基于瓶口形狀回音壁模式微腔的穩(wěn)定調(diào)諧Add-drop濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于瓶口形狀回音壁模式微腔的可以穩(wěn)定精細(xì)調(diào)諧的Add-drop濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)Add-drop濾波器已經(jīng)成為許多應(yīng)用場合的重要部件，包括光學(xué)通信，光學(xué)傳感，和光學(xué)信號處理系統(tǒng)等。Add-drop濾波器通常被用來從光學(xué)寬譜信號中選擇或插入某些特定的波長。Add-drop濾波器有3個重要指標(biāo):頻譜的選擇性(Q值)，輸出譜效率，和頻譜的可調(diào)諧性。
[0003]在過去的二十年內(nèi)，不同種類的光學(xué)Add-drop濾波器已經(jīng)被廣泛研究，有全光纖的Add-drop濾波器，也有基于回音壁模式微腔的Add-drop濾波器，它們都有各自的特點和優(yōu)勢。全光纖Add-drop濾波器如CN 201035183Y可以實現(xiàn)較高的輸出譜效率并且能夠與全光纖系統(tǒng)方便連接。然而，由于其Q值較低?104，可能會破壞濾波器的波長選擇性?；诨匾舯谀Ｊ轿⑶蚯?、微盤腔、微環(huán)腔的Add-drop濾波器如Photonics Technology Letters ,IEEE,vo1.12,pp.1177-1179,2000,Optics Communicat1ns,vol.350,pp.230-234,2015,Photonics Technology Letters , IEEE,vol.17,pp.1034-1036,2005,Optics letters ,vol.31,pp.2444-2446，2006,Optics letters，vol.34,pp.2557-2559，2009 已經(jīng)得到證明，通過使用輸入、輸出錐形光纖可以將光高效耦合進、出微腔。然而，在這些工作中，對于帶寬和輸出譜效率的調(diào)諧都是通過調(diào)整錐形光纖和微腔之間的納米量級耦合間距實現(xiàn)的，這種調(diào)諧方法并不穩(wěn)定，因為懸置的錐形光纖極易受到外界機械振動，空氣氣流，和熱波動的影響，耦合間距的納米量級變化都會對帶寬和輸出譜功率產(chǎn)生較大的影響。另外，將耦合系統(tǒng)從欠耦合調(diào)節(jié)到臨界耦合再到過耦合只存在?Iym的調(diào)諧距離，這就需要非常精確地控制親合間距，給Add-drop濾波器的實際應(yīng)用帶來困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可以對輸出譜帶寬和輸出譜效率進行穩(wěn)定精細(xì)調(diào)諧的Add-drop濾波器。其實現(xiàn)途徑是利用一種表面納米量級凸起的瓶口形狀微腔的模式場分布特點，使用位移裝置調(diào)節(jié)輸入、輸出波導(dǎo)和微腔的耦合點位置(微米量級)，進而改變耦合系數(shù)Μ，κ2，與此同時保持輸入、輸出波導(dǎo)和微腔表面的接觸，從而實現(xiàn)了對帶寬、輸出譜效率的穩(wěn)定精細(xì)調(diào)諧，克服了傳統(tǒng)基于回音壁模式Add-drop濾波器調(diào)諧時易受環(huán)境影響的缺點。
[0005]為實現(xiàn)一種可以穩(wěn)定精細(xì)調(diào)諧的Add-drop濾波器，本發(fā)明提出一種基于瓶口形狀回音壁模式微腔的穩(wěn)定調(diào)諧Add-drop結(jié)構(gòu)，包括瓶口形狀回音壁模式微腔、輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)、第一、第二位移裝置，其中所述瓶口形狀回音壁模式微腔輪廓沿軸向呈近似的拋物線形變化，其另一端用來引出非諧振的光信號，所述輸出波導(dǎo)用來引出在微腔中諧振的光信號，所述第一、第二位移裝置使得輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)分別沿瓶口狀微腔軸向移動以改變耦合點位置進而改變耦合系數(shù)^，K2。
[0006]進一步，所述的瓶口形狀回音壁模式微腔的輪廓沿軸向呈近似的拋物線形變化，軸向長度可以為幾百μπι至幾個_，徑向變化在納米量級。
