專利名稱：基于環(huán)形諧振腔的可調(diào)光學(xué)濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光器件領(lǐng)域，具體涉及一種集成平面波導(dǎo)、可調(diào)諧光濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，可應(yīng)用于光通信系統(tǒng)中濾波器和波分(解)復(fù)用器件等的設(shè)計(jì)制作。
背景技術(shù)：
光濾波器通過對不同波長信號具有不同的透過與反射特性，可以實(shí)現(xiàn)對不同波長的光信號的分路或合路。因此可應(yīng)用于光通信、傳感測量等大量光學(xué)系統(tǒng)和相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用和研究中，特別是在光通信領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景和價值。對于許多系統(tǒng)的應(yīng)用往往還需要光濾波器具有一定的可調(diào)諧性，即其響應(yīng)特性可以改變。
目前，人們對信息傳輸容量的要求越來越高，光通信由于其大容量、高速率、低損耗等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為信息傳遞的主要手段。光波分復(fù)用技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步提高了系統(tǒng)容量，近些年，隨著密集波分復(fù)用技術(shù)的成熟，光通信系統(tǒng)的傳輸速率得到進(jìn)一步提高。無論應(yīng)用哪一種技術(shù)，光濾波器都是必不可少的關(guān)鍵器件。它的主要作用是利用其濾波功能下載傳輸信道中傳給本地節(jié)點(diǎn)的特定波長的光信號，以及上傳本地發(fā)往遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的信號。
隨著光通信技術(shù)的飛速發(fā)展，光濾波器的研究日益深入，出現(xiàn)了大量可應(yīng)用于實(shí)際、性能優(yōu)越的光濾波器。目前已經(jīng)出現(xiàn)的在實(shí)際中有所應(yīng)用或有潛在應(yīng)用前景的光學(xué)濾波器主要有F-P腔型光學(xué)濾波器、馬赫-陳德爾干涉型濾波器、光柵濾波器、介質(zhì)薄膜濾波器和基于環(huán)形諧振腔的光學(xué)濾波器等。由于基于微環(huán)諧振腔的光學(xué)濾波器的微環(huán)半徑都在微米級，可以實(shí)現(xiàn)較大的自由譜范圍，在實(shí)際中，特別是波分復(fù)用光通信系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景，是目前研究的熱點(diǎn)。無論濾波器的實(shí)現(xiàn)機(jī)理如何，都可將光學(xué)濾波器分為固定濾波器和可調(diào)濾波器兩大類。對于基于微環(huán)諧振腔的固定光學(xué)濾波器，最常見的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)就是由兩個傳輸波導(dǎo)和一個環(huán)形波導(dǎo)諧振腔組成。最初由于制作工藝的限制，諧振腔是由四個直波導(dǎo)連接而成，在兩個直波導(dǎo)的連接處使用弧形波導(dǎo)連接，以此降低諧振腔的損耗。即便采用弧形波導(dǎo)連接，這種結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)彎曲損耗仍然比較大。隨著制作工藝的發(fā)展，特別是微機(jī)械加工和納米技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)半徑足夠小的環(huán)形波導(dǎo)，從而使得環(huán)形諧振腔的彎曲損耗大大降低。后來隨著基于環(huán)形諧振腔的光學(xué)濾波器在實(shí)際中應(yīng)用的逐步深入，研究人員發(fā)現(xiàn)，僅由一個環(huán)形諧振腔組成的濾波器結(jié)構(gòu)在某些波長處的衰減不夠快、不夠大。為了解決這個問題，研究人員提出了高階環(huán)形諧振腔光學(xué)濾波器，這種濾波器是將多個微環(huán)諧振腔串聯(lián)在一起，從而提高了在工作波長處的衰減速度和衰減值。工作波長固定的濾波器技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但要實(shí)現(xiàn)對不同波長的操作，特別是在DWDM系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛的情況下，必須使用多個固定濾波器來實(shí)現(xiàn)，操作非常不方便，必將在實(shí)際應(yīng)用中受到極大的限制。而由于可調(diào)濾波器可以方便地實(shí)現(xiàn)對工作波長的調(diào)諧且性能優(yōu)越，因而在光通信系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景。
