CN100399082C - 一种高精细度电调谐集成光滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精细度电调谐集成光滤波器，它是将环型腔光波导陀螺与集成光波导放大器结合在一起，即将带有放大介质的有源腔作为光波导环型腔，再加上一个腔长调节器构成一种新型的高精细度可调滤波器。该滤波器可以获得无损耗甚至带增益的信号输出和很高的光谱精细度(kHz量级)；还可通过泵浦光功率对内增益的影响实现光谱带宽与输出增益的调节。该滤波器具有光谱调节范围宽、调节速度快、体积小、结构紧凑、稳定性好、易于集成等优点。本发明在光分插复用器(OADM)系统以及光谱均衡和窄光谱光源研究等方面具有重要的应用价值。

Description

一种高精细度电调谐集成光滤波器

技术领域

本发明属于电子元器件技术领域，它特别涉及电调谐集成光滤波器技术。

背景技术

众所周知，可调谐光滤波器在光纤通信领域有广泛的应用前景。目前有关可调光滤波器的技术主要有F-P滤波器、声光滤波器、电光滤波器等，此外有源半导体以及可调光纤光栅、液晶等也都进行了可调滤波器研究(见文献：一种可调谐光滤波器，专利号03128005，中国；可调光滤波器，专利号98120842，中国；一种新型F-P腔光滤波器，南京邮电学院学报，2001，21)。F-P滤波器主要采用光纤端面镀膜结构(也有LiNbO₃)，用压电陶瓷进行腔长调节，其插入损耗较大，调谐范围较小；声光滤波器通过换能器将声波激励在光波导(光纤或LiNbO₃波导)中传播，利用其所形成的声栅对光模衍射来实现调谐，其光谱精细度不高；电光调谐滤波器速度慢，调节复杂；光纤光栅滤波器采用电极加热或电致伸缩方式进行调节(见文献：采用FBG温度机械合成调谐技术的光滤波器，光子学报，2002，31(12))，其光栅中心波长会随温度变化。各种滤波器虽然都有一定的研究进展和实用可能，但仍然存在不足，这些不足是由其原理与结构引起的，也是无法克服的。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精细度电调谐集成光滤波器，它具有光谱调节范围宽、调节速度快、体积小、结构紧凑、稳定性好、易于集成等特点。

本发明提供的一种高精细度电调谐集成光滤波器(如图1所示)，它包括波导衬底1、环型腔(环型波导)2、直波导3、4、5、分光器6、7、信号光输入端8、泵浦光输入端9、选择波输出端10、未被选择波输出端11、加热电阻12、电极13；信号光输入端8与泵浦源输入端9用光纤熔接机耦合在一起，再通过固定胶与直波导3耦合；直波导3中光信号经分束器6一部分由直波导4传出，另一部分进入环型谐振腔2；环型腔2上有加热电阻12，在加热电阻12的两端有电极13；环型腔2另一端通过分束器7与直波导5相连，直波导5与直波导3、4平行且均与环型腔2相耦合；直波导5与未被选择波输出端11通过固体胶耦合。

需要说明的是：

选择波输出端10是满足谐振要求波长输出端口，精细度很高；

未被选择波输出端11是不满足谐振要求波长的输出端口，波长成分较多；

固定胶可以采用紫外快干胶；

直波导3、4、5结构如图3所示；

环型波导2平面图和截面图如图4、5，环型波导圆心到波导中线半径r由待选择波长范围决定，半径r与选择波长有关，由公式决定： $r=\frac{\mathrm{k\λ}}{2\mathrm{\πn}},$ 式中k为自然数1、2、3...λ为待选中心波长，n为环型腔的折射率；

分束器6、7示意图如图6、7，直波导3、4、5分别与环型波导2相耦合；分束器能将直波导1中信号部分分配到直波导2和环型波导3中；

直波导、环型腔和分束器都通过离子交换、溶胶凝胶、光刻腐蚀等工艺做在增益介质1上；

图8中加热电阻12是在一段环型波导2上蒸镀一层镍铬合金薄膜，其电阻由公式 $R=\mathrm{\ρ}\frac{L}{\mathrm{ad}}$ 计算，其中ρ是薄膜的电阻率，L、a分别是薄膜长和宽，d是薄膜厚度；电极两边有加电流的引线13。

本发明提供的一种高精细度电调谐集成光滤波器的工作过程：整个器件做在具有放大能力的掺稀土磷酸盐玻璃衬底上。待选择的波长通过输入端进入传输波导，在泵浦光的抽运下被放大，放大后的光经分束器一部分进入环型腔，另一部分进入直波导，当加热电极电流为I时，由于环型腔的谐振作用，通过调节加热电流I，可使环腔波导的折射率与腔长变化，只有在适当的加热电流I下，某一待选波长的光才有可能从选择端口输出，改变加热电流I可以调节选择光波长，未被选择的波长光波经环型腔输出耦合器由未选择端口输出。因为环型腔做在增益介质上，可以补偿传输损耗，实现无损耗或具有内增益工作，从而可获得很高的光谱精细度(KHz量级)，同时通过改变泵浦光输入功率对内增益的调节可以对光谱带宽与输出增益进行调节。

