本发明专利技术公开了一种基于谐振环辅助的ＭＺ干涉结构的光学隔离器。ＭＺ干涉结构由两个并列干涉臂的两端共连接着一个输入波导和一个输出波导而成；其中一个干涉臂与一个以上的谐振环发生耦合，另一个干涉臂含有一段延时线，在整个谐振环辅助的ＭＺ干涉结构中植入，光波在其中按前进和后退方向传输时相位延迟量不同的非互易相移波导。它利用了磁光波导的非互易特性，并发挥了谐振环辅助的ＭＺ干涉结构的通带平坦等优点，通过对结构参数的合理设计和优化，可以实现对多路频率的光波同时进行处理。本发明专利技术具有结构通俗，工艺简单，设计灵活，功能性强等特点，在光波分复用网络、光双向网络、光信息处理等方面有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学元器件，特别是涉及一种基于谐振环辅助的MZ干涉结构 的光学隔离器。
技术介绍
为实现光学处理和通信系统的高密度集成，波导型隔离器件受到了广泛关 注。它为光波输出系统的稳定性和光波非互易传输提供了有力保障。然而，目 前的波导型隔离器在带宽，隔离度等方面，相对于商业可得的光学隔离器件处 于劣势状态。Yuya Shoji等人根据波导的互易相移和非互易相移的波长依赖特 性，通过优化波导的横纵向尺寸，极大的改善传统的MZ结构的带宽。可是，过多的结构参数需要优化和相互匹 配，势必增加了工艺制作的难度。这一问题同样存在于NaoyaKono等人提出的 用多环级联来增加带宽的方法。尽管后一设计结构非常紧凑，但是隔离度和通带额外损耗极大的受到波 导弯曲和级联结构的限制。不仅如此，已报道的隔离器都不适用多波长处理的 波分复用网络。目前，基于波分复用技术的系统容量升级对传统单波长器件提 出了新的要求，要求光学元件不仅能够实现隔离功能，而且能够对多个波长， 尤其是要对等频率间隔的光波可以同时进行处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于谐振环辅助的MZ干涉结构的光学隔离器。 本专利技术把非互易相移引入谐振环辅助的MZ结构，提出一种能同时处理多路波 长，宽带宽和高隔离度的隔离器。本专利技术采用的技术方案如下MZ干涉结构由两个并列干涉臂的两端共连接着一个输入波导和一个输出 波导而成；其中一个干涉臂与一个以上的谐振环发生耦合，另一个干涉臂含有 一段延时线。在整个谐振环辅助的MZ干涉结构中植入，光波在其中按前进和 后退方向传输时相位延迟量不同的非互易相移波导。所述的整个谐振环辅助的MZ干涉结构中，在谐振环中植入谐振环中的非 互易波导；或在另一干涉臂的延时线中植入的延时线中的非互易波导；或同时 在谐振环中植入谐振环中的非互易波导和在另一干涉臂的延时线中植入延时线中的非互易波导。所述的另一个干涉臂中设置一个调节工作点的、与波长无关的互易相移器。 所述的谐振环的个数由谐振环所在臂的相位延迟特性决定。本专利技术具有的有益的效果是本专利技术把非互易相移引入谐振环辅助的MZ 结构，提出一种能同时处理多路波长，宽带宽和高隔离度的隔离器。它利用了 磁光波导的非互易特性，并发挥了谐振环辅助的MZ干涉干涉结构的通带平坦 等优点，通过对结构参数的合理设计和优化，可以实现对多路频率的光波同时 进行处理。本专利技术具有结构通俗，工艺简单，设计灵活，功能性强等特点，在 光波分复用网络、光双向网络、光信息处理等方面有广泛的应用前景，具有重 要的科学研究意义和应用价值。 附图说明图1是基于谐振环辅助的MZ干涉结构的光学隔离器的原理图。图2是本专利技术中所举隔离器的平面图形。图3是本专利技术中所举隔离器的前后向的隔离输出特性。图4是上述平面图中两处标示的波导截面图。(a) 是图2中A-A'处的截面图形。(b) 是图2中B-B'处的截面图形。图中1A、谐振环上的非互易相移波导；1B、延时线上的非互易相移波导； 2、谐振环；3、输入波导；4A、与谐振环耦合的干涉臂；4B、含延时线的另一 干涉臂；5、输出波导；6、延时线；7、调节工作点的相移器；8A、硅衬底；8B、 二氧化硅层(BOX); 8C、表面硅层；9、 Ce:YIG磁光膜；IOA、 Cr/Au电极；IOB、 交变电流；IOC、垂直于波导传输方向的磁场。具体实施例方式本专利技术的基本原理首先不考虑非互易相移的引入。若忽略谐振环与直波导的耦合损耗，单环 耦合直波导的输出振幅r和相位响应^ng可以表示为I， _ 厶 Lnr 。