光滤波器的工作原理

现存滤波器的基本工作原理都可以归结到干涉滤波或衍射滤波，而前者的应用更加广泛。实现干涉滤波的各种干涉结构都可以实现滤波：既可以是普通的FP腔，又可以是薄膜干涉；既可以光栅干涉，又可以MZ干涉。在这里主要介绍腔体FP滤波原理，薄膜干涉、光栅干涉、MZ干涉滤波原理相近，就不一一介绍了。

图9.3.1　FP滤波器

最普通的一种光滤波器是FP标准具，如图9.3.1所示，三种介质由两个平行的部分反射镜分割开，从而形成一个波长选择性的FP光滤波器腔。滤波原理如下：与镜子的法向成θ角度的入射光射到左镜面，其中部分入射光先透过镜子，射向右镜子。此时，传输光波在右镜子处部分透射，部分反射。同理，从右镜子反射的光波会在左镜子处部分透射，部分反射。来自左镜子的新的反射光波传输到右镜子处又一次部分透射，部分反射。这一过程将一直持续下去，以至于右镜子处有无数的透射波。由于镜子间的距离与激光的相干长度相比非常小，所有这些波可以看成是来自于同一个相干激光光源，因此它们在透射后会彼此相干。如果这些波彼此之间的相位关系等于0，2π，4π，…即同相，那么它们相干相加，所有这些波都将发送出去。如果这些波彼此之间的相位差等于π，3π，…即反相，那么它们相干相消，只有极少的有效光能量通过光滤波器传输出去。

所以，可以看出，当腔内往返一次的传播距离是某一波长的整数倍时，该波长的光被通过，得

L＝mλ／（2ncosθ）， m＝l，2，3

从该公式可以看出，无穷多个整数都满足同相的要求，也就是说滤波器的透过通带是周期性的。

光滤波器的参数有谐振透射带宽fFP，任何两个谐振峰之间的自由光谱区FSR以及细度f，它们满足下式：

f＝FSR／fFP

细度相当于光滤波器的品质因子，高细度值意味着高效滤波。因为FP滤波器具有周期透过函数的特性，当两个信道处在不同的透过谐振峰时，它们可以同时通过滤波器，所以为保证数据恢复的准确性，所有WDM信道必须处于滤波器的一个FSR内。