集成化高滚降光滤波器的制作方法

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种集成化高滚降光滤波器。

背景技术：

光子作为信息载体具有巨大的优势——相互无干扰、传输带宽大、速率高和不受电磁干扰等，已经广泛应用于长距离的光纤通信技术领域中。光学滤波器对波分复用(wdm，wavelength-divisionmultiplexing)网络应用中的路由选择至关重要，可利用光学滤波器来选择不同频率的信号以实现解复用等功能。与传统的电子技术相比，可以直接对高频带宽的微波信号进行滤波，在宽带接入、量子通信、激光雷达和天文系统的高级应用方面，有着重大意义。对目标频带的选择能力是应用于微波光子信号处理的光滤波器的重要指标，这就要求光学滤波器具有高滚降速率和较为狭窄的通带带宽，通带带宽在一个自由光谱区所占的比例越小，选择能力更强。基于集成光子学的光滤波器件，方便大规模集成，同时利用成熟的半导体工艺加工平台，可以实现大规模低成本的量产。常见的高滚降速率窄带光学滤波器常采用布拉格光纤光栅(fbg，fiberbragggrating)、马赫-曾德(mz，mach-zehnder)等结构，但上述方案存在损耗大、体积大，成本高，稳定性差，调节与控制困难等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种集成化高滚降光滤波器，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本发明提供了一种集成化光滤波器，包括：

输入光波导100，用于输入待处理的宽带光信号；

高阶微环光滤波器200，包括第一级高阶微环光滤波器201和第二级高阶微环光滤波器202，每级高阶微环光滤波器201、202均包括高阶微环谐振腔和与其相邻的输入端直波导和下载端直波导，在宽带光信号进入所述高阶微环光滤波器201、202、203的输入端，即输入端直波导的输入端后，当宽带光信号波段满足所述高阶微环光滤波器201、202、203微环谐振腔的谐振条件时，通过所述高阶微环谐振腔耦合至所述高阶微环光滤波器201、202、203的下载端直波导中并从所述高阶微环光滤波器201、202、203的下载端，即下载端直波导的输出端输出，而不满足高阶微环谐振腔的谐振条件的宽带光信号波段则保留在所述输入端直波导中并通过所述高阶微环光滤波器201、202、203的直通端，即所述输入端直波导的直通端输出，从而实现对输入的宽带光信号的滤波；

中间光波导300，包括第一中间光波导301和第二中间光波导302，用于传输不同高阶微环光滤波器间的宽带光信号；其中，所述高阶微环光滤波器200与所述中间光波导300交错排列，具体包括：所述第一级高阶微环光滤波器201的输入端直波导的输入端连接所述输入光波导100，所述第一级高阶微环光滤波器201的输入端直波导的直通端连接所述第一中间光波导301，所述第一级高阶微环光滤波器201的下载端连接所述第二中间光波导302，所述第一中间光波导301连接第二中间光波导302，所述第二中间光波导302连接第二级高阶微环光滤波器202的输入端直波导的输入端；

输出光波导400，与所述第二级高阶微环光滤波器202的下载端连接，用于输出经所述第二级高阶微环光滤波器202下载的宽带光信号，完成所述集成化光滤波器的滤波功能。

其中，所述高阶微环光滤波器200内的高阶微环谐振器均采用串联结构，且所述高阶微环光滤波器200包含的高阶微环谐振器的数目相同，数量至少为两个。

其中，所述第一级高阶微环光滤波器201为对称结构，内部的高阶微环谐振器中微环之间的距离相等，内部的高阶微环谐振器与周围两段直波导之间的距离也相等，从而使得直通端和下载端两路光波在该高阶微环滤波器内的两次滤波作用下，具有相同的平顶滤波曲线形状和相同高阶的中心波长。

