[发明专利]一维膜腔型不等带宽光交错复用器的设计方法

摘要

本发明涉及一种任意占空比一维膜腔型不等带宽光交错复用器的设计方法。该结构是由左右两侧蒸镀多层薄膜的介质腔级联构成。将介质腔之间的多层膜结构等效为反射镜，得到多腔反射镜级联结构的简化结构。引入数字信号处理理论中的z变换得到该简化结构的反射传输函数表达式，在此基础上结合巴特沃斯数字滤波器的设计方法，利用遗传算法得到各反射镜的最优反射系数。最后根据最优反射系数构造介质腔之间的多层膜结构，来实现一维膜腔型不等带宽光交错复用器的设计。本发明方法借助成熟的数字滤波器设计方法，方法简单；设计的一维膜腔型光交错复用器结构简单，实际中容易制作；且可以设计任意占空比的光交错复用器，可得到高平坦特性的输出光谱。

主权项

1.一种一维膜腔型不等带宽光交错复用器的设计方法，其特征在于：将介质腔之间的多层膜结构等效为反射镜，得到多腔反射镜级联结构的简化结构；引入数字信号处理理论中的z变换得到该简化结构的反射传输函数表达式，在此基础上结合巴特沃斯数字滤波器的设计方法，利用遗传算法得到各反射镜的最优反射系数；最后根据最优反射系数构造介质腔之间的多层膜结构，来实现一维膜腔型不等带宽光交错复用器的设计；令各介质腔的光学厚度nd＝c/(2Δf)，c为光速，Δf为光谱周期，多层膜结构中每层膜的光学厚度ndd＝λ0/4，λ0为中心波长；具体设计步骤如下：(1)利用数字信号处理中的巴特沃斯滤波器设计原理设计一个巴特沃斯低通滤波器，使其满足所要设计的光交错复用器的光谱特性要求，得到数字域的反射传输函数的表达式；(2)确定滤波器的阶数N，N等于第一步得到的反射传输函数表达式中z的最高负次幂；(3)由第二步得到的滤波器阶数N，确定膜腔结构中的腔的个数为N，则共有N+1面等效反射镜，若N为奇数，则反射镜的反射系数分别为r1,r2,…,r(N+1)/2,r(N+1)/2，…，r2,r1；若N为偶数，则反射镜的反射系数分别为r1,r2,…,rN/2,r(N/2)+1，rN/2，…，r2,r1；(4)引入z变换得到简化后的多腔反射镜级联结构的光域的反射传输函数表达式；(5)利用遗传算法使步骤4得到的光域的反射传输函数表达式尽可能等于步骤1的数字域的反射传输函数表达式，确定各反射镜的最优反射系数；(6)选择高折射率材料H、低折射率材料L及介质腔材料C，分别构造多层膜结构(HL)nD，使光通过该多层膜结构的反射系数与上述最优的各反射系数尽可能相等，其中n为自然数，D为使反射系数满足要求添加的辅助材料，从而得到膜腔结构的所有设计参数。