TFF型WDM器件技術原理
我們知道，光纖通信是技術是實現互聯網並改變世界的關鍵技術之一，光纖通信的一個優勢是可以在一根光纖中同時傳輸數十個波長，稱作波分複用（WDM）。WDM傳輸的基本元件是光學濾波器，可通過光纖熔融拉錐（FBT）、薄膜濾光片（TFF）、陣列波導光柵（AWG）和光學梳狀濾波器等技術實現。TFF和AWG是最常用的兩種WDM技術，本文討論基於TFF的WDM器件。
薄膜濾光片
法布里－帕羅干涉儀（FPI）是光學濾波領域常用的干涉儀。FPI結構如圖1所示，包括兩個玻璃片和夾在其中、具有精確厚度的隔片。玻璃片的內表面鍍了部分反射膜，外表面則通常鍍增透膜。
圖1． 法布里－帕羅干涉儀結構
除了圖1中的體光學結構，FPI還可以通過介質膜實現，如圖2所示。多層薄膜沉積於玻璃基片上，以高／低折射率介質膜構成的週期結構，其功能類似於部分反射膜。中間的腔層將兩個反射鏡隔開。
圖2． 基於薄膜技術的法布里－帕羅干涉儀
與基於體光學元件的傳統FPI干涉儀一樣，基於薄膜技術的FPI干涉儀也可以作爲光學濾波器。如圖3所示，干涉儀的透射峯是週期性的，隨着鏡面反射率的增加，透射譜的精細度越來越高。在自由光譜範圍內，干涉儀只有一個透射峯，如圖4所示。當鏡面反射率較高時，透射峯線寬非常窄，可用於窄帶濾波。
圖3． 薄膜FPI的透射譜
圖4． 窄帶FPI在一個FSR之內的透射譜
然而，在一些特殊應用領域，比如DWDM傳輸系統中，要求濾波器具有平頂平頂和窄帶濾波特性。這種濾波器需要多腔薄膜結構，如圖5所示。多腔的效果如圖6所示，FP干涉腔的數量越多，通帶越平坦，而邊緣陡降特性更好，這對DWDM系統中的應用非常有利。然而，多腔結構伴隨着更多的“鏡面”，意味着薄膜層數成倍增加。所有膜層都需要以非常高的均勻度和精密的厚度沉積於玻璃基片上，因此多腔結構將會降低良率，增加成本。
圖5． 多腔薄膜濾波器結構
圖6． 多腔薄膜濾波器的濾波效果
薄膜濾波器的設計非常靈活，除了具有平頂的窄帶濾波片，還可以實現許多其他濾波器，比如圖7中的長波通濾波片（LP）， 圖8中的增益平坦化濾波片（GFF）。LP濾波器可用於WDM單纖雙向傳輸，比如發射波長爲1310nm的光信號，接收波長爲1550nm的光信號。GFF濾波器則用於摻餌光纖放大器（EDFA）中，對增益譜進行平坦化。
圖7． 長波通濾波片的透射譜
圖8． 增益平坦化濾波片的透射譜
WDM器件
TFF濾光片用於WDM器件中，圖9所示爲三端口WDM器件的結構，包括一個雙光纖準直器、一個單光纖準直器和一個TFF濾光片，TFF濾光片粘貼在雙光纖準直器的準直透鏡的端面上。WDM信號包括波長λ1， λ2，…λn，從公共端輸入，TFF濾光片讓一個波長λn透射，其他波長則被反射，因此波長λn從透射段輸出，而其他波長從反射端輸出。
圖9． 基於TFF的三端口WDM器件結構
爲了將所有波長解複用，需要將n個三端口器件串聯起來，組成WDM模塊，如圖10所示，其中每個三端口器件中的TFF濾光片，其透射波長不同。WDM模塊可用作解複用器或者複用器，取決於信號的傳輸方向。
圖10． 基於三端口WDM器件的WDM模塊結構
基於三端口WDM器件的WDM模塊，其尺寸相對較大（典型8信道WDM模塊的尺寸爲130×90×13mm3），在一些特殊應用領域，這個尺寸不符合要求。爲滿足這些要求，人們開發了緊湊型WDM模塊，如圖11所示。所有TFF濾光片固定在一塊玻璃基片上，然後逐個對準和固定輸入／輸出準直器。緊湊型WDM模塊的典型尺寸爲50×30×6mm3，比常規WDM模塊的尺寸小得到。緊湊型DWDM和CWDM模塊，通常又叫作CDWDM和CCWDM。
圖11． 緊湊型WDM模塊結構
從圖10中可以看到，模塊中的不同波長經過不同數量的三端口WDM器件，因此產生不同的插入損耗。隨着端口數增加，損耗均勻性劣化。此外，最後端口處的最大損耗是限制端口數的另一個因素。圖11中的緊湊型WDM模塊，存在同樣的問題。因此TFF型WDM模塊通常限於≤16信道。
億源通，是一家專注於光通信無源基礎器件研發、製造、銷售與服務於一體的無源光通信器件OEM／ODM廠商，主要生產和銷售光纖連接類產品（光纖連接器、適配器、跳線），WDM波分複用器，PLC光分路器，MEMS光開關等核心光無源基礎器件，廣泛應用於光纖到戶、4G／5G移動通信、互聯網數據中心、國防通信等領域。