i" A(1)r =-tt不u A峰=^"肌r— T—7—n-其中r为耦合器的反射系数，a为绕环传输的振幅因子，^为光绕谐振环一周所产生的相位延迟。相应的，谐振环一臂的延时可以表示为「 fl(l_r2|a(l + r2)v—r(l + a2)cos< ]., ②"叫 SCI (l-2racos^ + r2fl2](a2 -2racos 5 + r2) g 其中，7^g为谐振环的相位延迟。设MZ结构的两个Y分支的功分比都为0.5: 0.5;两臂的的振幅传输因子分别为"a^和a,2;且另一臂相对于环所在臂的固定相位延迟为^n^，则两臂在MZ结构的后一个Y分支处相干后的输出户。ut可表示为<formula>formula see original document page 5</formula> (3)当环工作在谐振状态或非谐振状态时，如果功分后的光束通过两臂的延时相同， 则能保证在此状态工作的波长附近很大范围内，两臂相位延迟非常相近，使得 MZ结构终端的输出非常平坦。在谐振状态和非谐振状态下，这一条件用公式可 分别表示为<formula>formula see original document page 5</formula> 其中，T^2^和T^(2m+^分别为谐振状态和非谐振状态下延时线的延时，m为任意整数。根据4式，延时线的长度与谐振环的周长成比例关系，其具体长度与所需隔离的中心波长位置和前向和后向传输谱的线形有关。现在往结构中加入非互易相移。设在谐振环和另一臂中分别引入A^S^g和A^Sam2的非互易相移，则光顺时针和逆时针绕环一周的相位延迟各有不同，分别为<formula>formula see original document page 5</formula>(5)同样的，光在另一臂中向前和后退传输的相位延迟也发生了变化，可计为<formula>formula see original document page 5</formula>上式中计入了调节工作点的相移器所产生的固定相位&。d.谐振环和延时线中的 非互易量的大小决定了非互易波导的长度。在上述提出的一般结构中，合理的设计延时线的长度、谐振环的非互易相移量、延时线上的非互易相移量和调节工作点的相移器的相移量可以得到很好的隔离效果。调节工作点的相移器7未必都会引入，其作用在于设置两臂固定 相位差，进而影响两臂的的相干特性。图1为一般性结构的原理图。 一种基于谐振环辅助的MZ结构的光学隔离 器，MZ干涉结构由两个并列干涉臂4A和4B的两端共连接着一个输入波导3 和一个输出波导5而成；其中一个干涉臂4A与一个以上的谐振环2发生耦合， 另一个干涉臂4B含有一段延时线6。在整个谐振环辅助的MZ干涉结构中植入， 光波在其中按前进和后退方向传输时相位延迟量不同的非互易相移波导。所述 的整个谐振环辅助的MZ干涉结构中，在谐振环中植入谐振环中的非互易波导 1A;或在另一干涉臂6的延时线中植入的延时线中的非互易波导1B;或同时在 谐振环中植入谐振环中的非互易波导1A和在另一干涉臂的延时线6中植入延时 线中的非互易波导1B。所述的另一个干涉臂4B中设置一个调节工作点的、与 波长无关的互易相移器7。谐振环的个数由谐振环所在臂的相位延迟特性决定。在隔离器的具体设计中，结构较为灵活，这里不一一列举。本专利技术仅给出图2 所示的最为简单的一例延时线长为环周长的一半，也即让延时线的延时等于 非谐振状态下谐振环的延时(这一设计使得通带平坦，同本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于谐振环辅助的ＭＺ干涉结构的光学隔离器，ＭＺ干涉结构由两个并列干涉臂（４Ａ，４Ｂ）的两端共连接着一个输入波导（３）和一个输出波导（５）而成；其中一个干涉臂（４Ａ）与一个以上的谐振环（２）发生耦合，另一个干涉臂（４Ｂ）含有一段延时线（６）。其特征在于：在整个谐振环辅助的ＭＺ干涉结构中植入，光波在其中按前进和后退方向传输时相位延迟量不同的非互易相移波导。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周海峰，江晓清，刘仕景，杨建义，周强，王明华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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