CN105549157A - 一种基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器 - Google Patents

一种基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，该可调谐光学陷波滤波器由N个微环谐振器(MRRi)级联而成，该N个微环谐振器共用一个主要直波导(L0)，该N个微环谐振器中的每个微环谐振器还分别具有一个辅助直波导(Li)和至少一个环形波导；其中，N为大于等于2的自然数，i的取值为1至N。利用本发明，实现了中心波长和光学阻带宽度的可调。

Description

一种基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器
技术领域
本发明涉及片上光互连网络技术领域，尤其是一种应用于光学滤波的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器。
背景技术
波分复用(Wavelength-DivisionMultiplexing，WDM)光纤通信系统已经成为现代高速宽带通信网的基础平台。作为光纤通信系统的核心设备，可重构光分插复用器(ReconfgurableOpticalAdd-DropMultiplexer，ROADM)的使用给网络的运营带来了更多业务开展的便利和运营成本的降低。ROADM在光域以波长为单位对信号进行分插与复用，因其透明性、灵活性和可扩展性，它越来越受到网络运营商的青睐。
理想的可重构光网络是能以任何频率间隔在任何方向上下(或直通)任何波长。为实现这个目标，要求下一代ROADM具有以下特性：波长无关性(Colorless)：各端口可承载任意波长；方向无关性(Directionless)：任意波长可以以任意方向实现上下以及直通等功能；无冲突(Contentionless)：在任意方向上实现任意波长的上下或直通；灵活栅格(Gridless)：波长间隔灵活可调。这些特征一般被合称为CDCG。
中心波长和阻带带宽独立可调的光学陷波滤波器是实现具有CDCG特征的下一代ROADM的关键单元。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的主要目的在于提供一种基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，以实现中心波长和光学阻带宽度的可调。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，该可调谐光学陷波滤波器由N个微环谐振器MRRi级联而成，该N个微环谐振器共用一个主要直波导L0，该N个微环谐振器中的每个微环谐振器还分别具有一个辅助直波导Li和至少一个环形波导；其中，N为大于等于2的自然数，i的取值为1至N。
上述方案中，该N个微环谐振器共具有N个辅助直波导L1，L2，...，LN，该N个辅助直波导L1，L2，...，LN系沿与主要直波导L0平行的方向顺序布置，每个辅助直波导均平行于主要直波导L0。
上述方案中，环形波导系设置于主要直波导L0与每个辅助直波导Li之间，且每个辅助直波导Li与主要直波导L0之间设置有至少一个环形波导。
上述方案中，每个辅助直波导Li与主要直波导L0之间设置的环形波导的数目相同。
上述方案中，每个辅助直波导Li与主要直波导L0之间设置的环形波导具有相同的波导截面与半径。
上述方案中，主要直波导L0的输入端作为该可调谐光学陷波滤波器的输入端，主要直波导L0的输出端作为该可调谐光学陷波滤波器的输出端。
上述方案中，进入该可调谐光学陷波滤波器的输入端的光信号为待处理的宽谱光信号。
上述方案中，在级联的该N个微环谐振器中，相邻的两个微环谐振器在空间上分开，每个微环谐振器均能够独立调节其中心谐振波长而不产生串扰，从而实现光学陷波滤波阻带的中心及宽度的可调。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，由于每个微环谐振器均能独立调节其中心谐振波长且不互相产生串扰，而滤波器的阻带宽度由级联的多个微环谐振器决定，因此能够实现滤波器的中心波长可调及其光学阻带宽度可调。
2、本发明提供的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，由于微环谐振器的级联是通过微环谐振器的输出端作为下一个级联的微环谐振器的输入端来实现的，因此可通过使滤波器的输出端作为另一个滤波器的输入端，实现滤波器之间的级联。
故本发明提供的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器结构易扩展，可以通过级联实现更大光谱范围的光学滤波。
附图说明
为了更加清楚的描述发明的技术内容，以下结合实施例和附图进一步详细描述本发明的内容，其中：
图1a是本发明实施例提供的由两个直波导和一个环形波导构成的可调谐微环谐振器的结构示意图；
图1b是图1a所示的微环谐振器的滤波曲线图；
图1c是本发明实施例中由图1a所示的微环谐振器级联而成的可调谐光学陷波滤波器的结构示意图；
图2a和图2b为本发明实施例提供的由多个环形波导串联构成的可调谐微环谐振器的结构示意图，其中，图2a为依照本发明实施例的偶数个环形波导构成的可调谐微谐振器的结构示意图，图2b为依照本发明实施例的奇数个环形波导构成的可调谐微环谐振器的结构示意图；
图2c为多个环形波导串联形成的可调谐微环谐振器的典型滤波曲线示意图；
图3为本发明实施例中采用串联多环构成的可调谐微环谐振器构建的可调谐光学陷波滤波器的结构示意图，其中串联的环形波导数目为偶数；
图4为本发明实施例中采用串联多环构成的可调谐微环谐振器构建的可调谐光学陷波滤波器的结构示意图，其中串联的环形波导数目为奇数；
图5为本发明实施例中基于微环谐振器的可调光学陷波滤波器的工作步骤；
图6为本发明实施例中4个微环谐振器级联构成的可调谐光学陷波滤波器的工作状态示意图。