光可調(diào)濾波器的可調(diào)諧性可以通過改變?yōu)V波器的物理尺寸或結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)濾波器組成部分的有效折射率等方法來實(shí)現(xiàn)。由于改變?yōu)V波器物理尺寸或結(jié)構(gòu)的方法在實(shí)際應(yīng)用中操作不方便，因而調(diào)節(jié)有效折射率的方法成為研究的主流，目前出現(xiàn)的很多調(diào)諧方法都是基于有效折射率的調(diào)節(jié)。一些具體的實(shí)現(xiàn)方法包括改變傳輸波導(dǎo)和諧振腔的間距、改變外部電介質(zhì)板和濾波器的距離、改變?yōu)V波器結(jié)構(gòu)中某個組成部分周圍的電場、溫度等方法。其中，調(diào)節(jié)傳輸波導(dǎo)和諧振腔間距改變兩者之間的耦合度，可以實(shí)現(xiàn)濾波器的可調(diào)諧性[1]。改變外部電介質(zhì)板和濾波器的距離實(shí)現(xiàn)可調(diào)[2]的原理則是在電介質(zhì)板和濾波器的距離較近時，由光學(xué)材料制成的電介質(zhì)板可以對濾波器中微環(huán)諧振腔的漸逝場產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)濾波器的可調(diào)諧性。這兩種方法可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對濾波器工作波長的調(diào)諧，但兩種結(jié)構(gòu)中都應(yīng)用了機(jī)械動力裝置，操作不方便、不靈活，可調(diào)諧范圍相對有限。另外，由于機(jī)械動力裝置的應(yīng)用，使得這種結(jié)構(gòu)的調(diào)諧速度較慢，因而在實(shí)際應(yīng)用中會受應(yīng)用場合的限制。通過在濾波器結(jié)構(gòu)中的傳輸波導(dǎo)平面以上覆蓋一層向列液晶材料作為濾波器的包層，然后在液晶材料的兩端加上兩個電極，電極加電后通過電場改變液晶材料的排列方式，從而改變?yōu)V波器結(jié)構(gòu)的有效折射率的方法[3]以及通過溫度直接調(diào)節(jié)硅或其它波導(dǎo)材料折射率的方法[4]，只需改變電極兩端的電壓或溫度等條件即可，與前述應(yīng)用機(jī)械動力裝置的濾波器結(jié)構(gòu)相比操作方便，而且具有較大的自由譜范圍，可以復(fù)用更多的傳輸信道，實(shí)現(xiàn)方便、簡單、易于操作，且可以實(shí)現(xiàn)較大的可調(diào)諧范圍，在實(shí)際應(yīng)用中有廣闊的應(yīng)用前景。
本發(fā)明屬于改變?yōu)V波器的有效折射率的范疇。通過調(diào)節(jié)放置在環(huán)形諧振腔內(nèi)部的電介質(zhì)微盤的折射率調(diào)節(jié)濾波器的有效折射率。和本發(fā)明中所設(shè)計(jì)的濾波器結(jié)構(gòu)相比，前述將液晶材料作為整個濾波器包層的結(jié)構(gòu)，對加工工藝要求比較高，實(shí)現(xiàn)相對困難。而對于本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)，折射率可調(diào)微盤與傳輸波導(dǎo)處在同一個平面內(nèi)，使用平面波導(dǎo)加工技術(shù)可以方便地在實(shí)際中具體實(shí)現(xiàn)。上述通過溫度實(shí)現(xiàn)濾波器可調(diào)節(jié)性的方法以及其它一些可調(diào)諧方法[5]，是通過外部條件直接改變傳輸波導(dǎo)本身的折射率或其它特性來實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)諧性。對于這類濾波器由于實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)的材料往往難以同時具備較大的折射率變化系數(shù)和良好的波導(dǎo)特性，因此該方法往往難以實(shí)現(xiàn)較大范圍的調(diào)節(jié)。