一种可重构光学全通滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种可重构光学全通滤波器，包括：三个光学耦合器、N+2个光学相移器和N个微环；第一光学耦合器输出端、第二光学耦合器输入端与第一光学相移器构成MZI1结构，第二光学耦合器输出端、第三光学耦合器输入端、第二光学相移器、第三光学相移器以及第一微环构成MZI2结构。本发明专利技术利用马赫

【技术实现步骤摘要】
一种可重构光学全通滤波器


[0001]本专利技术属于光学滤波器和微波光子
，更具体地，涉及一种可重构光学全通滤波器。

技术介绍

[0002]全通滤波器是在一定频率范围内保持幅度恒定而只对相位信息进行改变的一种特殊滤波器，也可以称为全通网络(相位滤波器)。传统的滤波器通过本身幅频响应的变化实现信号滤波，而全通滤波器通过本身的相频响应特性改变信号的相位信息，除了固定的插损，对信号的幅度没有任何影响。在电学中，这种特性常用于消除系统中不需要的相位影响以及对特定信号引入延时；在光学领域，可以通过对全通滤波器的相位响应进行相应的设计，用来构造光延迟线、色散补偿器等，是全光信号处理系统中的重要器件。
[0003]光学全通滤波器通常有两种结构：Gires
‑
Tournois腔和微环结构。相比于Gires
‑
Tournois腔，微环谐振的形成不需要腔面提供光反馈，具有与生俱来的集成优势。微环体积小、成本低、易调谐并且具有良好的移相特性，因此微环结构被广泛地应用于全通滤波器的结构中。理想状态下，即波导无传输损耗，微环的幅度响应恒为1，并且具有2π的相位响应。将一系列的微环级联，可以在不改变幅度响应的基础上无限扩大系统的相位响应范围和群延时，这可以看作理想的全通滤波器。但实际情况下，波导的损耗不可忽略，因此微环谐振器的幅度响应不再是一条恒为1的直线，而是一个存在凹陷曲线。同时，为了满足更多系统的应用需求，迫切需要相频响应范围更大且可调、可重构的全通滤波器。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种可重构光学全通滤波器，旨在获得平坦的幅频响应的同时得到相位响应范围大、延时高的全通滤波器，并实现滤波器阶数的重构，从而增强全通滤波器的灵活性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种可重构光学全通滤波器，包括：三个光学耦合器、N+2个光学相移器和N个微环，N为大于或等于2的整数；其中，
[0006]第一光学耦合器输出端上臂通过第一波导与第二光学耦合器输入端上臂相连，第一光学耦合器输出端下臂通过第二波导与第二光学耦合器输入端下臂相连；所述第一波导或第二波导上设有第一光学相移器；
[0007]所述第二光学耦合器输出端上臂通过第三波导与第三光学耦合器输入端上臂相连，第二光学耦合器输出端下臂通过第四波导与第三光学耦合器输入端下臂相连；所述第三波导上设有第二光学相移器，第四波导上设有第三光学相移器以及与所述第四波导耦合的第一微环，或者所述第四波导上设有第二光学相移器，第三波导上设有第三光学相移器以及与所述第三波导耦合的第一微环；
[0008]所述第三光学耦合器输出端与第五波导相连，所述第五波导上设有N
‑
1个光学相移器以及与所述第五波导耦合的N
‑
1个微环；
[0009]通过调谐所述N个微环的耦合系数，使得第i+1微环的零点和第i微环的极点镜像对称，i＝1、
…
、N
‑
1；通过调节所述第一光学相移器，使得第一微环的零点和第N微环的极点镜像对称，从而实现全通滤波。
[0010]进一步地，第j微环与设有第j+2光学相移器的波导的耦合区设计为一个可调耦合器，所述可调耦合器由两个完全相同的耦合区和两段等长的波导组成，通过调节所述第j+2光学相移器改变所述可调耦合器上下两臂的相位差，从而调谐所述第j微环的耦合系数，j＝1、
…
、N。
[0011]进一步地，所述N个微环上设有相移器，用于调控相应微环的谐振波长。
[0012]进一步地，采用热光效应、载流子注入或光力原理改变微环的谐振波长，从而调节全通滤波器相频响应中心频率。
[0013]进一步地，所述N+2个光学相移器以及设在所述N个微环的相移器采用加热电极、PN结或光力结构来实现。
[0014]进一步地，所述第一光学耦合器采用1
×
2多模干涉耦合器或Y分支耦合器或定向耦合器；所述第二光学耦合器采用2
×
2多模干涉耦合器或定向耦合器；所述第三光学耦合器采用2
×