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，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，其中心波长及带宽均连续可调，其基本组成单元是微环谐振器，涉及到微环谐振器的工作原理，简单介绍如下。图1a所示为包含一个环形波导的微环谐振器，当微环谐振器不处于谐振状态时，光信号从输入端口输入，从直通端口输出；当微环谐振器处于谐振状态时，光信号从输入端输入，从下载端输出。由于微环谐振器是波长选择性器件，只有处于谐振波长的光从下载端输出。
图1a所示的微环谐振器的直通端的滤波曲线见图1b。当一束宽谱光信号从输入端输入，微环谐振器处于谐振状态时，波长为λ0的光在谐振器中谐振，其余波长的光可以通过直通端输出。它即是一个光学陷波滤波器，但不足在于阻带带宽无法调节。
基于上述微环谐振器的工作原理，本发明实施例提供了一种基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，该可调谐光学陷波滤波器由N个微环谐振器MRR1，MRR2，...，MRRN级联而成，参照图1c、图3和图4，该N个微环谐振器MRR1，MRR2，...，MRRN共用一个主要直波导L0，该N个微环谐振器MRR1，MRR2，...，MRRN中的每个微环谐振器还分别具有一个辅助直波导Li和至少一个环形波导；其中，N为大于等于2的自然数，i的取值为1至N。
请再次参照图1c、图3和图4，该N个微环谐振器共具有N个辅助直波导L1，L2，...，LN，该N个辅助直波导L1，L2，...，LN系沿与主要直波导L0平行的方向顺序布置，每个辅助直波导均平行于主要直波导L0。
环形波导系设置于主要直波导L0与每个辅助直波导之间，且每个辅助直波导L与主要直波导L0之间设置有至少一个环形波导。每个辅助直波导L与主要直波导L0之间设置的环形波导的数目相同。并且，每个辅助直波导L与主要直波导L0之间设置的环形波导具有相同的波导截面与半径。
主要直波导L0的输入端作为该可调谐光学陷波滤波器的输入端，主要直波导L0的输出端作为该可调谐光学陷波滤波器的输出端。进入该可调谐光学陷波滤波器的输入端的光信号为待处理的宽谱光信号。
在级联的该N个微环谐振器中，相邻的两个微环谐振器在空间上分开，每个微环谐振器均能够独立调节其中心谐振波长而不产生串扰，从而实现光学陷波滤波阻带的中心及宽度的可调。
基于上述本发明实施例提供的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，请参照图1c，图1c是本发明实施例中由图1a所示的微环谐振器级联而成的可调谐光学陷波滤波器的结构示意图。级联如图1a所示的N个微环谐振器，通过改变每一个微环谐振器的谐振波长，可以实现中心波长和光学阻带宽度可调。如有待处理的宽谱光信号需要被过滤，要求阻带宽度为W0和中心波长为λ0。光信号从输入端进入，调节当中的微环谐振器，使其每一个微环谐振器的谐振波长相近，从而使得单个光学陷波滤波器的阻带带宽展宽，达到要求的阻带宽度和中心波长。处于非谐振波长的光信号从直通端输出。由于各个谐振器的下载端方向与直通端方向垂直，即被过滤的光信号从微环谐振器的下载端即各个辅助直波导一端导出，方向与直通端方向相反或者垂直。
可选地，有别于图1a至图1c所示的可调谐光学陷波滤波器，每个可调谐微环谐振器还可以包括多个串联的环形光波导，具体如图2至图4所示。
每个可调谐微环谐振器包括多个串联的环形光波导时，可形成平顶滤波曲线，这样可以增加微环谐振器的阻带宽度，即可增加可调谐滤波器的阻带宽度，同时降低环境温度对微环谐振器的影响，提高微环谐振器的温度稳定性。举例来说，当环境温度变化时，滤波曲线会移动，如果顶部太尖，会造成不想要的后果。如果有平顶特性，些许移动不影响正常工作。下面结合附图详细说明多个环形光波导串联构成一个可调谐微环谐振器的示例。
图2a和图2b为本发明实施例提供的由多个环形波导串联构成的可调谐微环谐振器的结构示意图，其中，图2a为依照本发明实施例的偶数个环形波导构成的可调谐微谐振器的结构示意图，图2b为依照本发明实施例的奇数个环形波导构成的可调谐微环谐振器的结构示意图。直通端的滤波曲线如图2c，图2c为多个环形波导串联形成的可调谐微环谐振器的典型滤波曲线示意图。环形波导之间的间距满足一定关系，使得滤波曲线如图2c，有一个较宽的平顶。
图3为利用两个环形波导串联形成的微环谐振器构建的可调谐光学陷波滤波器结构图。当串联的环形波导数目为偶数时可调谐滤波器均如图3所示。
图4为利用三个环形波导串联形成的微环谐振器构建的可调谐光学陷波滤波器结构图。当串联的环形波导数目为奇数时可调谐滤波器均如图4所示。
图5为基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器的工作步骤，具体包括：
步骤1：确定基于N个微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器阻带所要实现的阻带宽度W0及其中心波长λ0；
步骤2：使所有N个微环谐振器在要求的中心波长λ0附近谐振，各个谐振波长在阻带宽度为W0内均匀分布，通过具体地调节各个谐振波长之间的间隔使整个阻带宽度最终达到要求的W0，实现阻带的中心波长为λ0。
图6为一个可对宽谱光信号进行滤波的基于4个微环谐振器的可调光学陷波滤波器的具体实施例。假设输入的宽谱光信号，要求经过可调光学陷波滤波器之后，从直通端输出的滤波曲线的阻带要求为W0，中心波长为λ0。那么按照图5的工作步骤，根据阻带宽度W0的要求，调节其中4个的微环谐振器，使各自的谐振波长在λ0附近以及阻带宽度W0内均匀分布，通过具体地调节4个谐振波长之间的间隔，最终使整个阻带宽度达到要求的W0，中心波长为λ0。由于各个谐振波长λ可以用外接电压来控制，从而实现了中心波长和阻带宽度可调的光学陷波滤波器。
对于上述的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，其中包含N个微环谐振器，它们在谐振态与非谐振态之间的切换可以通过热光效应实现，也可以通过电光效应实现。
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，所应理解的是，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。