其中，所述第二级微环滤波器202与第一级高阶微环滤波器201两者内部的微环谐振器的微环半径、波导宽度和波导厚度保持一致。

其中，所述第二级高阶微环光滤波器202内微环谐振器与两段直波导之间的距离要大于第一级高阶微环光滤波器201内微环谐振器与两段直波导之间的距离。

其中，所述输入宽带光信号在经过所述第一级高阶微环光滤波器201后，直通端和下载端分别进行了两次完全相同的滤波过程，两次滤波叠加的结果产生了类似于电磁诱导透明的光谱。

其中，通过对所述高阶微环光滤波器200的滤波曲线的中心波长进行独立调谐，能够实现所述集成化光滤波器中心波长的可调谐。

其中，所述高阶微环光滤波器200能够通过热光效应或电光效应对其滤波曲线中心波长进行独立调谐。

其中，所述高阶微环光滤波器200能够在铌酸锂、硅、二氧化硅、磷化铟、砷化镓平台上通过半导体工艺制作实现。

一种采用如上所述的集成化光滤波器进行光滤波的光通信设备。

基于上述技术方案可知，本发明的集成化高滚降光滤波器相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：

该滤波器的输入光信号在经过所述第一级高阶微环光滤波器后，直通端和下载端分别进行了两次完全相同的滤波过程，两次滤波叠加的结果产生了类似于电磁诱导透明的光谱，使得滤波曲线的消光比成两倍数增加，同时提高了谱线的滚降速率。

附图说明

图1为采用奇数个微环级联的高阶微环谐振器下，本发明的集成化高滚降光滤波器的结构示意图；

图2为采用偶数个微环级联的高阶微环谐振器下，本发明的集成化高滚降光滤波器的结构示意图；

图3为奇数和偶数个微环级联下，高阶微环光滤波器的结构示意图及其下载端与直通端谱线，其中，(a)为奇数个微环级联下，第一级高阶微环光滤波器201的结构，(b)为偶数个微环级联下，第二级高阶微环光滤波器202的结构，(c)为直通端和下载端的滤波曲线示意图；

图4为采用奇数个微环级联的高阶微环谐振器下，器件工作状态时第一、第二级高阶微环光滤波器下载端与直通端的联合滤波曲线，其中，(a)为直通端的联合滤波曲线，(b)为下载端的联合滤波曲线；

图5为采用偶数个微环级联的高阶微环谐振器下，器件工作状态时第一、第二级高阶微环光滤波器下载端与直通端的联合滤波曲线，其中，(a)为直通端的联合滤波曲线，(b)为下载端的联合滤波曲线；

图6为器件工作状态下各阶段滤波曲线示意图，其中，(a)为第一、第二级高阶微环光滤波器的联合滤波曲线，其滤波光谱包含一个位于凹槽内的窄峰；(b)为第三级高阶微环光滤波器的滤波曲线；(c)为由这三级高阶微环光滤波器级联构成的集成化光滤波器的输出端滤波曲线。

上述附图中，附图标记含义如下：

100-输入光波导

200-高阶微环光滤波器

201-第一级高阶微环光滤波器202-第二级高阶微环光滤波器

300-中间光波导

301-第一中间光波导302-第二中间光波导

400-输出光波导

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1及图2所示，本发明公开了一种集成化高滚降光滤波器，包括：

输入光波导100，用于输入待处理的宽带光信号。

高阶微环光滤波器200，包括第一级高阶微环光滤波器201和第二级高阶微环光滤波器202，每级高阶微环光滤波器均由一个高阶微环谐振器和两段与其靠近的直波导组成，用于对输入直波导中的宽带光信号进行滤波，光信号进入某段直波导后，其中满足高阶微环谐振条件的波段会通过高阶微环耦合至另一段直波导的下载端、不满足高阶微环谐振条件的波段会保留在原直波导的直通端。

图3为奇数和偶数个微环级联下，高阶微环光滤波器的结构示意图及其下载端与直通端谱线，其中图3(a)为奇数个微环级联下，第一级高阶微环光滤波器201的结构，图3(b)为偶数个微环级联下，第二级高阶微环光滤波器202的结构，图3(c)为直通端和下载端的滤波曲线示意图；

