基于硅基雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的光濾波器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種光纖通信領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種基于硅基雙薩格納克環(huán)鏡 環(huán)路結(jié)構(gòu)的光濾波器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 硅基光子器件具有強(qiáng)模場束縛的特性，且能夠與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS工藝 相兼容的優(yōu)點(diǎn)，是集成光路的理想選擇。硅基光子器件主要包括濾波器、調(diào)制器、光開路、路 由器和探測器等。在可重構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，可調(diào)濾波器是一類重要的器件，包括波長可調(diào)交織器 和可調(diào)梳狀濾波器等。
[0003] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，Junfeng Song等發(fā)表在2008年Optics Express，第16 卷 11 期的論文"Proposed silicon wire interleaver structure"提出了基于分插復(fù)用型 環(huán)形諧振器ADRR和馬赫曾德干涉儀MZI的環(huán)形交織器，利用ADRR的Drop端和Through端輸出 的信號具有η相位差的特點(diǎn)，用一個(gè)ADRR實(shí)現(xiàn)了緊湊的具有方形濾波譜的交織器，但其沒有 采用反射式的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步降低器件尺寸和提高調(diào)節(jié)效率。
[0004] 進(jìn)一步檢索發(fā)現(xiàn)，Xiaomeng Sun等人發(fā)表在2012年Optic Letter，第38卷第4期的 論文"Tunable silicon Fabry-Perot comb filters formed by Sagnac loop mirrors" 提出了在絕緣體上硅晶片SOI上實(shí)現(xiàn)了中心波長可調(diào)光頻率梳濾波器的方案，通過在PN結(jié) 加外置電壓實(shí)現(xiàn)濾波器中心波長的移動，但該方案不能進(jìn)行濾波器帶寬的調(diào)節(jié)。
[0005] 中國專利文獻(xiàn)號CN103941430A，公開日為2014年07月23日，公開了一種光纖通信
技術(shù)領(lǐng)域的基于硅基FP諧振腔的可調(diào)光頻率梳濾波器，該光頻率梳濾波器有兩個(gè)級聯(lián)的薩 格納克環(huán)反射鏡SLR組成的FP諧振腔實(shí)現(xiàn)。通過兩臂帶有移相器的馬赫曾德干涉儀改變FP 諧振腔的腔長和SLR的反射率，從而分別調(diào)節(jié)光頻率梳濾波器的中心波長和帶寬。中心波長 調(diào)節(jié)是通過在MZI兩臂同時(shí)加正或負(fù)的相移以改變SLR的反射率，從而調(diào)節(jié)濾波器的帶寬。 但該裝置的傳輸函數(shù)沒有零點(diǎn)，不能實(shí)現(xiàn)高消光比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種基于硅基雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié) 構(gòu)的光濾波器件。通過改變耦合系數(shù)可以實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)交織器和波長帶寬均可調(diào)梳狀濾波 器的功能，且提高了消光比。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明包括:兩個(gè)薩格納克環(huán)鏡（SLM，Sagnac Loop Mirror)和一個(gè)定向親合器， 其中：兩個(gè)SLM的一側(cè)波導(dǎo)相連，另一側(cè)波導(dǎo)分別與定向耦合器一側(cè)的兩個(gè)波導(dǎo)相連，定向 耦合器另一側(cè)設(shè)有輸入端口、透射端口和反射端口，通過調(diào)節(jié)各個(gè)耦合器的耦合系數(shù)和各 段波導(dǎo)的長度，可以改變雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的透射函數(shù)和反射函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)波長 可調(diào)交織器和波長帶寬均可調(diào)梳狀濾波器；
[0009]所述的透射函數(shù)Us和反射函數(shù)ns為：
[0020] 其中：tFP和rFP分別為兩個(gè)S LM相連后的透射函數(shù)和反射函數(shù)Λ(和4分別為單個(gè) SLM的透射函數(shù)和反射函數(shù)，&1是各段波導(dǎo)的傳輸率，^和^為各個(gè)耦合器的耦合系數(shù)和傳 輸系數(shù)，h是各段波導(dǎo)的長度，α和β為波導(dǎo)的損耗系數(shù)和傳播常數(shù)。n g為群折射率，λ為波長。
[0021] 所述的薩格納克環(huán)鏡由定向耦合器兩段波導(dǎo)的同側(cè)端口連接組成，其中：另一側(cè) 的兩個(gè)端口作為輸入口和輸出口。
[0022] 所述的定向耦合器由兩段相鄰的平行波導(dǎo)組成，通過倏逝場耦合實(shí)現(xiàn)光功率分 配。
[0023] 所述的輸入端口、透射端口和反射端口由光柵耦合器組成。 技術(shù)效果
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)耦合系數(shù)和波導(dǎo)長度實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)交織器 和波長帶寬均可調(diào)梳狀濾波器的功能，且尺寸小，調(diào)節(jié)效率高，消光比高。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)不意圖；
