波分復用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)光纖通信技術是發掘利用光纖潛在傳輸容量最有效并被廣泛應用的技術方案.WDM是指在一根光纖上不只是傳送一個載波,而是同時傳送多個波長不同的光載波.使一根光纖由單一信道變為多個信道,從而使得光纖的傳輸能力成倍增加.波分復用特別是密集波分復用(Dense WDM,DWDM)技術已成為近年來人們關注的熱點.隨著第三通信窗口(1550nm)的使用,WDM光通信正在成為主流的技術.波分復用系統中的關鍵元件是衛浴光纖鏈路兩端的復用器和解復用器,可逆的解復用器也可以用來復用信號做復用器,故統稱波分復用器.波分復用器的應用范圍很廣,包括WDM系統中波長的復用和解復用,以及全光網中的光交叉互連(OXC)、光分插復用(OADM)和波長路由選擇等.波分復用器件的關鍵指標有:光學損耗、最大波長通道數、通道間隔、每個通道的3dB光學帶寬、通道間的串擾、通帶偏振相關性和溫度穩定性.隨著通道的波長間隔越來越小和通道數目日益增加,對波長復用器件等無源光網絡和器件提出了更高的要求.

　　以波分復用系統的關鍵器件—復用/解復用器為例,除了傳統的介質薄膜干涉型濾波器以外,已經發展了光纖布拉格光柵、陣列波導光柵、光線方向耦合器等技術.這些技術都有各自的優點和局限性.介質薄膜干涉型濾波器通道數越高,器件損耗和成本線形增大.基本上高低交替的折射率薄膜到了百層以上時,總厚度很大,會形成設計上的瓶頸,使器件難以實現更窄的通道間隔.光纖布拉格光柵需要環型器或M-Z干涉儀的設置,其成本隨頻道數增加而增大,故它不適合于寬帶的應用.陣列波導光柵濾波器非相鄰的頻道雜訊高,需要溫度控制,而且投資成本很高.光纖方向耦合器智能用作兩路解復用器,制作多路密集解復用器難度很大.因此,各國研究人員仍在積極發展新型的波長濾波器件,體光柵型器件就是一種選擇.

　　體光柵屬于角色散型器件.在玻璃襯底上沉積環氧樹脂,在其上制造光柵線,構成反射型閃耀光柵.入射光照射到光柵上后,由于光柵的角色散作用,不同波長的光以不同角度反射,然后經透鏡匯聚到不同的輸出光纖,從而完成波長選擇作用.這種體光柵不易制造,價格頗高.用全息方法制作體光柵則可以大大降低制作成本.

　　利用體全息光柵實現波分復用的構想可以追溯到1977年,貝爾實驗室的Tomlinson針對當時多模光纖波分復用通信系統的基本參數,全面評價了各種復用/解復用器件的設計性能、需要的器件尺寸和材料特性.以工作在820nm波段的三通道復用器設計為例,指出用一個反射型平面閃耀光柵作為波長選擇元件,加上一個漸變折射率光學元件(GRIN)作為準直器就可以實現三通道復用器;用簡單的厚光柵制成同樣的復用器需要至少2個波長選擇元件和4個準直器,體積大、技術復雜、對材料的要求也高;用多重復用的厚光柵或全息圖可以制得比閃耀光柵器件更小,但對記錄材料的要求很高.1981年,Horner和Ludman提出用單一體光柵同時衍射幾個通道的方案.Horner和Ludmon在15um厚的重鉻酸眼全息干版中用488nm波長記錄球面波的全息圖,全息圖工作的波長帶寬達到120nm,實驗對氬離子激光器的幾條可見光譜線,以及氦氖激光器的633nm譜線都實現了有效的分離.近十余年來,體全息光柵波分復用器件的研究持續發展,上述這些方案為體全息光柵型波分復用器的研究提供了基本的結構模式.

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