波分復(fù)用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)光纖通信技術(shù)是發(fā)掘利用光纖潛在傳輸容量最有效并被廣泛應(yīng)用的技術(shù)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?yōu)槎鄠€信道,從而使得光纖的傳輸能力成倍增加.波分復(fù)用特別是密集波分復(fù)用(Dense WDM,DWDM)技術(shù)已成為近年來人們關(guān)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(shù).波分復(fù)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件是衛(wèi)浴光纖鏈路兩端的復(fù)用器和解復(fù)用器,可逆的解復(fù)用器也可以用來復(fù)用信號做復(fù)用器,故統(tǒng)稱波分復(fù)用器.波分復(fù)用器的應(yīng)用范圍很廣,包括WDM系統(tǒng)中波長的復(fù)用和解復(fù)用,以及全光網(wǎng)中的光交叉互連(OXC)、光分插復(fù)用(OADM)和波長路由選擇等.波分復(fù)用器件的關(guān)鍵指標(biāo)有:光學(xué)損耗、最大波長通道數(shù)、通道間隔、每個通道的3dB光學(xué)帶寬、通道間的串?dāng)_、通帶偏振相關(guān)性和溫度穩(wěn)定性.隨著通道的波長間隔越來越小和通道數(shù)目日益增加,對波長復(fù)用器件等無源光網(wǎng)絡(luò)和器件提出了更高的要求.
以波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵器件—復(fù)用/解復(fù)用器為例,除了傳統(tǒng)的介質(zhì)薄膜干涉型濾波器以外,已經(jīng)發(fā)展了光纖布拉格光柵、陣列波導(dǎo)光柵、光線方向耦合器等技術(shù).這些技術(shù)都有各自的優(yōu)點和局限性.介質(zhì)薄膜干涉型濾波器通道數(shù)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(shè)計上的瓶頸,使器件難以實現(xiàn)更窄的通道間隔.光纖布拉格光柵需要環(huán)型器或M-Z干涉儀的設(shè)置,其成本隨頻道數(shù)增加而增大,故它不適合于寬帶的應(yīng)用.陣列波導(dǎo)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(fù)用器,制作多路密集解復(fù)用器難度很大.因此,各國研究人員仍在積極發(fā)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(huán)氧樹脂,在其上制造光柵線,構(gòu)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(jīng)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(xiàn)波分復(fù)用的構(gòu)想可以追溯到1977年,貝爾實驗室的Tomlinson針對當(dāng)時多模光纖波分復(fù)用通信系統(tǒng)的基本參數(shù),全面評價了各種復(fù)用/解復(fù)用器件的設(shè)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(fù)用器設(shè)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(xué)元件(GRIN)作為準(zhǔn)直器就可以實現(xiàn)三通道復(fù)用器;用簡單的厚光柵制成同樣的復(fù)用器需要至少2個波長選擇元件和4個準(zhǔn)直器,體積大、技術(shù)復(fù)雜、對材料的要求也高;用多重復(fù)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(xiàn)了有效的分離.近十余年來,體全息光柵波分復(fù)用器件的研究持續(xù)發(fā)展,上述這些方案為體全息光柵型波分復(fù)用器的研究提供了基本的結(jié)構(gòu)模式.
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