本發(fā)明中的可調(diào)濾波器結(jié)構(gòu)則是通過改變傳輸波導(dǎo)外圍器件或材料的折射率來實(shí)現(xiàn)對濾波器有效折射率的調(diào)節(jié)，對光信號在波導(dǎo)中的傳輸特性影響較小，且由于波導(dǎo)材料與可調(diào)材料可采用不同的選擇，因此可能實(shí)現(xiàn)較大的調(diào)諧范圍。本實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)簡單、操作方便、易于集成，而且可以實(shí)現(xiàn)較大的可調(diào)范圍。
Ming-Chang M.Lee，Ming C.Wu.A Reconfigurable add-drop filter using MEMS-actuatedmicro-disk resonator.Optical MEMS and Their Applications Conference，2005.IEEE/LEOSInternational Conference on Aug.1-4，2005Page(s)67-68. Gregory N.Nielson，Dilan Seneviratne，F(xiàn)rancisco Lopez-Royo et al.Integratedwavelength-selective optical MEMS switching using ring resonator filters.IEEE PhotonicsTechnology Lett[J].2005，17(6)1190-1192. Brett Maune，Rhys Lawson，Cary Gunn et al.Electrically tunable ring resonators incorporatingnematic liquid crystals as cladding layers.Appl.Phys.Lett.[J]，2003，83(23)4689-4691. Douwe H.Geuzebroek，Edwin J.Klein，Henry Kelderman et al.Wavelength-selective switchusing thermally tunable micro-ring resonators.Microresonators as Building Blocks for VLSIPhotonicsInternational School of Quantum Electronics，39th course.413-414. Y.K.Fetisov，G.Srinivasan.Electric field tuning characteristics of a ferrite-piezoelectircmicrowave resonator.Appl.Phys.Lett.[J]，2006，88(14)143503(1)-143503(3).

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明是提供一種可調(diào)諧的光學(xué)濾波器，解決光學(xué)濾波器可調(diào)諧性的實(shí)現(xiàn)問題。提供一種可調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)濾波器工作頻率可調(diào)諧性的方法。它結(jié)構(gòu)簡單、體積小、易于集成、插入和耦合損耗低，具有可調(diào)諧性實(shí)現(xiàn)簡單、操作方便、穩(wěn)定性高等突出優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)方案一種可調(diào)的光學(xué)濾波器，該濾波器由輸入波導(dǎo)(1)、耦合波導(dǎo)(2)、輸出波導(dǎo)(3)、環(huán)形波導(dǎo)(4)、可調(diào)節(jié)微盤(5)、下載波導(dǎo)(6)和上傳波導(dǎo)(7)所組成，如附圖1所示。頻率分量豐富的光信號通過輸入波導(dǎo)輸入到濾波器結(jié)構(gòu)中，在通過耦合波導(dǎo)時，光信號耦合進(jìn)環(huán)形諧振腔，其中滿足諧振條件的光信號在諧振腔內(nèi)形成諧振，在下載端輸出，實(shí)現(xiàn)了本地信號的下載。其余頻率分量的光信號由于不滿足諧振條件，仍沿著輸出波導(dǎo)輸出，傳往遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)。