CN105700082A - 基于硅基迈克尔逊gt干涉仪的可调交织器 - Google Patents

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Abstract

一种基于硅基迈克尔逊GT干涉仪的可调交织器，包括：第一定向耦合器和与其一侧级联的谐振腔长相同的第一谐振腔单元、第二谐振腔单元，其中：第一定向耦合器的第一端口设有与第一谐振腔单元输入端直接相连的第一波导，第二端口设有与第二谐振腔单元输入端相连的第一移相器；所述的第一谐振腔单元包括串联连接的第一萨格纳克环镜、第二移相器和第三萨格纳克环镜，所述的第二谐振腔单元包括串联连接的第二萨格纳克环镜、第二移相器和第三萨格纳克环镜；所述的第一定向耦合器两臂长度差ΔL与谐振腔长d的比值不变并等比例调节。本发明通过萨格纳克环镜实现了对交织器方形滤波谱中心波长的调节，器件整体尺寸小，调节效率高。

Description

基于硅基迈克尔逊GT干涉仪的可调交织器
技术领域
本发明涉及的是一种光纤通信领域的技术，具体是一种基于硅基迈克尔逊GT(Gires-Tournois)干涉仪的可调交织器。
背景技术
波分复用光网络通过在多个波长信道上同时传输数据提高网络容量。在波分复用光网络中为了实现对信道的选择和噪声的抑制，需要设计对多波长光信号进行滤波的光器件，其中一类的重要的光滤波器件是交织器。交织器是将一路信号的奇偶信道分别输出到两个端口的光器件，它可以将信道间隔加倍。硅基光子器件具有强模场束缚的特性，且能够与互补金属氧化物半导体CMOS工艺相兼容的优点，是集成光路的理想选择。
经过对现有技术的检索发现，JunfengSong等发表在2008年OpticsExpress，第16卷11期的论文“Proposedsiliconwireinterleaverstructure”提出了基于分插复用型环形谐振器和马赫曾德干涉仪MZI的环形交织器，利用分插复用谐振器的Drop端和Through端输出的信号具有π相位差的特点，用一个分插复用谐振器实现了紧凑的具有方形滤波谱的交织器，但其没有采用反射式的结构进一步降低器件尺寸和提高调节效率。
而Chao-HsingHsieh等人发表在2003年PhotonicsTechnologyLetters，第15卷第12期的论文“Flat-topinterleaversusingtwoGires–Tournoisetalonsasphase-dispersivemirrorsinaMichelsoninterferometer”提出了基于空间光学的具有方形滤波谱的交织器方案，通过采用两个GT谐振腔作为相位色散反射镜实现方形滤波。但该方案是基于空间光学实现的，器件尺寸较大。
中国专利文献号CN103941430A，公开(公告)日2014.07.23，公开了一种光纤通信技术领域的基于硅基FP谐振腔的可调光频率梳滤波器，该光频率梳滤波器由两个级联的萨格纳克反射镜(SLR)组成的FP谐振腔实现。通过两臂带有移相器的马赫曾德干涉仪改变FP谐振腔的腔长和SLR的反射率，从而分别调节光频率梳滤波器的中心波长和带宽。但是该技术未能实现方形的滤波谱。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于硅基迈克尔逊GT干涉仪的可调交织器，能够通过反射式光路减小器件尺寸，并实现中心波长可调的方形滤波谱。
本发明是通过以下技术方案实现的，
本发明包括：第一定向耦合器和与其一侧级联的第一谐振腔单元、第二谐振腔单元，其中：第一定向耦合器的第一端口设有与第一谐振腔单元输入端直接相连的第一波导，第一定向耦合器的第二端口设有与第二谐振腔单元输入端相连的第一移相器，第一定向耦合器另一侧设有两个端口，分别为输入端口I和透射输出端口T，所述的输入端口I也作为反射输出端口R；
所述的第一谐振腔单元包括依次串联连接的第一萨格纳克环镜(SagnacLoopMirrors，SLM)、第二移相器和第三萨格纳克环镜，所述的第二谐振腔单元包括依次串联连接的第二萨格纳克环镜、第二移相器和第三萨格纳克环镜，第一谐振腔单元和第二谐振腔单元谐振腔长相同；
所述的第一定向耦合器两臂长度差ΔL与级联的第一、第二谐振腔单元谐振腔长d的比值不变并等比例调节，从而调节交织器方形滤波谱的中心波长。
所述的两臂长度差ΔL与谐振腔长d的比值为ΔL/d＝0.5，其中：两臂长度差ΔL＝l4-l3，谐振腔长d＝l1+l2，各萨格纳克环镜的波导长度相同均为l1，l2为第二移相器的波导长度，l3为第一波导的波导长度，l4为第一移相器的波导长度。
所述的反射输出端口传输函数tT和透射输出端口传输函数tR分别为：
tT＝j(a3 2rGTE1+a4 2rGTE2)/2，tR＝(a3 2rGTE1-a4 2rGTE2)/2，其中：
rGTE1＝j(2a1t1k1+a1 3a2 2)/(1+2a1 2a2 2t1k1)，
