[發(fā)明專利]基于雙環(huán)諧振腔的可調(diào)光學(xué)陷波濾波器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710176298.1
• 申請日: 2007-10-24
• 公開（公告）號: CN101196596A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉建勝;鄭錚;薛超敏;李昕;樊惠隆;張揚(yáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G02B6/28
• 分類號: G02B6/28;H04B10/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光通信器件領(lǐng)域，具體涉及一種集成平面波導(dǎo)、可調(diào)諧光學(xué)陷波濾波器的設(shè)計實(shí)現(xiàn)方法，可應(yīng)用于光通信系統(tǒng)中陷波濾波器和波分(解)復(fù)用器件等的設(shè)計制作。

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。