對于本地上傳的光信號在上傳端輸入，光信號經(jīng)由耦合波導(dǎo)耦合進(jìn)諧振腔，一部分頻率分量滿足諧振條件在諧振腔內(nèi)形成諧振，這部分信號最終在輸出端輸出，實(shí)現(xiàn)了本地信號的上傳?？紤]到此濾波器結(jié)構(gòu)中的對稱性，任一端口都可作為信號的輸入端口，其余三個端口分別實(shí)現(xiàn)其它相應(yīng)的功能。耦合波導(dǎo)部分由部分傳輸波導(dǎo)與環(huán)形波導(dǎo)的一部分構(gòu)成，在耦合區(qū)內(nèi)，兩波導(dǎo)之間的距離應(yīng)較小，以能夠保證足夠的耦合度，同時兼顧結(jié)構(gòu)的可加工性。結(jié)構(gòu)中，環(huán)形波導(dǎo)作為光學(xué)諧振腔，可調(diào)節(jié)微盤和環(huán)形波導(dǎo)處在同一個平面內(nèi)，放置在環(huán)形波導(dǎo)內(nèi)部，微盤和環(huán)形波導(dǎo)之間的間隙應(yīng)小于一個波長，以實(shí)現(xiàn)明顯的可調(diào)節(jié)性。微盤和環(huán)形波導(dǎo)之間較大的間隙會顯著降低可調(diào)諧范圍，因而應(yīng)該盡量減小兩者之間的間隙。所以為了實(shí)現(xiàn)最好的調(diào)節(jié)效果，微盤和環(huán)形波導(dǎo)應(yīng)該密接，即間距為零。環(huán)形波導(dǎo)內(nèi)緣的形狀應(yīng)該和可調(diào)節(jié)微盤的外緣的形狀相同，這樣可以更方便的實(shí)現(xiàn)兩者之間的密接。在微盤的兩個端面可放置電極、加熱裝置、壓力裝置等，改變微盤的溫度、電壓等外部條件，從而改變材料的介電特性。
在前面所述的可調(diào)光學(xué)濾波器中，工作波長的可調(diào)諧性是通過在環(huán)形波導(dǎo)的內(nèi)部放置由折射率可調(diào)材料制成的微盤來實(shí)現(xiàn)的。利用外部條件的改變調(diào)節(jié)微盤的折射率，使得環(huán)形諧振腔周圍材料的介電特性發(fā)生改變，影響了環(huán)形波導(dǎo)中的模式和場分布，進(jìn)而環(huán)形波導(dǎo)的有效折射率發(fā)生變化。根據(jù)諧振波長、自由譜范圍與有效折射率之間的關(guān)系λm＝2πneR/m，fFSR＝c/nel，環(huán)形諧振腔的諧振波長和自由譜范圍發(fā)生改變，從而使得濾波器的工作波長改變，實(shí)現(xiàn)了濾波器的可調(diào)諧性。
所述的微盤材料可以是電光材料、磁光材料，以及介電特性和溫度、壓力有關(guān)的材料等。濾波器結(jié)構(gòu)中所述的傳輸波導(dǎo)和環(huán)形波導(dǎo)對于工作波長為單模波導(dǎo)，且波導(dǎo)材料和襯底的折射率差較大，使得波導(dǎo)具有較高的傳輸效率；環(huán)形波導(dǎo)半徑在微米量級，以保證較大的自由光譜范圍，同時環(huán)形波導(dǎo)還應(yīng)具有較低的彎曲損耗，以減小濾波器的插入損耗。
本發(fā)明是一種基于環(huán)形可調(diào)諧振腔的光學(xué)濾波器，其可調(diào)諧性是通過折射率可調(diào)材料影響環(huán)形諧振腔的模式和場分布，改變其有效折射率來實(shí)現(xiàn)的。由于不同模式的光信號在波導(dǎo)中的有效折射率不同，結(jié)構(gòu)中，傳輸波導(dǎo)對于工作波長應(yīng)為單模波導(dǎo)，以保證濾波器的可調(diào)節(jié)范圍。適當(dāng)選擇輸入波導(dǎo)和環(huán)形波導(dǎo)之間的距離，保證足夠的耦合度，同時兼顧結(jié)構(gòu)的可加工性。在諧振腔的內(nèi)部放置折射率可調(diào)的電介質(zhì)材料制成的微盤，來調(diào)節(jié)諧振腔的諧振波長和自由譜范圍。微盤和波導(dǎo)在一個平面內(nèi)，同時微盤的外緣和環(huán)形波導(dǎo)的內(nèi)緣形狀和大小完全匹配，以確保實(shí)現(xiàn)最大的調(diào)節(jié)范圍。在實(shí)際應(yīng)用中利用現(xiàn)有的平面波導(dǎo)加工技術(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)。總之，這種可調(diào)節(jié)性光學(xué)濾波器結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，在微盤上下兩個端面放置電極或其它裝置，便可改變其介電特性，操作方便。因此，該結(jié)構(gòu)具有尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、耦合和輸入損耗低、易于加工、有較大的可調(diào)諧范圍、易于集成和使用等優(yōu)點(diǎn)。


