基于一阶偏振分集环的宽带可调谐光纤梳状滤波器设计及其波长连续调谐机制研究

本刊推荐：本文首次提出一种基于一阶偏振分集光纤环（PDFL）结构的宽带通传输函数（WBTF）设计方法，通过精准调控入射至第二段保偏光纤（PMF）的偏振态（SOP），实现了光谱带宽的显著扩展。研究推导了传输频谱的解析表达式，通过数值计算直接确定波片取向角（WOAs），避免了传统角度搜索的复杂性，并通过实验验证了连续波长调谐的可行性，为高速光通信和波分复用（WDM）系统提供了高性能滤波解决方案。

　　

Highlight

光学传播于偏振分集光纤环与滤波器传输方程

图1(a)展示了文献[21]中提出的一阶光纤梳状滤波器示意图，其由四端口偏振分束器（PBS）、两段等长且双折射特性相同的保偏光纤（标记为PMF1和PMF2）、两个半波片（HWP1和HWP2）以及两个四分之一波片（QWP1和QWP2）构成。一对波片（HWP1与QWP1）置于PMF1之前，另一对（HWP2与QWP2）则位于PMF2之前。每组波片调制有效相位差……

WBTF的相位调制

在本研究提出的滤波器构型中，入射偏振态（SOP_in）在庞加莱球上呈现出一个以角参数ζ为特征的环形轨迹，如图2(b)所示。通过额外引入随机相位偏移?以实现光谱调谐，最终滤波器透射率可表达如下：

$t=A+B\cos \Gamma +C\sin \Gamma +D\cos 2\Gamma +E\sin 2\Gamma$

其中：

$A=\frac{\sqrt{2}\sin \left(\frac{\zeta }{2}+\frac{\pi }{4}\right)}{8}+\frac{\sqrt{10}\cos \left(\zeta -a\tan \left(\frac{1}{3}\right)\right)}{16}+\frac{5}{16},B=-\frac{\cos \left(?\right)\left(\cos \left(\zeta \right)+1\right)}{4},$

$C=\frac{\sin \left(?\right)\left(\cos \left(\zeta \right)+1\right)}{4},D=-\frac{\sqrt{2}}{8}\cos \left(2?\right)\left(\sin \left(\frac{\zeta }{2}+\frac{\pi }{4}\right)-\frac{\cos \left(\zeta +\frac{\pi }{4}\right)}{2}+\frac{\sqrt{2}}{4}\right),$

以及

$E=\frac{\sqrt{2}\sin \left(2?\right)}{8}\left(\sin \left(\frac{\zeta }{2}+\frac{\pi }{4}\right)-\frac{\cos \left(\zeta +\frac{\pi }{4}\right)}{2}+\frac{\sqrt{2}}{4}\right)$。

（公式3b）

图7展示了?……

结论

总而言之，本研究首次提出了WBTF的设计方法，通过在一阶PDFL构型的光纤梳状滤波器中操控入射至第二段PMF的SOP，实现了光谱带宽的扩展。最终传输频谱的解析表达式被推导为设计参数ζ的函数，并且通过理论分析与实验验证，证明了WBTF中连续波长调谐的可行性。