rGTE2＝j(2a1t2k2+a1 3a2 2)/(1+2a1 2a2 2t2k2)，
ai＝exp(-αli-jβli)，i＝1,2,3,4，
β＝2πng/λ，
rGTE1和rGTE2分别为第一谐振腔单元、第二谐振腔单元的反射函数，ai是各段波导li对应的传输率，t1和t2分别为第一萨格纳克环镜中第二定向耦合器、第二萨格纳克环镜中第三定向耦合器的传输系数，k1和k2分别为第一萨格纳克环镜中第二定向耦合器、第二萨格纳克环镜中第三定向耦合器的耦合系数，α和β分别为波导的损耗系数、传播常数，ng为群折射率，λ为波长。
本发明涉及上述可调交织器的应用，将其用于波分复用系统中的光发射机，具体为：用可调交织器合并奇路和偶路的波分复用信道，降低相邻信道间串扰。
技术效果
与现有技术相比，本发明通过萨格纳克环镜实现了对交织器方形滤波谱中心波长的调节，具有较高的信道隔离度，器件整体尺寸小，调节效率高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的仿真光谱图和两臂相位差曲线；
图3为本发明的中心波长调节仿真光谱图；
图中：第一谐振腔单元1、第二谐振腔单元2、第一定向耦合器3、第一波导4、第一移相器5、第二移相器6、第二定向耦合器7、第三定向耦合器8、第四定向耦合器9、第一萨格纳克环镜11、第三萨格纳克环镜13、第二萨格纳克环镜21。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例可以在SOI平台上加工实现，包括：第一定向耦合器3和与其一侧级联的第一谐振腔单元1、第二谐振腔单元2，其中：第一定向耦合器3的第一端口设有与第一谐振腔单元1输入端直接相连的第一波导4，第一定向耦合器3的第二端口设有与第二谐振腔单元2输入端相连的第一移相器5，第一定向耦合器3另一侧设有两个端口，分别为输入端口I和透射输出端口T，所述的输入端口I也作为反射输出端口R；
所述的第一谐振腔单元1包括依次串联连接的第一萨格纳克环镜11、第二移相器6和第三萨格纳克环镜13，所述的第二谐振腔单元2包括依次串联连接的第二萨格纳克环镜21、第二移相器6和第三萨格纳克环镜13，第一谐振腔单元1与第二谐振腔单元2谐振腔长相同；
所述的第一定向耦合器3两臂长度差ΔL与谐振腔长d的比值为ΔL/d＝0.5，保持比值不变并等比例调节两臂长度差ΔL和谐振腔长d，从而调节交织器方形滤波谱的中心波长和带宽，其中：两臂长度差ΔL＝l4-l3，谐振腔长d＝l1+l2，各萨格纳克环镜的波导长度相同均为l1，l2为第二移相器6的波导长度，l3为第一波导4的波导长度，l4为第一移相器5的波导长度。
所述的第一定向耦合器3和第四定向耦合器9均为3-dB耦合器。
所述的透射输出端口T的传输函数tT和反射输出端口R的传输函数tR分别为：
tT＝j(a3 2rGTE1+a4 2rGTE2)/2，tR＝(a3 2rGTE1-a4 2rGTE2)/2，其中：
rGTE1＝j(2a1t1k1+a1 3a2 2)/(1+2a1 2a2 2t1k1)，
rGTE2＝j(2a1t2k2+a1 3a2 2)/(1+2a1 2a2 2t2k2)，
ai＝exp(-αli-jβli)，i＝1,2,3,4，
β＝2πng/λ，
rGTE1和rGTE2分别为第一谐振腔单元1、第二谐振腔单元2的反射函数，ai是各段波导li对应的传输率，t1和t2分别为第一萨格纳克环镜11中第二定向耦合器7、第二萨格纳克环镜21中第三定向耦合器8的传输系数，k1和k2分别为第二定向耦合器7、第三定向耦合器8的耦合系数，α和β分别为波导的损耗系数、传播常数，ng为群折射率，λ为波长。
所述的各波导均为450nm×220nm的单模波导。
所述的各萨格纳克环镜由相应定向耦合器两段波导的同侧端口连接组成，其中：另一侧的两个端口作为输入端口和输出端口。
所述的各定向耦合器由两段相邻的平行波导组成，通过倏逝场耦合实现光功率分配。
所述的输入端口和输出端口由光栅耦合器组成，实现与单模光纤的耦合。
本实施例在工作时，第一定向耦合器3的两臂在通带内相长干涉、在阻带内相消干涉实现方形滤波谱，如图2中的点划线所示，两臂相位差在通带内为2nπ，在阻带内为(2n+1)π，n为整数；仿真中参数设定为：t1＝0.059、t2＝0.320、ng＝4.35838、α＝10.16dB/cm，所述的反射输出端口R和透射输出端口T的光谱如图2所示，消光比为～30dB；3-dB和20-dB带宽分别为～1.220nm和～1.500nm，3-dB与20-dB带宽之比为～1:1.23，具有较高的信道隔离度。可调交织器的带宽调节可以通过对ΔL和d进行等比例缩放实现，即ΔL和d分别乘以缩放因子w，保证ΔL/d＝0.5，如图3所示，当缩放因子w由0.80000增加到0.80002时，中心波长红移了0.05nm。