圖1本發(fā)明中濾波器的結(jié)構(gòu)框圖其中1、輸入波導(dǎo)；2、耦合波導(dǎo)；3、輸出波導(dǎo)；4、環(huán)形波導(dǎo)；5、可調(diào)節(jié)微盤；6、下載波導(dǎo)；7、上傳波導(dǎo)圖具體實(shí)施方式
中對應(yīng)濾波器結(jié)構(gòu)的平面3在1550nm波長附近，不同電壓下可調(diào)諧光學(xué)濾波器的透射曲線。實(shí)線為微盤兩端電壓值為零時的透射曲線，虛線和長劃線分別對應(yīng)電壓值為50V，-50V時的透射曲線。
具體實(shí)施例方式
該可調(diào)濾波器結(jié)構(gòu)的一種
具體實(shí)施例方式該濾波器結(jié)構(gòu)由輸入波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)、環(huán)形波導(dǎo)、可調(diào)節(jié)微盤、下載波導(dǎo)和上傳波導(dǎo)所組成，具體結(jié)構(gòu)如附圖2所示。輸入波導(dǎo)依次與耦合波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)相連，環(huán)形波導(dǎo)作為光學(xué)諧振腔分別和兩個耦合波導(dǎo)相連，下載波導(dǎo)依次與耦合波導(dǎo)、上傳波導(dǎo)相連，可調(diào)節(jié)微盤實(shí)現(xiàn)對諧振腔有效折射率的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對濾波器工作波長的調(diào)節(jié)。中心波長為1550nm的具有一定頻譜寬度的高斯調(diào)制波由圖2中所示的輸入波導(dǎo)端輸入，經(jīng)由耦合波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)傳輸，在經(jīng)過耦合波導(dǎo)時，部分滿足諧振條件的輸入波在諧振腔內(nèi)形成諧振，在下載波導(dǎo)端輸出，實(shí)現(xiàn)了濾波功能。本發(fā)明中濾波器結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧性原理是通過改變微盤材料的折射率，影響光學(xué)諧振腔的模式和場分布，從而改變了光學(xué)諧振器的有效折射率，根據(jù)公式λm＝2πneR/m，fFSR＝c/nel(其中λm為諧振腔的m階諧振波長，fFSR為諧振腔的自由譜范圍)可知，有效折射率的改變使得諧振腔諧振頻率發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)了濾波器工作波長的調(diào)諧。
結(jié)構(gòu)中傳輸波導(dǎo)和組成諧振腔的波導(dǎo)均采用SOI材料，SOI波導(dǎo)材料和襯底的折射率比為3.5/1.5，較高的襯底/材料折射率比可以降低波導(dǎo)的傳輸損耗，同時將波導(dǎo)的彎曲損耗降到可以忽略的水平。另外，較窄的傳輸波導(dǎo)可以提高系統(tǒng)的傳輸效率，增大濾波器的Q值，因而將矩形波導(dǎo)和環(huán)形波導(dǎo)的寬度設(shè)為500nm，厚度為200nm，長度為50μm。傳輸波導(dǎo)和環(huán)形波導(dǎo)之間的距離設(shè)置為0，以保證足夠的耦合度?？烧{(diào)節(jié)微盤外緣與環(huán)形波導(dǎo)內(nèi)緣形狀相同，兩者之間的距離越近，折射率可調(diào)微盤對諧振腔中的模式和場分布的影響越明顯，可實(shí)現(xiàn)的調(diào)諧范圍越大，因而兩者之間的距離應(yīng)不大于一個輸入波長。在本實(shí)施例中，環(huán)形波導(dǎo)為圓形，因而微盤的外緣形狀為圓形，兩者處在同一個平面內(nèi)，易于使用平面波導(dǎo)加工技術(shù)進(jìn)行加工制作，且使得可調(diào)節(jié)微盤和環(huán)形波導(dǎo)之間的距離為0，以實(shí)現(xiàn)最大的可調(diào)諧范圍。
濾波器的自由譜范圍必須大于光學(xué)通信系統(tǒng)中的通信窗口，即大于單個傳輸信道的帶寬，這樣可以實(shí)現(xiàn)對某一個信道中傳輸波長進(jìn)行處理而不影響其他傳輸信道。對于微環(huán)諧振腔，由公式fFSR＝c/nel可知環(huán)的半徑越小其自由譜范圍越大，因而微環(huán)諧振腔的半徑應(yīng)盡量小。目前制造半徑小于5微米環(huán)形波導(dǎo)的技術(shù)已經(jīng)成熟，因而選取環(huán)形波導(dǎo)的半徑為5微米，可以滿足實(shí)際中的應(yīng)用要求，同時也兼顧了加工的難易程度。
