一种平坦化滤波器及其构成的Mux、Demux滤波器的制作方法

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种平坦化滤波器及其构成的mux、demux滤波器。

背景技术：

随着当今社会通讯技术的发展，各种各样的通讯过程中产生的数据流量呈现爆炸式的增长。这些数据在数据中心中的传输和处理，需要更加高速的载体来满足流量增长的需求。光纤由于其速率高损耗低，从而成为比电缆更加高效的数据传输介质，被越来越广泛的用在数据中心内部的数据传输之中。在光模块中需要集成相应的光滤波器，实现不同波长光的复用(mux)和解复用(demux)。对于现有的光子集成的mux和demux光滤波器，实现的方法大致分为两大类。第一类是有限冲激响应finiteimpulseresponse(fir)滤波器；还有一类是无限冲激响应infiniteimpulseresponse(iir)滤波器。fir滤波器常用于mux和demux光滤波器的实现，包括阵列波导光栅(arrayedwaveguidegrating：awg)；反射式阶梯光栅(echellegrating：edg)；网格滤波器(latticefilter)。在光模块中，由于激光器的输出波长会有一定的温漂，滤波器的频谱响应需要具有平顶化的通带去契合这种温漂，实现稳定的mux和demux功能。与此同时滤波器的插入损耗(insertionloss:il)应当尽可能的小，降低光模块的功耗。而现有的光子集成型的mux和demux光滤波器，常常使用awg或者edg的解决方案。这两种滤波器实现频谱响应的平顶化，是以牺牲il为代价去实现的。传统的网格滤波器，能够实现平顶型的通带，并且并不以牺牲il为代价。但是由于cwdm在o波段的应用覆盖的波长宽度大于80nm，传统的网格滤波器中的方向耦合器常常不能实现如此长的平坦化耦合效率，会增大器件的串扰。

中国专利cn204101770u，公开日2015年1月14日，一种增益平坦滤波器，包括一单光纤头、一滤光片、一准直透镜以及一单光纤准直器，所述滤光片固定于所述单光纤头的出光面且所述滤光片覆盖所述单光纤头的光纤纤芯，所述单光纤头、准直透镜以及单光纤准直器设于同一水平线上且依次设置，所述单光纤头与所述准直透镜间设有一距离d，所述准直透镜与单光纤准直器设有距离d。通过将滤光片固定于单光纤头的通光面上，使得滤光片尺寸可以大大减小，因此，滤光片的价格更低，大大降低了器件成本。通过设置隔离器芯实现光路的滤波和反向隔离，且产品体积小，成本低。但其不能解决目前滤波器频谱响应的平顶化以牺牲il为代价的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：目前滤波器频谱响应的平顶化以牺牲il为代价的技术问题。提出了一种由马赫-岑德尔干涉仪级联构成的滤波单元的平坦化滤波器及其构成的mux、demux滤波器。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种平坦化滤波器，包括cell单元，所述cell单元包括2个mmi光功分器、3个方向耦合器和4组干涉臂，所述2个mmi光功分器和3个方向耦合器按照顺序mmi-dc-dc-mmi-dc由4组干涉臂连接，其中mmi表示mmi光功分器，dc表示方向耦合器，所述每组干涉臂包括两个长度不同的干涉臂，所述顺序中第一个mmi光功分器的端口1或端口3为合波出射或入射端口且作为cell单元的in端口，所述顺序中最后一个方向耦合器的端口2以及端口4为分波入射或出射口，且分别作为cell单元的out1端口以及out2端口。每一个cell单元都是由四组马赫-岑德尔干涉仪级联构成。这四组马赫-岑德尔干涉仪中的5个能量分束/合束器分别由2个mmi和3个方向耦合器构成；4组干涉臂由不同长度的波导构成。每一组干涉臂的输入输出分别对应mmi和方向耦合器的2端口输入输出，从而级联四组马赫-岑德尔干涉仪。由臂长差引起的干涉能够提高滤波器频谱响应的平顶化程度。所述mmi指多模干涉mmi(multi-modeinterference,mmi)光功分器，用于分波。

作为优选，所述方向耦合器的波导分为能量耦合区和相位控制区，所述能量耦合区分布在相位控制区两侧，所述能量耦合区内的方向耦合器的两个波导宽度相同，所述相位控制区内的方向耦合器的两个波导的宽度不同且均与能量耦合区的波导宽度不同，所述能量耦合区与相位控制区波导之间均存在渐变椎体波导连接段。能量耦合区主要用于两波导之间能量的耦合；相位控制区，相邻两个波导的宽度并不一致，导致两波导中模式的传播常数并不一致，能量耦合极弱，主要实现对于不同波长光相位的控制。通过合理控制两个能量耦合区长度以及相位控制区的宽度/长度，能够实现宽谱能量耦合效率的平顶化，从而实现低串扰的mux与demux功能，能量耦合区长度取通常范围内的值，相位控制区的宽度或长度的较优值，可根据具体的通信波长进行有限次试验获得。

作为优选，所述每组干涉臂的两个干涉臂的臂长差其中fsr为通信光波长间隔的4倍，ng为波导的群折射率，λ为波导的有效折射率。每一个cell都是由四组马赫-岑德尔干涉仪级联构成。每一组干涉臂由两根不同长度的波导组成，这两根波导的臂长差需要根据通道间隔和波导的有效折射率与群折射率计算，满足一定的相位关系，可以进一步提高滤波器频谱响应的平顶化程度。

