[發明專利]一種超大自由光譜范圍的集成光學濾波器結構

有效

• 申請號: 202011278864.1
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112379485B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 孫春雷;李蘭;林宏燾
• 申請（專利權）人: 西湖大學
• 主分類號: G02B6/293
• 分類號: G02B6/293
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

本發明公開一種超大自由光譜范圍的集成光學濾波器結構，該結構包括由入射波導、彎曲波導和出射波導依次相連構成的邊耦合波導，以及依次相連的左側布拉格波導光柵、拉錐漸變型波導光柵、反向拉錐漸變型波導光柵、右側布拉格波導光柵。且彎曲波導的最低點的垂線過拉錐漸變型波導光柵、反向拉錐漸變型波導光柵的連接點。所有的波導光柵的周期相等，且布拉格波導光柵的禁帶帶寬小于兩倍的F?P諧振腔的自由光譜范圍，F?P諧振腔的諧振波長靠近布拉格波導光柵的禁帶的中部。本發明將波導耦合器、布拉格波導光柵與F?P諧振腔結合，利用布拉格光柵的有限禁帶帶寬以及F?P諧振腔的大自由光譜范圍可實現全光譜范圍單縱模激勵，從而實現單通道信號濾波。

技術領域

本發明涉及光學濾波器領域，具體涉及一種超大自由光譜范圍的集成光學濾波器結構。

背景技術

在當今通訊網絡和計算系統中，對高速率數據日益增長的需求推動了低成本、高速光學鏈路的發展。光互連中，各種先進的復用技術，如波分復用、偏振復用和模式復用已經相繼被用來提高通光信容量。其中，在共享物理通道中使用不同波長的波分復用是近幾十年來光互連中最流行的技術之一。這種基于波分復用技術的光子鏈路需要具有大量波長通道。因此，在基于波分復用的光互連中使用的濾波器波長的操作，多個濾波器級聯實現多個波長通道的復用。自由光譜范圍越大意味著可以支持越多獨立的波長通道且通道之間互不干擾。利用光路可逆原理，大自由光譜范圍的濾波器可以實現輸入光譜進行下載，從而可以實現寬譜信號分析。

另外一方面，近年以來，在物聯網場景需求推動下，光傳感器在醫療、油氣、電力、軍工、城建、食品安全和地質勘探等領域廣泛應用，因而催生了數億規模的市場。為了實現多位點多參量的傳感，利用波分復用技術的分布式傳感是構建傳感網絡的關鍵技術之一。分布式光探測技術，可以同時獲得被測場的空間分布和隨時間的變化信息。采用大自由光譜范圍的濾波器可以有效增加單根傳感鏈路上彼此獨立傳感器的數量，實現更多位點和參量的同時傳感。

目前已有多種實現大自由光譜范圍濾波器的方案。微環諧振器通過選取超小半徑可以實現較大的自由光譜范圍，同時有緊湊的體積，但是自由光譜范圍難以突破100nm，限制了其應用。為了在微環諧振器中實現擴展的自由光譜范圍，人們使用了游標效應或兩點耦合的多串耦合微環，但是這種方案敏感于實際器件尺寸變化，工藝容差小，通常需要熱調進行微環諧振峰對準。在單環上級聯反向耦合器也能實現寬的自由光譜范圍，但這種方案中為了獲取較窄的禁帶寬度，要求反向耦合器中布拉格波導光柵刻槽寬度極小，工藝難度大，不利于工業生產，而且這種方案仍需要布拉格波導光柵的主峰和微環諧振峰對準，工藝容差小。理想的集成濾波器應具有大的自由光譜范圍、高的抑制比和大的工藝容差，以避免精確的波長對準。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出一種超大自由光譜范圍的集成光學濾波器結構，該濾波器結構能在寬譜范圍甚至全光譜范圍內實現單通道信號濾波。

本發明的目的通過如下的技術方案來實現：

一種超大自由光譜范圍的集成光學濾波器結構，其包括入射波導、出射波導、彎曲波導、左側布拉格波導光柵、右側布拉格波導光柵、拉錐漸變型波導光柵、反向拉錐漸變型波導光柵，其中：

所述入射波導、彎曲波導和出射波導依次相連，構成邊耦合波導；

所述左側布拉格波導光柵、拉錐漸變型波導光柵、反向拉錐漸變型波導光柵、右側布拉格波導光柵依次相連，且所述左側布拉格波導光柵與所述右側布拉格波導光柵同軸；

所述彎曲波導的最低點的垂線過所述拉錐漸變型波導光柵、反向拉錐漸變型波導光柵的連接點；

所述入射波導、彎曲波導、出射波導、左側布拉格波導光柵、拉錐漸變型波導光柵、反向拉錐漸變型波導光柵、右側布拉格波導光柵均為單模波導；

所述左側布拉格波導光柵、拉錐漸變型波導光柵、反向拉錐漸變型波導光柵、右側布拉格波導光柵均為周期性結構，且四者的周期相等；