另外一個關(guān)鍵的問題是實(shí)現(xiàn)濾波器可調(diào)節(jié)性的電光材料的選取，電光晶體(固體或液體)在外加電場中，隨著電場強(qiáng)度E的改變，晶體的折射率會發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為電光效應(yīng)。通常將電場引起的折射率的變化用下式表示n=n0+aE0+bE02+……，式中a和b為常數(shù)，n0為E0＝0時的折射率。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的電光材料的種類很多，包括無機(jī)材料、半導(dǎo)體材料和聚合物材料等。對于電光材料，材料的品質(zhì)因子n3r/ε要大，它決定了電光效應(yīng)的大?。欢牧线€應(yīng)具有較低的低頻介電常數(shù)以實(shí)現(xiàn)較高的調(diào)諧速度。結(jié)構(gòu)中可調(diào)節(jié)微盤采用最常見的電光材料——LiNbO3制作，其電光系數(shù)為31pm/V，品質(zhì)因子為12.4，在LiNbO3微盤兩端放置兩個用于調(diào)節(jié)微盤電壓的電極，使用連續(xù)可調(diào)的直流偏置電壓源通過電極在LiNbO3微盤兩端加上±50V左右的電壓，可以實(shí)現(xiàn)的LiNbO3材料折射率調(diào)節(jié)范圍是±0.02。
使用上述條件進(jìn)行數(shù)值仿真，在設(shè)置仿真參數(shù)時，波導(dǎo)材料的折射率設(shè)為2.5985，使得所設(shè)計(jì)的濾波器中波導(dǎo)的TE模有效折射率和實(shí)際SOI波導(dǎo)中的TE模式有效折射率相同(在1550nm波長附近的有效折射率為2.38)，濾波器結(jié)構(gòu)中襯底為SiO2，其折射率為1.5。仿真結(jié)果具體如圖3所示，用輸入場信號對輸出端的輸出信號歸一化，得到濾波器結(jié)構(gòu)的透過率，通過透射曲線可以觀測到濾波器結(jié)構(gòu)的工作波長、帶寬和透過率等性能指標(biāo)。圖中實(shí)線是微盤上下兩個端面所加電壓值為0時濾波器在1550nm附近的透射曲線，虛線和長劃線分別是微盤上下兩個端面所加電壓值為-50V和50V時的濾波器在1550nm附近的透射曲線。對仿真結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，在光通信系統(tǒng)的工作波長1550nm附近，微盤兩端面所加電壓值分別為-50V，0V，50V時，諧振腔的諧振波長分別為1542.32nm；1543.3nm；1544.23nm，由此可知諧振腔諧振波長的變化范圍在1nm左右，即濾波器的工作波長的可調(diào)諧范圍是1nm，所對應(yīng)的頻率可調(diào)諧范圍約為125GHz。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧的光學(xué)濾波器，其特征在于該濾波器由輸入波導(dǎo)、耦合波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)、環(huán)形波導(dǎo)、可調(diào)節(jié)微盤、下載波導(dǎo)和上傳波導(dǎo)所組成，頻率分量豐富的光信號通過輸入波導(dǎo)輸入到濾波器結(jié)構(gòu)中，在通過耦合波導(dǎo)時，輸入的光信號耦合進(jìn)環(huán)形諧振腔，其中滿足諧振條件的光信號在諧振腔內(nèi)形成諧振，最終在下載波導(dǎo)端輸出，實(shí)現(xiàn)了本地信號的下載；其余頻率分量的光信號由于不滿足諧振條件，沿著輸出波導(dǎo)輸出，傳往遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)；對于本地上傳的光信號在上傳波導(dǎo)端輸入，光信號經(jīng)由耦合波導(dǎo)耦合進(jìn)諧振腔，一部分頻率分量滿足諧振條件在諧振腔內(nèi)形成諧振，這部分信號最終在輸出端輸出，實(shí)現(xiàn)了本地信號的上傳；考慮到此濾波器結(jié)構(gòu)中的對稱性，任一端口都可作為信號的輸入端口，其余三個端口分別實(shí)現(xiàn)其它相應(yīng)的功能；耦合波導(dǎo)由傳輸波導(dǎo)的一部分與環(huán)形波導(dǎo)的一部分構(gòu)成，在耦合區(qū)內(nèi)，兩波導(dǎo)之間的距離應(yīng)能夠保證足夠的耦合度，同時兼顧結(jié)構(gòu)的可加工性；可調(diào)節(jié)微盤和環(huán)形波導(dǎo)處在同一個平面內(nèi)，放置在環(huán)形波導(dǎo)內(nèi)部，微盤和環(huán)形波導(dǎo)之間的間隙應(yīng)小于一個波長。
