滤波器:一种新型基于MEMS的GTI滤波器

　　1、 介绍
　　波分复用器和解复用器几乎是所有WDM系统和网络主要组成部分从传统意义上讲多路复用/解复用器(de/mux)都属于静态器件随着温度变化波长范围会有少许改变几乎在第个静态复用/解复用器获得商用同时人们就梦想出现种能实现波长快速调谐版本复用/解复用器快速可调复用/解复用器可以广泛应用到各种领域包括应用在时间/波长 2维光码分多址(OCDMA)系统里快速跳码(code hopping)技术上从而既提高了QoS性能又增强了性[1]
　　
　　先前可调复用器几乎没有什么新进展最近有利用个1xN MEMS驱动Gires-Tournois干涉仪(GTI)来制作快速调谐复用/解复用器报道[2]采用这种思路方法GTI是利用个可编程微反射镜阵列来取代传统GTI结构里背向反射平面(back reflection plane)从功能上来说这种GTI实际上扮演着类似可调阵列波导光栅(AWG)角色[3]输出端口都是和相关波长呈周期性关系例如对于个包含N个端口多路解复用器来说第路波长从端口1输出第N路波长从端口N输出而第N+1路波长则又从端口1输出经过调谐后第N-1路波长可以从端口N输出而第N路波长则可以由端口1输出第N+1路波长由端口2输出在我们原型器件中邻近端口的间串扰为8 dB而MEMS反射镜调谐速度达到了10μs尽管基本器件测量论文已有公开发表[2]但系统级研究还尚未被报道
　　
　　在本篇论文里我们将演示个基于GTI1x3波长复用/解复用器系统级性能以及快速转换能力当中采用GTI带有个可调谐中心波长对GTI群延迟波纹(GDR)测量发现其GDR低于5ps而在对这款复用/解复用器进行10Gb/s数据传输演示时发现其功率损耗低于0.5 dB
　　
　　另外由于2DOCDMA系统里异步光正交码周期性频率位移现象也导致了正交码现象[4]因此用这种可调多路器来实现编码跳跃(Code hopping)便成为种简单易行方式由于偷听者需要在监听编码本身同时还要发现跳码次序这就增加偷听难度因此系统性大大提高同时由于可调编码器/解码器在出现其他用户MAI(Multiple Access Interference多址接入干扰)降低接收信号质量情况下可以允许个用户跳跃到个新编码上因此跳码技术也被证明可以维护服务品质(QoS)而这款MEMS GTI则可以被用来完成编码跳跃同时相比其他潜在竞争技术(如温度调谐FBG或延迟线开关)性能也作了重大改进(如速度和简单性)下面我们就介绍下采用GTI2D OCDMA系统跳码试验情况
　　
　　2、将GTI作为个高速开关
　　每个多路器输出端口都表现出个周期性滤波器光谱通过改变加载于静电MEMS驱动器上电压我们可以改变微发射镜垂直方位因此我们引入了入射光束相位移概念这种相位移在光纤阵列输出端会转变为输出干涉图样周期性位移(cyclic sht)[2]举例而言从端口3到端口1被称为第3rd个波长位移从端口1到端口2是第1个波长位移依次类推(见图1a)图2a则展示了转换个承载2Gb/s数据波长穿越多路器通过在两个区别电压的间进行转换(速率为15 kHz)引入数据输出端口将从端口2转换到端口1图中显示了10μs转换速度我们还观察到在转换过程中比特并未出现降级退化现象不过峰对峰值(peak to peak)却发生了改变这些端口处于关闭位置时串扰为5-8dB标准插入损耗为11.5dB的所以会出现这么高插损和串扰主要原因是元件和自由空域耦合未对准缘故因此我们可以通过使用个阶跃光束分路器(分光比可调)以及增加微反射镜数量(目前般为6个)思路方法来大幅改进插损和串扰性能模拟结果显示[2]插损最低可降到3dB串扰也能达到13dB
　　　
　　图1(a)通过改变MEMS结构多路器便获得周期性输出波长转换速率为10μs而多路器带宽为30nmFSR也可以从0.6nm 调节到1.2nm(b)GTI周期性位移也可以被用来进行正交OCDMA码间跳跃
　　　
　　图2b则展示了贯穿滤波器通带群时延波纹GDR数据显示其peak-to-peak波纹在整个滤波器带宽范围内都低于5 ps并且具有个比较均匀平坦斜率——这介绍说明滤波器有效减少了色度色散现象GDR采用是调制相法测量fmod = 1 GHz lstep= 0.01nm
　　
　　图2(a)在端口2和3的间转换l2转换时间为10μs(b) 贯穿GTI滤波器通带群时延波纹GDR图其peak-to-peak波纹在整个滤波器带宽范围内都低于5 psGDR采用是调制相法测量fmod = 1 GHz lstep= 0.01nm(c)10G调制1548nm信号穿过每端口BER测量在穿越CTI过程中比特未出现失真现象
　　
　　图2c显示了10G调制1548nm信号穿过每端口BER测量情况结果显示功率损耗低于0.5dB
　　
　　3、在个时间-波长 2维OCDMA系统中快速跳码试验
　　光码分多址(OCDMA)技术因其能实现多个用户的间安全异步数字通讯而受到人们越来越多关注[5]种有助于传统OCDMA系统消除对小型码片时间(chip time)需求思路方法就是采用 2维OCDMA架构在上述架构中每个比特被分离成些码片时间和组不连续波长集合[6]图1b显示了个OCDMA比特是如何按时域和波长来编码由于异步正交码波长周期位移通常是正交码本身因此GTI周期性波长调谐特性结合MEMS驱动器快速调制速度将使这些基于MEMS可调GTI成为跳码OCDMA系统不错选择
　　
　　试验装备
　　图3显示了跳码演示中试验配置图每个数据比特被编写进个 3波长(1543.2 nm, 1548 nm, 1552.8 nm)和8个码片(每个码片间隔为100ps)组合如果数据为“1”那10Gb/s图样发生器就在个比特周期内(800 ps)产生个100ps脉冲如果数据为“0”则没有脉冲光纤布拉格光栅阵列(FBGA)则作为固定编码器来延迟相关码字波长编码数据接着再穿过区别长度光纤(~20 m)分配到各个用户手中
　　　
　　图3:在个时间-波长OCDMA系统中采用GTI作为可调解码器试验配置图传输速率为1.25Gb/s每个码片为10Gb/s
　　
　　图4:通过调节GTI电压使的达到30V用户1就可以被解码了将电压调节到80V第 2个用户将被解码图a和B显示了当只有个用户存在时候编码/解码情况图c显示了存在两个用户时跳码情况
　　
　　来自两个用户编码数据被集合在起再通过可调GTI解码器连接到GTI输出端口光纤长度都是不样从而对用户波长进行重新排列并产生个 3级峰值脉冲接收器输出端是个阀值探测器可以复原1.25Gb/s数据图4a和b显示了只需调节GTI电压就可以对用户1和用户2数据进行解码而无须改变延迟线长度图4c显示了两个用户同时存在情况当个用户被解码时剩余用户将会对先前用户产生噪音来自GTI串扰也跟MAI类似

延伸阅读

• 2011-1-28-- 滤波算法,10种简单的数字滤波算法