一种应用于粗波分复用系统的四通道下路滤波器技术方案

本发明专利技术涉及一种应用于粗波分复用系统的四通道下路滤波器，为三角晶格介质柱结构的二维光子晶体，通过在两个水平直通波导中引入两臂具有不同参数、且末端不构成通路的Y波导及两个六边形状的双环结构的谐振腔而实现。整个结构的介质柱材料为相变材料，通过外界诱导两个谐振腔的内环介质柱到不同的相变态，同时合适选择特殊位置介质柱的半径等，可实现满足粗波分复用光通信系统要求的四信道下路滤波功能，具有优良的下路滤波特性。本发明专利技术的四通道下路滤波器基于两个谐振腔结构而实现，具有结构简单、尺寸小，易于实现和集成的突出特点，且灵活性高、下路输出波长大小和间隔满足目前实际应用的CWDM光通信系统的要求，在未来光集成系统中有重要应用。

A Four-Channel Lower-Channel Filter for Rough Wavelength Division Multiplexing System

The present invention relates to a four-channel down-pass filter applied to the coarse wavelength division multiplexing system, which is a two-dimensional photonic crystal with triangular lattice dielectric cylinder structure. It is realized by introducing Y waveguide with different parameters of two arms and two double-ring resonators with hexagonal shape in two horizontal straight-through waveguides. The dielectric cylinder material of the whole structure is phase change material. By inducing the inner ring dielectric cylinder of two resonators to different phase transition state and choosing suitable radius of dielectric cylinder in special position, the four-channel downlink filtering function which meets the requirements of the coarse wavelength division multiplexing optical communication system can be realized. It has excellent downlink filtering characteristics. The four-channel downlink filter of the present invention is realized based on two resonant cavity structures. It has the outstanding characteristics of simple structure, small size, easy implementation and integration, high flexibility, lower output wavelength size and interval satisfying the requirements of current practical application of CWDM optical communication system, and has important application in future optical integration system.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于粗波分复用系统的四通道下路滤波器
本专利技术是一种多通道的信道下路滤波器，主要应用于粗波分复用通信系统，实现特定波长信号的选择下路。
技术介绍
