武汉理工大学学士学位（论文）
ITU-Tλ左λ 通带宽度ITU-Tλ λcw λ右 带内 波动0dB 最小插损XdB 相邻信道 隔离度
图4. 1 梳状滤波器主要参数示意图
1）插入损耗（insertion loss）
插入损耗（IL）是以ITU-T规定的波长为中心的通带带宽内输出光功率与输入光功率之比的最大值，以dB表示。
2）中心波长（central wavelength）
中心波长（λcw）是特定通道的标称中心波长，它是以光谱分析仪扫描波形最高点为顶点向下1dB得到的 λ左和λ右的平均值。如图4.1所示 ， λcw= (λ左+ λ右) / 2。
3）中心波长精度 （wavelength accuracy）
中心波长精度是特定通道的实际中心波长和该通道标称中心波长的偏离值，以nm表示，如图4.1所示，λError= λcw–λITU。
4）相邻通道隔离度（channel isolation）
相邻通道隔离度（ISO）为该通道对相邻信道通带内光功率的最小抑制能力。ISOadj=10log(pλadj/Pi)-ILC ，光功率单位为mW。信道隔离度是Interleaver器件的一个关键性指标。隔离度越大，信道间的串扰越小。
5）带度（passband width）
带宽，分别有0.5dB，1dB，3dB，20dB，25dB等带宽，XdB 带宽( Bandwidth)，从最小损耗增加XdB 损耗时的最小波长和最长波长之差，定义为BW= λ
6）带内波动（passband ripple）
带内波动是通带内插入损耗的最大值与最小值之差的绝对值，以dB表示。
带内波动是表征信道平坦度的参数，是在信道带宽范围内信道插入损耗的起伏。当激光器在信道带宽内漂离标称中心波长时，较小的带内波动使信道插损只有较小的变化。
右
-λ
左
。
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除图上标出的六种参数外.下面四种参数也非常重要。 1）偏振相关损耗（polarization dependent loss）
偏振相关损耗（PDL）是指在通带内各波长处，对于所有偏振态，由于偏振态的变化产生的插入损耗的最大变化值，以dB表示。
2）回波损耗（return loss）
回波损耗（RL）是从器件内部各元件端面反射引起的后向反射光功率与入射光功率的比值，以dB表示。
3）方向性（directicity）
方向性定义为光梳状分波器的奇，偶端口之间的隔离度。 4）偏振模色散（polarization mode dispersion ）
偏振模色散(PMD)是指在工作波长范围内，由于通过光梳状分波器的光信号的两任意正交偏振态之间产生的最大群时延差，以ps表示。
4.3 G-T腔交叉滤波的仿真实现
在模拟仿真阶段，衡量Interleaver性能最重要的几个参量是通带平坦度（passband ripple），带宽（passband width）及通道隔离度（channel isolation）。仿真的成功与否客观上由这几个指标决定。
标准型Interleaver的梳状滤波功能可以用Mathcad非常形象的进行模拟仿真进行模拟仿真。下面考虑最简单情况，取入射线偏光振幅为1，对上述标准具的滤波过程做模拟计算，列出比较主要的源程序，导出仿真波形。
Mathcad部分源程序如下(左侧汉字为注释) 检偏器
MA??x??10??00?MAy??????00? ?01?
空气折射率 n??1 G-T腔光程差 ????d???2??2n?100d0 入射光振幅 E0????1??0?? 2透射率 t(r)??1?r ??i???2?????e0?co?s???si?nM??????????????co?s???????si?ni??2?0e波片
????????co?s??si?n?????si?n??co?s????? 武汉理工大学学士学位（论文）
M1??M(?45Grad?45Grad)2 M2??M(?45Grad?90Grad) 2i??(??d)i??2???d?r???M1?r?E0 E2???d?r??1??2???M1?M2?M1?t(r)?E0?eE1? ?
