信号流程图理论及其在光学环谐振腔特性的分析中应用的研究

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1、华中科技大学博士学位论文信号流程图理论及其在光学环谐振腔特性分析中应用的研究姓名：李卫彬申请学位级别：博士专业：光电信息工程指导教师：孙军强20090518华中科技大学博士学位论文摘要光学滤波器在波分复用系统中是一类重要的器件。其中，环谐振腔由于具有优良的频率选择特性和能量存储特性，一直被广泛地研究和应用。本文用信号流程图法研究了几类以环谐振腔为基础元件的光学滤波器的特性。全文内容如下：(1)针对马赫-曾德尔(MZI)干涉仪余弦输出的特点，分析了将光纤环谐振腔加入MZI的改进方案。用信号流程图法分析了带阻式光纤环谐振腔对MZI输出谱的影响，用传输矩阵法分析了带通式光纤环谐振

2、腔对MZI输出谱的影响。分析结果表明，这两类器件的输出谱相对于常规MZI来说，都具有更高的0.5dB透过带宽和25dB截止带宽，输出谱形态是近似于矩形方波的理想梳状谱，降低了对入射信号光的要求。(2)使用两个基本的透射式微环谐振腔，构造了一个级联的复合微环谐振腔结构，分析了该复合谐振腔的输出谱特性。研究结果表明，相对于单个透射式微环谐振腔而言，由于内在的游标效应，级联结构谐振腔输出谱的阶数受到抑制，自由谱宽范围得到了扩展，输出谱的精细度和对比度也得到了显著的提高。(3)提出了一种MZI干涉仪辅助的微环谐振腔结构，利用信号流程图法推导了该器件的输出功率表达式和半峰全宽表达式。

3、进行了数值模拟，结果显示MZI干涉仪辅助的微环谐振腔具有周期性的带阻滤波特性。最后，分析了MZI干涉仪两臂差产生的相位，以及耦合系数对器件输出谱的影响。研究结果对该器件的实际加工和进一步改善其滤波性能都具有重要的参考意义。(4)针对成品相移光栅反射谱中透射窗口位置的不可调谐性，提出了一类由环谐振腔和布拉格光栅组成的新型器件。详细分析了器件的工作原理，给出了器件的反射谱输出表达式，并推导了反射谱的精细度和半峰全宽的表达式，利用matlab进行了数值模拟。结果发现光栅辅助的环谐振腔的反射谱具有相移光栅反射谱的I华中科技大学博士学位论文特点，并且该反射谱中透射窗口的个数、深度和位

4、置还具有可调谐性。最后，分析了谐振腔参数对反射谱的半峰全宽和精细度的影响，为进一步提高该器件的性能提供了理论依据。关键词：信号流程图法环谐振腔游标效应马赫-曾德尔干涉仪布拉格光栅精细度半峰全宽II华中科技大学博士学位论文AbstractOpticalfilterinwavelengthdivisionmultiplexingsystemisanimportantclassofdevices.Amongthem,theopticalringresonatorsduetotheirhighfrequencyselectivityandsignificantpowerstorag

5、eattheresonancefrequencies,havebeenextensivelyresearchedandapplied.Inthisdissertation,severalopticalfilterbasedonringresonatorareanalyzedindetailusingsignalflowgraphmethod.Themaincontentsofthedissertationareasfollows:(1)TheMach-Zehnderinterferometer(MZI)hasthecosineoutputcharacteristics.To

6、solvethisproblem,adevicebasedonMach-Zehnderinterferometerwithafiberringresonatorinonearmisproposed.Usingthesignalflowgraphmehtod,influenceontheMZIinterferometerbythestopbandtypefiberringresonatorisdiscussed.Andusingthetransmissionmatrixmethod,theinfluenceontheMZIbythepassbandtypefiberringr

7、esonatorisalsodiscussed.Theresultindicatesthatthewidthof0.5dBpassbandand25dBstopbandofproposeddevicesaresimultaneouslyimprovedremarkably,whicharemuchwiderthanthatoftheconventionalMZIinterferometer.Thefilteringperformanceoftheseproposeddevices,whichachieveanear