[0026]圖2為交織器功能仿真光譜圖；
[0027] 圖3為交織器功能的中心波長調(diào)節(jié)仿真光譜圖；
[0028] 圖4為梳狀濾波器功能仿真光譜圖；
[0029] 圖5為梳狀濾波器功能的中心波長調(diào)節(jié)仿真光譜圖；
[0030] 圖6為梳狀濾波器功能的帶寬調(diào)節(jié)仿真光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 實(shí)施例1
[0032] 如圖1所示，本實(shí)施例包括:兩個(gè)薩格納克環(huán)鏡SLM和一個(gè)定向耦合器，其中：SLM和 耦合器串聯(lián)形成雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)，連接后的波導(dǎo)長度分別為11、11和13，定向耦合 器一側(cè)設(shè)有輸入端口 I、透射端口 T和反射端口 R。三個(gè)耦合器的耦合系數(shù)分別為、t#Pt3。
[0033]所述的SLM是指將定向耦合器的同側(cè)端口連接起來，其波導(dǎo)長度為12,另一側(cè)兩個(gè) 端口分別作為輸入和輸出端口的光學(xué)器件，將光導(dǎo)入輸入端口的同時(shí)，也反射回輸入端口。 定向耦合器是指由兩段相鄰的平行波導(dǎo)組成，通過倏逝場耦合實(shí)現(xiàn)光功率分配的光學(xué)器 件。
[0034]通過改變各個(gè)耦合器的耦合系數(shù)和各段波導(dǎo)的長度^^改變雙薩格 納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的透射函數(shù)Us和反射函數(shù)m，其中：
[0045] 其中：tFP和rFP分別為兩個(gè)SLM相連后的透射函數(shù)和反射函數(shù)Λ.和4分別為單個(gè) SLM的透射函數(shù)和反射函數(shù)，&1是各段波導(dǎo)的傳輸率，^和^為各個(gè)耦合器的耦合系數(shù)和傳 輸系數(shù)，h是各段波導(dǎo)的長度，α和β為波導(dǎo)的損耗系數(shù)和傳播常數(shù)。n g為群折射率，λ為波長。
[0046] 調(diào)節(jié)ti使得tLS公式中的（tf-kAtFP和+> )在濾波通帶相位差為2ηπ(η 為整數(shù)），在阻帶內(nèi)的相位差為(2n+lMn為整數(shù)），即可實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)交織器功能。其中心 波長可以通過13調(diào)節(jié)。將t設(shè)為0.707，通過〖 2調(diào)節(jié)濾波器帶寬，即可實(shí)現(xiàn)帶寬可調(diào)梳狀濾波 器功能。其中心波長可以通過13調(diào)節(jié)。在反射函數(shù)中引入了零點(diǎn)，可提高消光比。
[0047] 所述的雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的參數(shù)為：11 = 1 Ομπι、12 = 1 Ομπι、13 = 200μηι。該結(jié) 構(gòu)可以在SOI平臺上實(shí)現(xiàn)，所有的波導(dǎo)均為450nmX220nm的單模波導(dǎo)。仿真中，波導(dǎo)的群折 射率為4.3,損耗系數(shù)為160。
[0048] 所述的輸入端口、透射端口和反射端口由光柵耦合器組成，實(shí)現(xiàn)與單模光纖的耦 合。
[0049] 如圖2所示，為實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)交織器功能，參數(shù)設(shè)為：^ = 0.382 42 = 0.25 43 = 0·23。自由頻譜范圍FSR=2·631nm，3-dB帶寬BW=l·310nm，消光比ER = 43·04170dB，插損IL = 0.2654dB。其波長調(diào)節(jié)可通過改變13實(shí)現(xiàn)。根據(jù)相移公式A^ = 2;Z7jAL//L，仿真中，將外加 電壓引起的波導(dǎo)折射率變化等效為波導(dǎo)長度變化。以如圖3所示的反射光譜為例，當(dāng)波導(dǎo)長 度變化由0.20μπι增加到0.28μπι時(shí)，中心波長紅移0.588nm。
[0050] 如圖4所示，為實(shí)現(xiàn)波長帶寬均可調(diào)梳狀濾波器功能，親合系數(shù)為々 = 0.70742 = 0.707、七3 = 0.36。圖中可見，卩51?=1.33111111，8￥=1.3311111141? = 42.88983(18，11^ = 1 · 41360dB。其波長調(diào)節(jié)通過改變13實(shí)現(xiàn)，如圖5所示，當(dāng)波導(dǎo)長度13由Ο · 2um增加到Ο · 28um 時(shí)，中心波長紅移為〇.586nm。其帶寬調(diào)節(jié)是通過t3實(shí)現(xiàn)的，如圖6所示，當(dāng)t3由0.25增加到 0 · 45時(shí)，帶寬由0 · 305nm減少到0 · 120nm。
[0051 ]本裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過調(diào)節(jié)耦合系數(shù)和波導(dǎo)長度來實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)交織器和 波長帶寬均可調(diào)梳狀濾波器的功能，且尺寸小，調(diào)節(jié)效率高，消光比高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于娃基雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的光濾波器件，其特征在于，包括:兩個(gè)薩格 納克環(huán)鏡SLM和一個(gè)定向禪合器，其中：兩個(gè)SLM的一側(cè)波導(dǎo)相連，另一側(cè)波導(dǎo)分別與定向禪 合器一側(cè)的兩個(gè)波導(dǎo)相連，定向禪合器另一側(cè)設(shè)有輸入端口、透射端口和反射端口。