１４５９．

０７９１ 　　　　　光学　精密工程　　　　　 第１８卷　

［１５］　ＬＩＨＰ，ＬＩＭ，ＳＨＥＮＧＹＬ，犲狋犪犾．．Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎ

ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｃｈａｎｎｅｌｃｏｕｎｔｆｉ

ｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓ［Ｊ］．犑．犔犻犵犺狋狑犪狏犲犜犲犮犺狀狅犾．，

２００７，２５（９）：２７３９２７５０．

［１６］　ＬＩＭ，ＬＩＨＰ，ＰＡＩＮＣＨＡＵＤＹ．Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ

ｎｏｔｃｈｆｉｌｔｅｒｂａｓｅｄｏｎａｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｅｄｐｈａｓｅｏｎｌｙ

ｓａｍｐｌｅｄｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ［Ｊ］．犗狆狋．犈狓狆狉犲狊狊，

２００８，１６（２３）：１９３８８１９３９４．

［１７］　ＣＨＥＮＸＦ，ＬＵＯＹ，ＦＡＮＣＨＣＨ，犲狋犪犾．．Ａｎａ

ｌｙｔｉｃａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｓａｍｐｌｅｄＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇｓｗｉｔｈ

ｃｈｉｒｐｉｎｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇｐｅｒｉｏｄａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎ

ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎｉｎａＷＤＭｓｙｓｔｅｍ

［Ｊ］．犐犈犈犈犘犺狅狋狅狀．犜犲犮犺狀狅犾．犔犲狋狋．，２０００，１２（８）：

１０１３１０１５．

［１８］　ＣＨＥＮＸＦ，ＦＡＮＣＨＣＨ，ＬＵＯＹ，犲狋犪犾．．Ｎｏｖｅｌ

ｆｌａｔｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｆｉｌｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｓｔｒｏｎｇｌｙｃｈｉｒｐｅｄ

ｓａｍｐｌｅｄｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ［Ｊ］．犐犈犈犈犘犺狅狋狅狀．

犜犲犮犺狀狅犾．犔犲狋狋．，２０００，１２（１１）：１５０１１５０３．

［１９］　ＤＡＩＹＴ，ＣＨＥＮＸＦ，ＸＵＸ，犲狋犪犾．．Ｈｉｇｈｃｈａｎ

ｎｅｌｃｏｕｎｔｃｏｍｂｆｉｌｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｃｈｉｒｐｅｄｓａｍｐｌｅｄｆｉｂｅｒ

Ｂｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇａｎｄｐｈａｓｅｓｈｉｆｔ［Ｊ］．犐犈犈犈犘犺狅狋狅狀．

犜犲犮犺狀狅犾．犔犲狋狋．，２００５，１７（５）：１０４０１０４２．

［２０］　ＬＡＵＲＩＤＳＥＮＶＣ，ＳＯＮＤＥＲＧＡＡＲＤＴ，ＶＡＲＭ

ＩＮＧＰ，犲狋犪犾．．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｆｅｅｄｂａｃｋｆｉｂｅｒ

ｌａｓｅｒｓＩＥＴＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｃ］．犜犺犲１１狋犺

犻狀狋犲狉狀犪狋犻狅狀犪犾犮狅狀犳犲狉犲狀犮犲狅狀犻狀狋犲犵狉犪狋犲犱狅狆狋犻犮狊犪狀犱

狅狆狋犻犮犪犾犳犻犫狉犲犮狅犿犿狌狀犻犮犪狋犻狅狀狊犪狀犱狋犺犲２３狉犱犈狌狉狅

狆犲犪狀犮狅狀犳犲狉犲狀犮犲狅狀狅狆狋犻犮犪犾犮狅犿犿狌狀犻犮犪狋犻狅狀狊．犔狅狀

犱狅狀，犚犗犢犃犝犕犈犝犖犐：犕狅狀狅犵狉犪狆犺犻犲，１９９７：３９

４２．

作者简介：

　

涂兴华（１９７６－），男，安徽阜南人，博

士，讲师，２００５年于中科院安徽光学精

密机械研究所获得博士学位，主要从事

微流控光学、光纤通信及光互连技术的

研究。Ｅｍａｉｌ：ｔｕｘｈ＠ｎｊｕｐｔ．ｅｄｕ．ｃｎ

刘逢清（１９７５－），男，江西宁都人，博

士，副教授，２００３年于上海交通大学获

得博士学位，主要从事光纤通信及其接

入技术的研究。Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｆｑ＠ｎｊｕｐｔ．

ｅｄｕ．ｃｎ

徐　宁（１９６０－），女，江苏南京人，副教

授，１９９４年于加拿大拉瓦儿大学获光

学硕士学位，主要从事光波导理论与光

纤通信的研究。Ｅｍａｉｌ：ｘｕｎｉｎｇ＠ｎｊｕ

ｐｔ．ｅｄｕ．ｃｎ

１７９１第９期 　涂兴华，等：非连续线性啁啾取样布拉格光栅型多信道光纤滤波器的设计