[發明專利]基于相變布拉格光柵的多參數可調諧濾波器及其調控方法

在審

• 申請號: 202111076226.6
• 申請日: 2021-09-14
• 公開（公告）號: CN113866878A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 鄭分剛;王銳;袁偉;張桂菊
• 申請（專利權）人: 上海交大平湖智能光電研究院
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G02B6/293
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 李柏柏

本發明涉及一種基于相變布拉格光柵的多參數可調諧濾波器及其調控方法，該濾波器包括襯底、波導、相變布拉格光柵和光柵覆蓋層，襯底上設置波導，波導上設置相變布拉格光柵，相變布拉格光柵上設置光柵覆蓋層，其中相變布拉格光柵采用相變材料GSST。本發明相變布拉格光柵采用相變材料GSST，利用相變材料GSST的光學特性，在不改變器件結構的情況下具有通帶和阻帶兩種光通特性，而且可以通過調節濾波器的各個參數以改變相變布拉格光柵的折射率分布，從而實現濾波通道數目的調節以及透射率帶寬的可調諧，使其能夠廣泛應用于光通信領域。

技術領域

本發明涉及光通信與集成光學技術領域，尤其是指一種基于相變布拉格光柵的多參數可調諧濾波器及其調控方法。

背景技術

光學相變材料近年來在集成光學領域內引發了很高的重視。在發生相變時，材料的折射率與消光系數有很大差異，光在此類介質材料中的表現出差異十分巨大的傳播特性。近十幾年來在光學成像、片上集成光學器件和輻射光開關等方面被廣泛研究。尤其是在絕緣體上硅領域。在2013年，M.Rudé等人使用硫系相變材料Ge₂Sb₂Te₅(GST)實現了在1.55μm處的基于跑道型諧振器光開關，由于GST在通訊C波段處的大折射率對比度，光開關的消光比高達12dB，此外開關響應速度在納秒級并且具有非易失性特點(參見文獻：M.Rudé,etal.,Optical switching at 1.55μm in silicon racetrack resonators using phasechange materials,103(2013)141119.)。最近GST也得到了進一步的改進，2019年，Y.Zhang等人將Se元素替代一部分Te，得到了性能更優的相變材料。相比于GST，實現了更寬的透明帶1-18.5μm(參見文獻：Y.Zhang,et al.,Broadbandtransparentoptical phase changematerials for high-performance nonvolatile photonics,Nat Commun,10(2019)4279.)。同年，F.De Leonardis等人使用新型的硫族相變材料Ge₂Sb₂Se₄Te₁(GSST)，對非易失的片上緊湊電光型光開關進行了仿真建模與分析，得到了具有58-72nm大帶寬和低至0.3dB插入損耗的效果(參見文獻：F.De Leonardis,et al.,Broadband Electro-OpticalCrossbar Switches UsingLow-Loss Ge2Sb2Se4Te1 PhaseChangeMaterial,Journal ofLightwave Technology,37(2019)3183-3191.)。

濾波器有擴充通信容量的能力，在集成光學系統中可以起到波分復用的功能，是十分重要的器件。光濾波器早已被大量研究，例如多模干涉濾波器、光柵濾波器以及基于馬赫增德爾原理或者微環諧振器原理的濾波器等。傳統的可調諧濾波方式例如聲光可調諧濾光法，雖然調諧速度快，濾波隔離度卻很低；光纖布拉格光柵濾波的調諧范圍很小，對溫度變化敏感，易受環境影響，長期穩定性較差，法布里-珀羅干涉儀的傳輸峰值過大，可能對有效載荷信號產生不利影響并且它的相鄰信道隔離度也很低，只能用于信道監測，不能從多個波長中增加或減少一個信號波長。在集成光學領域，近年來也出現了利用模分、波分復用技術提高信道的濾波結構設計，但是要實現動態濾波功能仍需額外添加模轉換器與其他光熱調制模塊，使得結構更為復雜。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術存在的問題，提供一種基于相變布拉格光柵的多參數可調諧濾波器及其調控方法，在不改變器件結構的情況下具有通帶和阻帶兩種光通特性，而且可以通過調節濾波器的各個參數以改變相變布拉格光柵的折射率分布，從而實現濾波通道數目的調節以及透射率帶寬的可調諧，使其能夠廣泛應用于光通信領域。