可见奇数微环级联和偶数微环级联下的高阶微环光滤波器，唯一的区别是下载端的方向不同，但其滤波曲线是一致的，因此会导致图1及图2两种不同的集成化高滚降光滤波器结构，但两种结构的工作原理与滤波结果是完全等价的。

中间光波导300，包括第一中间光波导301和第二中间光波导302，用于传输不同高阶微环光滤波器间的信号光。

在本发明实施例中，高阶微环光滤波器200内部的高阶微环谐振器均采用串联结构，且其包含的微环数目相同，数目至少为两个；第一级高阶微环光滤波器内部的高阶微环谐振器中微环之间的距离相等，且高阶微环谐振器与周围两段直波导之间的距离也相等；第二级高阶微环光滤波器202与第一级高阶微环光滤波器201具有不完全相同的设计参数，两者内部的微环谐振器的微环半径、波导宽度和波导厚度保持一致，但第二级高阶微环光滤波器202内微环谐振器与两段直波导之间的距离较第一级微环光滤波器201内微环谐振器与两段直波导之间的距离更大。

高阶微环光滤波器200与中间光波导300交错排列，输入光波导100连接第一级高阶微环光滤波器201上方波导的输入端，该输入端对应的直通端通过中间光波导301连接第一级高阶微环光滤波器201的另一段波导，该波导随后利用中间光波导303连接第二级高阶微环光滤波器202。

输出光波导400，用于输出第二级高阶微环光滤波器202的下载端信号光，完成集成化光滤波器的滤波功能。

具体的，如图4及图5所示，待处理的宽带光信号利用输入光波导100进入第一级高阶微环光滤波器201的输入端后，其直通端先后两次滤波过程如图4(a)或图5(a)中的①和②所示，信号光由l1波导左端进入后，经过其对应直通端从l1波导右端进入中间光波导301完成第一次滤波，随后进入l2波导上端后，经过其对应直通端从l2波导下端进入中间光波导302完成第二次滤波；其下载端先后两次滤波过程如图4(b)或图5(b)中的①和②所示，信号光由l1波导左端进入后，经过其对应直通端从l2波导上端进入中间光波导301完成第一次滤波，随后进入l1波导右端后，经过其对应直通端从l2波导下端进入中间光波导302完成第二次滤波；

信号光经过第一级高阶微环光滤波器201后的两次直通端滤波曲线和两次下载端滤波曲线在中间光波导302内合束，由于第一级高阶微环光滤波器201内部的高阶微环谐振器中微环之间的距离相等，内部的高阶微环谐振器与周围两段直波导之间的距离也相等，保证了该高阶微环滤波器内直通端和下载端的两次滤波作用，具有相同的滤波曲线形状和谐振峰中心波长，且两次滤波叠加的结果会在中间光波导302处产生如图6(a)所示类似于电磁诱导透明(eit)的光谱，其滤波光谱中有一个位于凹槽内的窄峰；

最后，中间光波导302内的信号光进入第二级高阶微环光滤波器202内，由于第二级高阶微环光滤波器202的下载端滤波曲线如图6(b)所示，因此将会在其下载端产生如图6(c)所示的滤波结果并通过输出光波导400输出。

综上所述，本发明实施例得到了低损耗、高品质因子、集成化高滚降的高性能滤波光谱，完成集成化光滤波器的滤波功能。

在本公开具体实施例中，通过对第一和第二级高阶微环光滤波器201、202的滤波曲线的中心波长进行独立调谐，可以实现所述高滚降速率光滤波器中心波长的可调谐。

在本公开具体实施例中，高阶微环光滤波器200可通过热光效应或电光效应对其滤波曲线中心波长进行调谐。

在本公开具体实施例中，其中，高阶微环滤波器200可以在铌酸锂、硅、二氧化硅、磷化铟、砷化镓平台上通过半导体工艺制作实现。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。