[0007]進一步，所述的瓶口形狀回音壁模式微腔的橫截面幾何形狀可以是圓形，或橢圓形。
[0008]進一步，所述的輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)可以是錐形光纖、耦合棱鏡或集成波導(dǎo)。
[0009]進一步，所述的輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)在工作過程中始終與微腔表面接觸，微腔尺寸沿軸向的均勻性使其成為輸入、輸出波導(dǎo)的穩(wěn)定支撐。
[0010]進一步，所述的第一、第二位移裝置使得輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)分別沿瓶口形狀微腔軸向移動以改變耦合點位置進而改變耦合系數(shù)K1, Κ2。
[0011]上述基于瓶口形狀回音壁模式微腔的穩(wěn)定調(diào)諧Add-drop濾波器的工作原理為:利用回音壁模式微腔的模式場分布依賴腔特定幾何形狀的原理，制備出一種形貌尺寸沿軸向變化極緩且呈近似拋物線形的瓶口形狀微腔。由于徑向變化極微小(nm量級)，不能激發(fā)出高階半徑模式，且由于微腔的拋物線形狀的輪廓，使得激發(fā)出的譜十分規(guī)則、干凈、近等間距(軸向模式分裂產(chǎn)生)。通過位移裝置控制輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)分別沿瓶口形狀微腔軸向移動可以分別改變耦合系數(shù)K2。輸出譜帶寬(Q值)與耦合系數(shù)的關(guān)系為:
[0012]Q=O0A (I)
[0013]K = Ko+Ki+K2 (2)
[00? 4]式中，kq，K1，Κ2，和K分別代表腔本征損耗，輸入波導(dǎo)-微腔親合損耗，輸出波導(dǎo)-微腔耦合損耗，和系統(tǒng)總損耗。ωο為微腔諧振頻率，Q為微腔總的Q值。輸出譜效率和耦合系數(shù)的關(guān)系:
[0015]D = 4kik2/(k0+k1+k2)2 (3)
[0016]式中，D是輸出譜效率，即輸出譜的歸一化強度。由公式(1)-(3)可知，調(diào)節(jié)耦合系數(shù)可以對輸出譜帶寬和輸出譜效率進行調(diào)諧。且由于該瓶口形狀回音壁模式微腔的特殊形狀(在軸向長度約幾百μπι范圍內(nèi)徑向變化僅為nm量級)，其模式場在軸向劇烈延伸，將系統(tǒng)從欠耦合調(diào)到臨界耦合再到過耦合區(qū)域允許軸向調(diào)節(jié)幾微米至幾十微米(具體值取決于軸向模式數(shù))，再加上調(diào)諧過程中輸入、輸出波導(dǎo)始終和瓶口腔表面相接觸，其直徑的均勻性為兩耦合波導(dǎo)提供可靠支撐，因此，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對輸出帶寬、輸出效率的穩(wěn)定、精細(xì)調(diào)諧。
[0017]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0018](I)該調(diào)諧方法可以對輸出譜帶寬、效率進行穩(wěn)定精細(xì)調(diào)節(jié)，克服了傳統(tǒng)Add-drop濾波器調(diào)諧時對外界微小機械振動、空氣流動等較為敏感的弱點；
[0019](2)基于該種瓶口形狀微腔的Add-drop濾波器輸出譜干凈，規(guī)則，近似等間距，且具有超窄線寬Q?16的特點。
[0020](3)這種瓶口腔的制備簡單省時，廉價，且成功率高。
【附圖說明】
[0021]圖1為基于瓶口形狀回音壁模式微腔的穩(wěn)定調(diào)諧Add-drop濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為瓶口形狀微腔在商用軟件comsol中的軸向1-6階場分布仿真結(jié)果；
[0023]圖3為瓶口形狀微腔加工過程示意圖；
[0024]圖4為圖1中濾波器的測試裝置原理圖；
[0025]圖5為圖1中濾波器的典型透射譜和輸出譜示意圖，其中圖5(a)為典型透射譜示意圖，圖5(b)為輸出譜示意圖。
[0026]圖中標(biāo)號:1_瓶口形狀回音壁模式微腔、2-輸入波導(dǎo)、3-輸出波導(dǎo)、4-第一位移裝置、5-第二位移裝置、6-熔接機電極、a-納米量級凸起區(qū)域、b-凹陷區(qū)域。
【具體實施方式】