En???d?r??1??2???M1?(M2)(2?n?2)?e ?M1?t(r)?r2n?2?E0?ei?(n?1)??(??d)i?(n?2)??1i?(n?1)??2?e?e I1???d?r??1??2???MAxE????d?r??1??2??E0 I2???d?r??1??2???MAy?E???d?r??1??2??E0 2? dB?2??d?r??1??2???10log??I2???d?r??1??2?? ???d?r??1??2???10logdB1?I1???d?r??1??2?导出输出波形得:
?2
图4. 2 双折射G-T腔输出光谱图
由图4.1中可以看出，输出光谱中的s光和p光中的频谱式互补，波形顶部平坦，带内波动小，带宽良好，隔离度约为35dB以上，非常理想得实现了交叉滤波。这是考虑的最理想情况，在实际滤波系统中还存在一些干扰因素，可能会影响光谱的互补特性和隔离度。下一节研究总体设计方案的可行性的时候将会对整个结构图进仿真计算。
4.4 方案设计与可行性研究
在第2章提到，根据MGTI改造的BGTI有偏振模色散大和腔长一致性难以保证的缺点。为了找到可行的设计方案，我们必须首先想办法降低偏振模色散。偏振模色散 (PMD)是指在工作波长范围内，由于通过光梳状分波器的光信号的两任意正交偏振态之间产生的最大群时延差。有下面一种结构可以对PMD进行改善。
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1/2波片光轴方向入射非偏振光光轴方向起偏分束器起偏分束器出射非偏振光1/2波片
图4. 3 PMD补偿示意图
如图4.2所示，在输入端起偏分束器处得到的e光到输出端的起偏分束器处就变成了o光，在输入端起偏分束器处得到的o光到输出端的起偏分束器处就变成了e光，这样，两路光经过的光程就一样长了，就可以一定程度上对PMD进行补偿。
于是，一种新型的BGTI设计方案如图4.3所示，该结构只采用了一个GTI，光入射后被起偏分束器分成两束线偏振光，这两束线偏光进入同一个G-T腔，其中S分量和P分量在腔的界面上发生干涉，实现滤波功能[19]。 此类型Interleaver结构更为简单，同时使PMD大大降低，具有更好的温度稳定性。
环形器输入 G-T腔 输出光11/2波片 1/4波片 1/8波片 输出光2 透镜
图4. 4 单级标准具型Interleaver
单级BGTI型Interleaver克服了原始方案中两个G-T的腔长不一定性带来的影响，而且使PMD大大降低，仅用一只标准就实现了滤波功能，所以具有更好的温度稳定性，是比较理想的设计方案。现对该方案进行模拟仿真，观察输出波形是否达到要求，验证该方案的可行性。(源程序见附录1)
输出波形如下:
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图4. 5 单级标准具型Interleaver输出光谱图
由图4.4中可以看出，输出光中的两路光波频谱式互补，波形顶部平坦，带宽相对较好，达到了交叉滤波的要求。但将图4.4与图4.2对比可以明显看出，单级结构的信道隔离度明显降低，仅有25dB左右，这样会造成相邻信道间的串绕增大，实际应用中严重影响DWDM的系统性能，降低系统信噪比。所以单级的Interleaver是无法满足设计的要求，需要进一步对标准具型Interleaver的隔离度进行优化设计。
为了提高Interleaver输出波形中相邻信道的隔离度，我们尝试两个标准具的级联来实现对单级输出波形的又一次滤波，希望提高系统性能[20]。下面是三个标准具实现二级级联后的结构图。
标准具3标准具2标准具1输入光旋光系统 输出光2 输出光1
图4. 6 级联标准具型Interleaver结构图
下面利用用mathcad对级联后的标准具的Interleaver做传输函数的模拟计算。设石英玻璃（SIO2）的o光和e光的折射率分别为No(?)和Ne(?)，设平行与X轴的起偏器的琼斯