一种平坦化mux滤波器，由如前述的平坦化滤波器级联组成，包括3个cell单元，第一个cell单元的in端口为合波出射口，第二个cell单元的in端口与第一个cell单元的out2端口耦合，第三个cell单元的in端口与第一个cell单元的out1端口耦合，第二个cell单元以及第三个cell单元的out1、out2端口为分波入射口。

一种平坦化demux滤波器，由如前述的平坦化滤波器级联组成，包括9个cell单元，第一个cell单元的in端口为合波入射端口，第二个cell单元的in端口与第一个cell单元的out2端口连接，第三个cell单元的in端口与第一个cell单元的out1端口连接，第四个cell单元的in端口与第二个cell单元的out2端口连接，第五个cell单元的in端口与第三个cell单元的out1端口连接，第四个cell单元以及第五个cell单元的out1端口以及out2端口分别与剩余的四个cell单元的in端口连接，所述剩余的四个cell单元的out2端口均为分波出射口。9个cell单元级联能够有效增强对串扰的控制。

本发明的实质性效果是：本发明优化了网格滤波器的方向耦合器，从而实现了高性能的mux和demux网格滤波器，提高滤波器频谱响应的平顶化程度，降低串扰。

附图说明

图1为实施例一cell单元结构示意图。

图2为实施例一方向耦合器波导结构示意图。

图3为实施例二mux滤波器结构示意图。

图4为实施例三demux滤波器结构示意图。

其中：1、干涉臂，2、方向耦合器，3、cell单元，4、mmi光功分器，5、能量耦合区，6、渐变椎体波导连接段，7、相位控制区。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

一种平坦化滤波器，如图1所示，为实施例一cell单元结构示意图，本实施例包括cell单元3，cell单元3包括2个mmi光功分器4、3个方向耦合器2和4组干涉臂1，2个mmi光功分器4和3个方向耦合器2按照顺序mmi-dc-dc-mmi-dc由4组干涉臂1连接，其中mmi表示mmi光功分器4，dc表示方向耦合器2，每组干涉臂1包括两个长度不同的干涉臂1，顺序中第一个mmi光功分器4的端口1或端口3为合波出射或入射端口且作为cell单元3的in端口，顺序中最后一个方向耦合器2的端口2以及端口4为分波入射或出射口，且分别作为cell单元3的out1端口以及out2端口。每一个cell单元3都是由四组马赫-岑德尔干涉仪级联构成。这四组马赫-岑德尔干涉仪中的5个能量分束/合束器分别由2个mmi和3个方向耦合器2构成；4组干涉臂1由不同长度的波导构成。每一组干涉臂1的输入输出分别对应mmi和方向耦合器2的2端口输入输出，从而级联四组马赫-岑德尔干涉仪。由臂长差引起的干涉能够提高滤波器频谱响应的平顶化程度。mmi指多模干涉mmi(multi-modeinterference,mmi)光功分器，用于分波。

如图2所示，为实施例一方向耦合器波导结构示意图，方向耦合器2的波导分为能量耦合区5和相位控制区7，能量耦合区5分布在相位控制区7两侧，能量耦合区5内的方向耦合器2的两个波导宽度相同，相位控制区7内的方向耦合器2的两个波导的宽度不同且均与能量耦合区5的波导宽度不同，能量耦合区5与相位控制区7波导之间均存在渐变椎体波导连接段6。能量耦合区5主要用于两波导之间能量的耦合；相位控制区7，相邻两个波导的宽度并不一致，导致两波导中模式的传播常数并不一致，能量耦合极弱，主要实现对于不同波长光相位的控制。通过合理控制两个能量耦合区5长度以及相位控制区7的宽度/长度，能够实现宽谱能量耦合效率的平顶化，从而实现低串扰的mux与demux功能，能量耦合区5长度取通常范围内的值，相位控制区7的宽度或长度的较优值，可根据具体的通信波长进行有限次试验获得。

每组干涉臂1的两个干涉臂1的臂长差其中fsr为通信光波长间隔的4倍，ng为波导的群折射率，λ为波导的有效折射率。每一个cell都是由四组马赫-岑德尔干涉仪级联构成。每一组干涉臂1由两根不同长度的波导组成，这两根波导的臂长差需要根据通道间隔和波导的有效折射率与群折射率计算，满足一定的相位关系，可以进一步提高滤波器频谱响应的平顶化程度。

实施例二：

一种平坦化mux滤波器，由实施例一记载的平坦化滤波器级联组成，如图3所示，为实施例二mux滤波器结构示意图，本实施例包括3个cell单元3，第一个cell单元3的in端口为合波出射口，第二个cell单元3的in端口与第一个cell单元3的out2端口耦合，第三个cell单元3的in端口与第一个cell单元3的out1端口耦合，第二个cell单元3以及第三个cell单元3的out1、out2端口为分波入射口。

实施例三：

一种平坦化demux滤波器，由实施例一记载的平坦化滤波器级联组成，如图4所示，为实施例三demux滤波器结构示意图，本实施例包括9个cell单元3，第一个cell单元3的in端口为合波入射端口，第二个cell单元3的in端口与第一个cell单元3的out2端口连接，第三个cell单元3的in端口与第一个cell单元3的out1端口连接，第四个cell单元3的in端口与第二个cell单元3的out2端口连接，第五个cell单元3的in端口与第三个cell单元3的out1端口连接，第四个cell单元3以及第五个cell单元3的out1端口以及out2端口分别与剩余的四个cell单元3的in端口连接，剩余的四个cell单元3的out2端口均为分波出射口。9个cell单元3级联能够有效增强对串扰的控制。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。