随着人们进入光集成、全光通信时代，波分复用(WDM)系统得到了广泛的研究。基于二维光子晶体的信道下路滤波器具有体积小、易于集成等优势，在波分复用系统中得到了越来越多的应用。环形腔结构具有很好的频谱选择特性，在二维光子晶体中引入波导与环形谐振腔结构，可以实现高性能的信道下路滤波器。近年来，很多研究者通过设计不同结构的谐振腔，实现信号的前向下路或者后向下路输出功能；通过级联多个谐振腔，实现多通道下路滤波器。理想的多通道下路滤波器应该具有尺寸小、结构简单、易于实现、下路输出效率高、谐振波长大小以及波长间隔满足系统要求等特性。在先技术[1](参见OpticsExpress，TakanoH,SongBS,AsanoT,NodaS.2006，14(8)：3491-3496)采用五个不同晶格常数的三角晶格二维光子晶体，通过引入不同参数的四个谐振腔，实现了四波长分别为1516nm、1536nm、1559nm和1583nm的下路输出。该结构虽然实现了高效率的下路输出功能，但是实现四通道的下路输出需要四个谐振腔，器件整体尺寸较大，而且采用的异质结构大大增加了器件结构的复杂性，不利于器件的制备。此外，四个下路波长不符合目前普遍采用的WDM系统，如粗波分复用(CWDM)或密集波分复用系统(DWDM)对传输信号波长的具体要求。在先技术[2](参见Optik，Alipour-BanaeiH,MehdizadehF,SerajmohammadiS.2013,124:5964-5967)通过在三角晶格的二维光子晶体中引入四个不同参数的“X”形谐振腔，实现了四通道信号的下路输出。下路波长分别为：1563.5nm、1566.2nm、1569.7nm、1572.6nm，其透射率分别为45％、50％、51％、63％，平均透射率只有53％。可见该下路滤波器下路效率不高，下路波长也不符合CDWM系统或DWDM系统的具体要求，且由于结构中需要四个谐振腔来实现，结构复杂，尺寸较大。在先技术[3](参见Optik，GuptaND,JanyaniV.2014,125：5833-5836)通过在正方格子的二维光子晶体中引入四个不同参数的谐振腔结构，实现了四通道信号下路滤波，其下路波长分别为1558.9nm、1559.7nm、1560.6nm、1561.3nm。该信道下路滤波器的下路效率较低，且四个下路波长不满足WDM系统的特定要求。此外，该结构由于也采用了四个谐振腔结构，结构复杂，尺寸较大，不利用实际应用和集成。在先技术[4](参见OptRev,FallahiV,SeifouriM,OlyaeeS,Alipour-BanaeiH.2017,24:605–610)通过在三角晶格两维光子晶体中引入不同参数的四个六边形环形腔，实现了四通道信号下路输出，下路波长分别为1583nm、1585.2nm、1587.2nm、1589nm，平均透射率高达95.8％。该结构也存在实现四通道下路输出需要四个谐振腔的突出问题，大幅度增加了器件结构的复杂性、尺寸和成本，而且四个下路波长的大小以及间隔也不满足CDWM系统或DWDM系统的具体要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决以上在先技术中存在的问题，提供一种结构简单、尺寸小、易于制备、光学性能优异的多信道下路滤波器，且下路的多个信号的波长满足实际应用的CWDM系统的波长大小和波长间隔的要求，具有更强的实用性。为达到上述目的，本专利技术的构思是：在二维光子晶体的两个水平直通波导中引入Y波导以及两个六边形的双环结构的谐振腔来实现四通道下路滤波器。Y波导的输入端水平放置，其上、下两个输出臂端各沿输入方向继续平行延伸构成水平直波导，但其末端不构成通路。同时，在Y波导的上、下两个延伸水平直波导的起始端引入不同参数的介质柱。此外，与Y波导的上、下两个臂延伸的水平直波导相关的介质柱参数也不相同。输入的四波长信号经Y波导的输入端输入后被分成两路，分别在Y波导的上、下两个臂内传输，经过水平直波导部分，分别选频出与该水平直波导部分相应的两个波长信号，这样经过整个Y波导后在上、下两臂各选频出了总共两组双波长信号，之后再分别与上、下两个双环结构的谐振腔耦合，通过上、下两个水平直通波导进行前向和后向同时下路输出，从而最终实现四波长信号的下路滤波。通过选择合适的晶格常数、不同位置的介质柱折射率及半径等，以实现下路的四个波长满足CWDM系统应用的具体要求，同时具有优异的下路滤波特性。该信道下路滤波器在结构上巧妙设计了Y波导，只利用了两个双环结构的谐振腔即可实现四波长信号的下路输出，从而克服了目前在先技术普遍存在的下路四个波长信号需要四个谐振腔而导致的结构复杂，尺寸较大，不利于实现的突出问题。