本发明的实质是：将环型腔光波导陀螺与集成光波导放大器结合在一起，即将带有放大介质的有源腔作为光波导环型腔，再加上一个腔长调节器构成一种新型的高精细度可调滤波器。该滤波器不仅可以获得无损耗甚至带增益的信号输出，而且可获得很高的光谱精细度(kHz量级)；同时还可以对光谱带宽与输出增益进行调节。该滤波器具有光谱调节范围宽、调节速度快、体积小、结构紧凑、稳定性好、易于集成等优点。

本发明是综合应用了无源环型谐振腔、光波导放大以及热光效应等特点构建了一种新型的、光谱精细度高、输出光谱宽度与增益可调、光谱调节范围宽的电调谐滤波器。本发明结构由于输入输出端、谐振腔、加热电阻等都能很容易的做在一片衬底上，因此其最大的优点是易于集成，与用光纤构成的类似结构有源滤波器相比，具有体积小、结构紧凑、稳定性好等优点。

本发明的创新点：

(1)采用环型腔实现光滤波；

(2)通过加热电阻实现选择波长的可调；

(3)选用增益介质，补偿传输损耗，可获得高精细度光谱。

本发明在光分插复用器(OADM)系统以及光谱均衡和窄光谱光源研究等方面具有重要的应用价值。

附图说明

图1是本发明结构示意图

图2是本发明结构俯视图示意图

在图1和图2中，1：带增益的衬底；2：环型腔；3、4、5：直波导；6：环型腔波导输入耦合器；7：环型腔波导输出耦合器；8：光波输入端；9：泵浦光输入端；10：被选择光波输出端；11：未选择光波输出端；12：加热电阻；13：电极引线。

图3是本发明直波导示意图

在图中直波导3、4、5直径6～8μm。

图4是本发明环型腔的剖面图

图中环型波导宽6～8μm；r为环型波导半径。

图5是本发明中直波导和环型腔的截面图

图中直波导和环型腔的截面是长轴为6～8μm的椭圆。

图6是本发明的分束器示意图

图7是本发明的合束器示意图

其中合束器能将图1环型波导3中95％信号合并到直波导1中。

图8是本发明的加热电阻示意图

具体实施方式

选择：直波导3、4、5宽6～8μm，长1～1.5cm；环形腔2折射率约为1.5；环型波导截面椭圆长6～8μm，椭圆宽～4μm；直波导1中信号分配到直波导2和环型波导3中的比例为5∶95；加热电阻厚度1μm；加热电极引线由金丝或铝丝压焊形成。按照本发明的技术方案组成高精细度电调谐集成光滤波器，经过使用可知，本发明提供的高精细度电调谐集成光滤波器可以达到光谱精细度(kHz量级)。

Claims (4)

1.一种高精细度电调谐集成光滤波器，其特征是它包括波导衬底(1)、环型腔(2)、直波导(3)、(4)、(5)、分束器(6)、(7)、信号光输入端(8)、泵浦光输入端(9)、选择波输出端(10)、未被选择波输出端(11)、加热电阻(12)、电极(13)；信号光输入端(8)与泵浦源输入端(9)用光纤熔接机耦合在一起，再通过固定胶与直波导(3)耦合；直波导(3)中的光信号经分束器(6)一部分由直波导(4)传出，另一部分进入环型谐振腔(2)；环型腔(2)上有加热电阻(12)，在加热电阻(12)的两端有电极(13)；环型腔(2)另一端通过分束器(7)与直波导(5)相连，直波导(5)与直波导(3)、(4)平行且均与环型腔(2)相耦合；直波导(5)与未被选择波输出端(11)通过固体胶耦合。

2.根据权利要求1所述的一种高精细度电调谐集成光滤波器，其特征是所述的环型波导(2)和直波导(3)、(4)、(5)的横截面的形状为椭圆；所述的直波导(3)、(4)、(5)分别与环型波导(2)相耦合。

3.根据权利要求1所述的一种高精细度电调谐集成光滤波器，其特征是所述的直波导(3)、(4)、(5)、环型腔(2)和分束器(6)、(7)都通过离子交换、溶胶凝胶、光刻腐蚀工艺做在增益介质(1)上。

4.根据权利要求1所述的一种高精细度电调谐集成光滤波器，其特征是所述的固定胶采用紫外快干胶。

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