Claims (8)

1.一种基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，其特征在于，该可调谐光学陷波滤波器由N个微环谐振器(MRRi)级联而成，
该N个微环谐振器共用一个主要直波导(L0)，
该N个微环谐振器中的每个微环谐振器还分别具有一个辅助直波导(Li)和至少一个环形波导；
其中，N为大于等于2的自然数，i的取值为1至N。
2.根据权利要求1所述的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，其特征在于，该N个微环谐振器共具有N个辅助直波导(L1，L2，...，LN)，该N个辅助直波导(L1，L2，...，LN)系沿与主要直波导(L0)平行的方向顺序布置，每个辅助直波导均平行于主要直波导(L0)。
3.根据权利要求1所述的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，其特征在于，所述环形波导系设置于主要直波导(L0)与每个辅助直波导(Li)之间，且每个辅助直波导(Li)与主要直波导(L0)之间设置有至少一个环形波导。
4.根据权利要求1或3所述的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，其特征在于，每个辅助直波导(Li)与主要直波导(L0)之间设置的环形波导的数目相同。
5.根据权利要求1或3所述的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，其特征在于，每个辅助直波导(Li)与主要直波导(L0)之间设置的环形波导具有相同的波导截面与半径。
6.根据权利要求1所述的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，其特征在于，主要直波导(L0)的输入端作为该可调谐光学陷波滤波器的输入端，主要直波导(L0)的输出端作为该可调谐光学陷波滤波器的输出端。
7.根据权利要求6所述的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，其特征在于，进入该可调谐光学陷波滤波器的输入端的光信号为待处理的宽谱光信号。
8.根据权利要求1所述的基于微环谐振器的可调谐光学陷波滤波器，其特征在于，在级联的该N个微环谐振器中，相邻的两个微环谐振器在空间上分开，每个微环谐振器均能够独立调节其中心谐振波长而不产生串扰，从而实现光学陷波滤波阻带的中心及宽度的可调。
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