1多模干涉耦合器或Y分支耦合器或定向耦合器。
[0015]进一步地，所述光学全通滤波器还包括：第一耦合光栅和第二耦合光栅；
[0016]所述第一耦合光栅与所述第一光学耦合器的输入端相连，作为光学全通滤波器的输入端；
[0017]所述第二耦合光栅与所述第五波导相连，作为光学全通滤波器的输出端。
[0018]进一步地，所述滤波器采用以下任意一种材料：硅、有机聚合物、氮化硅、氧化硅；所述滤波器采用以下任意一种波导结构：条波导、脊波导、狭缝波导、表面等离子体波导。
[0019]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0020](1)本专利技术提供的光学全通滤波器，由于采用幅度、相位、耦合系数调节后得到幅频响应为常数的全通滤波器，具体实现方法为：通过调谐N个微环的耦合系数，使得第i+1微环的零点和第i微环的极点镜像对称，i＝1、
…
、N
‑
1；同时，调节第一光学相移器，使得第一微环的零点和第N微环的极点镜像对称，从而实现全通滤波。与现有技术相比，不需要通过消除波导损耗来实现全通滤波器，解决了级联微环全通滤波器对波导损耗敏感而难以制作的问题。此外，该器件的相频响应为各微环谐振器相频响应的叠加，因此该全通滤波器具有超大的相频响应范围。
[0021](2)本专利技术提供的光学全通滤波器，由于采用多个微环，相比于低阶的全通滤波器，其相频响应的滚边更陡峭，相频变化范围更大。因此基于该结构实现的微波光子延时器可以实现高延时，并且可以通过级联更多的微环来进一步的提高延时量。同时由于其陡峭的滚边，基于该结构的微波光子移相器可以在更低频区域工作，有助于提高相移器的工作频率范围。此外，该结构具有阶数可重构的特性，在相控阵雷达、信号处理等领域具有潜在的应用价值。
[0022](3)本专利技术提供的光学全通滤波器，通过微环上的光学相移器实现滤波器的调谐；可以利用但不限于热光效应、载流子注入原理或光力原理改变微环的谐振波长，从而使得光学全通滤波器相位滤波的中心频率可调。同时该结构引入了可调耦合器，微环与波导的耦合系数可调，因此该高阶全通滤波器的相位响应和阶数实现可重构。
附图说明
[0023]图1为本专利技术提供的光学全通滤波器的结构示意图；
[0024]图2为微环单元结构示意图；
[0025]图3为本专利技术提供的光学全通滤波器幅频响应仿真结果示意图；
[0026]图4为本专利技术提供的光学全通滤波器相频响应仿真结果示意图；
[0027]图5为本专利技术提供的光学全通滤波器延时响应仿真结果示意图；
[0028]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1
‑
第一耦合光栅，2
‑
第一光学耦合器，3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可重构光学全通滤波器，其特征在于，包括：三个光学耦合器、N+2个光学相移器和N个微环，N为大于或等于2的整数；其中，第一光学耦合器(2)输出端上臂通过第一波导与第二光学耦合器(4)输入端上臂相连，第一光学耦合器(2)输出端下臂通过第二波导与第二光学耦合器(4)输入端下臂相连；所述第一波导或第二波导上设有第一光学相移器(3)；所述第二光学耦合器(4)输出端上臂通过第三波导与第三光学耦合器(8)输入端上臂相连，第二光学耦合器(4)输出端下臂通过第四波导与第三光学耦合器(8)输入端下臂相连；所述第三波导上设有第二光学相移器(5)，第四波导上设有第三光学相移器(6)以及与所述第四波导耦合的第一微环(7)，或者所述第四波导上设有第二光学相移器(5)，第三波导上设有第三光学相移器(6)以及与所述第三波导耦合的第一微环(7)；所述第三光学耦合器(8)输出端与第五波导相连，所述第五波导上设有N
‑
1个光学相移器以及与所述第五波导耦合的N
‑
1个微环；通过调谐所述N个微环的耦合系数，使得第i+1微环的零点和第i微环的极点镜像对称，i＝1、
…
、N
‑
1；通过调节所述第一光学相移器，使得第一微环的零点和第N微环的极点镜像对称，从而实现全通滤波。2.如权利要求1所述的光学全通滤波器，其特征在于，第j微环与设有第j+2光学相移器的波导的耦合区设计为一个可调耦合器，所述可调耦合器由两个完全相同的耦合区和两段等长的波导组成，...

【专利技术属性】
技术研发人员：于源，陈宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：