2.一種用于權(quán)利要求1所述的光學(xué)濾波器的工作波長的可調(diào)諧性的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于在諧振腔的內(nèi)部放置由折射率可調(diào)的材料組成的微盤，利用外部條件的改變調(diào)節(jié)微盤的折射率，由于周圍材料的介電特性的改變使得環(huán)形波導(dǎo)的有效折射率發(fā)生變化，從而使得濾波器的工作波長改變。
3.權(quán)利要求1中所述可調(diào)光學(xué)濾波器結(jié)構(gòu)中由折射率可調(diào)材料組成的電介質(zhì)微盤的設(shè)計(jì)方法，其特征是電介質(zhì)材料微盤的外緣和環(huán)形波導(dǎo)的內(nèi)緣的形狀相同，大小基本相同，較大的間隙使得可調(diào)諧范圍顯著降低，因而微盤和環(huán)形波導(dǎo)之間的間隙應(yīng)不大于一個波長，以實(shí)現(xiàn)一定的可調(diào)諧范圍，兩者密接時可以實(shí)現(xiàn)最大的可調(diào)諧范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)濾波器的可調(diào)諧性的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是微盤由電光材料制成，在電介質(zhì)微盤的兩端放置電極，通過電極改變微盤兩端的電壓值改變微盤的折射率，從而實(shí)現(xiàn)對濾波器工作波長的調(diào)諧。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)濾波器的可調(diào)諧性的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是微盤由溫光材料制成，在電介質(zhì)微盤的兩端放置加熱裝置，通過調(diào)節(jié)微盤材料的溫度改變微盤的折射率，從而實(shí)現(xiàn)對濾波器工作波長的調(diào)諧。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)濾波器的可調(diào)諧性的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是微盤由磁光材料制成，在電介質(zhì)微盤兩端放置磁場裝置，通過調(diào)節(jié)微盤材料周圍的磁場改變微盤的折射率，從而實(shí)現(xiàn)對濾波器工作波長的調(diào)諧。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于環(huán)形諧振腔的可調(diào)光學(xué)濾波器，其特征在于該濾波器由輸入波導(dǎo)(1)、耦合波導(dǎo)(2)、輸出波導(dǎo)(3)、環(huán)形波導(dǎo)(4)、可調(diào)節(jié)微盤(5)、下載波導(dǎo)(6)和上傳波導(dǎo)(7)所組成，所述的微盤，其特征是微盤由折射率可調(diào)材料組成，微盤和環(huán)形波導(dǎo)處在同一個平面內(nèi)，且放置在環(huán)形波導(dǎo)內(nèi)部，微盤和環(huán)形波導(dǎo)的間距不超過一個波長。通過改變微盤的外部條件來調(diào)節(jié)其折射率，實(shí)現(xiàn)了濾波器工作波長的可調(diào)諧性。濾波器結(jié)構(gòu)中各部分波導(dǎo)是單模波導(dǎo)，環(huán)形波導(dǎo)和傳輸波導(dǎo)之間的間距要既能夠保證足夠好的耦合度同時兼顧結(jié)構(gòu)的可加工性。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)簡單、操作方便、易于集成，可調(diào)范圍大，可以應(yīng)用在WDM/DWDM等光通信系統(tǒng)中。
文檔編號G02B6/28GK101046531SQ20071009874
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者鄭錚, 劉建勝, 薛超敏, 李昕, 樊惠隆, 張揚(yáng) 申請人:北京航空航天大學(xué)