通過調(diào) 節(jié)各個(gè)禪合器的禪合系數(shù)和各段波導(dǎo)的長度，可W改變雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的透射函 數(shù)和反射函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)交織器和波長帶寬均可調(diào)梳狀濾波器； 所述的透射函數(shù)tLS和反射函數(shù)rLs為：其中：tFP和肝P分別為兩個(gè)SLM相連后的透射函數(shù)和反射函數(shù)Λ和分別為單個(gè)SLM的 透射函數(shù)和反射函數(shù)，ai是各段波導(dǎo)的傳輸率，ti和ri為各個(gè)禪合器的禪合系數(shù)和傳輸系 數(shù)，li是各段波導(dǎo)的長度，α和β為波導(dǎo)的損耗系數(shù)和傳播常數(shù)，ng為群折射率，λ為波長。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于娃基雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的光濾波器件，其特征是， 所述的薩格納克環(huán)鏡由定向禪合器兩段波導(dǎo)的同側(cè)端口連接組成，其中：另一側(cè)的兩個(gè)端 口作為輸入口和輸出口。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于娃基雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的光濾波器件，其特征是， 所述的定向禪合器由兩段相鄰的平行波導(dǎo)組成，通過倏逝場禪合實(shí)現(xiàn)光功率分配。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于娃基雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的光濾波器件，其特征是， 所述的輸入端口、透射端口和反射端口由光柵禪合器組成。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于娃基雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的光濾波器件，其特征是， 調(diào)節(jié)ti使得tLS公式中的（ti2-ki2)tFP和./誠〇'巧+咕）在濾波通帶相位差為化：π，其中η為整 數(shù)，在阻帶內(nèi)的相位差為(2η+1)π，即實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)交織，其中屯、波長通過13調(diào)節(jié)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于娃基雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的光濾波器件，其特征是， 將ti設(shè)為0.707,通過t2調(diào)節(jié)濾波器帶寬，即實(shí)現(xiàn)帶寬可調(diào)梳狀濾波，其中屯、波長通過13調(diào) T。7. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的基于娃基雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的光濾波器件，其 特征是，所述的雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的參數(shù)為:11 = 10皿、12 = 10皿、13 = 200皿，其中所 有的波導(dǎo)均為450nm X 220nm的單模波導(dǎo)。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于娃基雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的光濾波器件，其特征是， 所述的波長可調(diào)交織的參數(shù)為：ti = 0.382、t2 = 0.25、t3 = 0.23，自由頻譜范圍=2.631nm， 3-地帶寬=1.31 Onm，消光比=43.04170地，插損=0.2654地。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于娃基雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的光濾波器件，其特征是， 所述的波長帶寬均可調(diào)梳狀濾波，其禪合系數(shù)為:ti = 0.707、t2 = 0.707、t3 = 0.36，自由頻 譜范圍=1.331nm，3-地帶寬=1.331nm，消光比=42.88983地，插損=1.41360地。
【專利摘要】一種基于硅基雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的光濾波器件，包括：兩個(gè)薩格納克環(huán)鏡和一個(gè)定向耦合器，其中：兩個(gè)薩格納克環(huán)鏡的一側(cè)波導(dǎo)相連，另一側(cè)波導(dǎo)分別與定向耦合器一側(cè)的兩個(gè)波導(dǎo)相連，定向耦合器另一側(cè)設(shè)有輸入端口、透射端口和反射端口。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)各個(gè)耦合器的耦合系數(shù)和各段波導(dǎo)的長度，可以改變雙薩格納克環(huán)鏡環(huán)路結(jié)構(gòu)的透射函數(shù)和反射函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)交織器和波長帶寬均可調(diào)的梳狀濾波器，且尺寸小，調(diào)節(jié)效率高，消光比高。
【IPC分類】G02B6/293
【公開號】CN105572806
【申請?zhí)枴緾N201510952930
【發(fā)明人】姜新紅, 蘇翼凱
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月17日