根据上述的专利技术构思，本专利技术的具体技术解决方案如下：一种应用于粗波分复用系统的四通道下路滤波器，基本结构是三角晶格介质柱类型的二维光子晶体，包括上水平直通波导和下水平直通波导，一个Y波导位于两个水平直通波导中间；双环结构的上谐振腔，位于上水平直通波导和Y波导之间，双环结构的下谐振腔，位于Y波导和下水平直通波导之间。进一步地，所述Y波导在两个输出臂端沿输入方向继续平行延伸构成水平直波导，但其末端不构成通路；同时，在Y波导的上、下两个延伸水平直波导的起始端引入介质柱。进一步地，所述上谐振腔和下谐振腔都由一大一小两个六边形状的介质柱排布结构嵌套构成，且两个六边形状介质柱排布结构的中心具有对称分布的若干个介质柱；一大一小两个六边形状的介质柱排布结构之间以及中心对称分布的若干个介质柱与小的六边形状的介质柱排布结构之间均不相邻，至少间隔一排介质柱，从而构成了双环结构的谐振腔。进一步地，所述上谐振腔和下谐振腔沿与输入光垂直的方向分别位于Y波导的上、下两个延伸水平直波导处。进一步地，所述上谐振腔和下谐振腔在水平方向的位置不相同。进一步地，所述Y波导的上、下两个延伸水平直波导部分的相关介质柱参数不相同，以及在上、下两个延伸水平直波导的起始端引入的介质柱参数也不相同。进一步地，所述Y波导的上臂中延伸的水平直波导部分的相关介质柱与在该水平直波导的起始端引入的介质柱的参数不相同；Y波导的下臂中延伸的水平直波导部分的相关介质柱与在该水平直波导的起始端引入的介质柱的参数也不相同。进一步地，所述上谐振腔和下谐振腔中小的六边形状的介质柱排布结构的介质柱折射率不相同；制备时，选择所有位置的介质柱材料为相变材料，基于介质柱材料的相变特性，通过外界诱导两个谐振腔中小的六边形状的介质柱排布结构的介质柱到不同的相变态来实现该位置所需的介质柱折射率。通过选择合适的晶格常数、背景介质柱折射率和半径、上谐振腔和下谐振腔中小的六边形状的介质柱排布结构的介质柱折射率、Y波导的上、下两个延伸水平直波导部分的相关介质柱及其起始端引入的介质柱的半径、Y波导的上、下两个延伸水平直波导部分的长度、Y波导的上、下两个延伸水平直波导的间距、上谐振腔和下谐振腔的水平方向的位置，以及上水平直通波导和下水平直通波导的宽度等，可以同时实现满足CWDM光通信系统下路波长大小和波长间隔要求的四个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于粗波分复用系统的四通道下路滤波器，基本结构是三角晶格介质柱类型的二维光子晶体，其特征在于，包括上水平直通波导（1）和下水平直通波导（2），一个Y波导（3）位于两个水平直通波导中间；双环结构的上谐振腔（4），位于上水平直通波导（1）和Y波导（3）之间，双环结构的下谐振腔（5），位于Y波导（3）和下水平直通波导（2）之间。

【技术特征摘要】
1.一种应用于粗波分复用系统的四通道下路滤波器，基本结构是三角晶格介质柱类型的二维光子晶体，其特征在于，包括上水平直通波导（1）和下水平直通波导（2），一个Y波导（3）位于两个水平直通波导中间；双环结构的上谐振腔（4），位于上水平直通波导（1）和Y波导（3）之间，双环结构的下谐振腔（5），位于Y波导（3）和下水平直通波导（2）之间。2.根据权利要求1所述的应用于粗波分复用系统的四通道下路滤波器，其特征在于：所述Y波导（3）在两个输出臂端沿输入方向继续平行延伸构成水平直波导，但其末端不构成通路；同时，在Y波导（3）的上、下两个延伸水平直波导的起始端引入介质柱。3.根据权利要求1所述的应用于粗波分复用系统的四通道下路滤波器，其特征在于：所述上谐振腔（4）和下谐振腔（5）都由一大一小两个六边形状的介质柱排布结构嵌套构成，且两个六边形状介质柱排布结构的中心具有对称分布的若干个介质柱；一大一小两个六边形状的介质柱排布结构之间以及中心对称分布的若干个介质柱与小的六边形状的介质柱排布结构之间均不相邻，至少间隔一排介质柱，从而构成了双环结构的谐振腔。4.根据权利要求1所述的应用于粗波分复用系统的四通道下路滤波器，其特征在于：所述上谐振腔（4）和下谐振腔（5）沿与输入光垂直的方向分别位于Y波导（3）的上、下两个延伸水平直波导处。5.根据权利要求1所述的应用于粗波分复用系统的四通道下路滤波器，其特征在于：所述上谐振腔（4）和下谐振腔（5）在水平方向的位置不相同。6.根据权利要求1所述的应用于粗波分复用系统的四通道下路滤波器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娟，张孟翔，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31