Claims (9)

1.一种基于硅基迈克尔逊GT干涉仪的可调交织器，其特征在于，包括：第一定向耦合器和与其一侧级联的第一谐振腔单元、第二谐振腔单元，其中：第一定向耦合器的第一端口设有与第一谐振腔单元输入端直接相连的第一波导，第一定向耦合器的第二端口设有与第二谐振腔单元输入端相连的第一移相器，第一定向耦合器另一侧设有两个端口，分别为输入端口和透射输出端口，所述的输入端口也作为反射输出端口；
所述的第一谐振腔单元包括依次串联连接的第一萨格纳克环镜、第二移相器和第三萨格纳克环镜，所述的第二谐振腔单元包括依次串联连接的第二萨格纳克环镜、第二移相器和第三萨格纳克环镜。
2.根据权利要求1所述的基于硅基迈克尔逊GT干涉仪的可调交织器，其特征是，所述的第一谐振腔单元和第二谐振腔单元谐振腔长相同。
3.根据权利要求1所述的基于硅基迈克尔逊GT干涉仪的可调交织器，其特征是，所述的第一定向耦合器两臂长度差ΔL与级联的第一、第二谐振腔单元谐振腔长d的比值不变并等比例调节，从而调节交织器方形滤波谱的中心波长。
4.根据权利要求1所述的基于硅基迈克尔逊GT干涉仪的可调交织器，其特征是，所述的第一定向耦合器两臂在通带内相长干涉，在阻带内相消干涉，两臂相位差在通带内为2nπ，在阻带内为(2n+1)π，n为整数。
5.根据权利要求1所述的基于硅基迈克尔逊GT干涉仪的可调交织器，其特征是，所述的两臂长度差ΔL与谐振腔长d的比值为ΔL/d＝0.5，其中：两臂长度差ΔL＝l4-l3，谐振腔长d＝l1+l2，各萨格纳克环镜的波导长度相同均为l1，l2为第二移相器的波导长度，l3为第一波导的波导长度，l4为第一移相器的波导长度。
6.根据权利要求1所述的基于硅基迈克尔逊GT干涉仪的可调交织器，其特征是，所述的第一定向耦合器和第四定向耦合器均为3-dB耦合器。
7.根据权利要求1或6所述的基于硅基迈克尔逊GT干涉仪的可调交织器，其特征是，所述的透射输出端口的传输函数tT和反射输出端口的传输函数tR分别为：
tT＝j(a3 2rGTE1+a4 2rGTE2)/2，tR＝(a3 2rGTE1-a4 2rGTE2)/2，其中：
rGTE1＝j(2a1t1k1+a1 3a2 2)/(1+2a1 2a2 2t1k1)，
rGTE2＝j(2a1t2k2+a1 3a2 2)/(1+2a1 2a2 2t2k2)，
ai＝exp(-αli-jβli)，i＝1,2,3,4，
β＝2πng/λ，
rGTE1和rGTE2分别为第一谐振腔单元、第二谐振腔单元的反射函数，ai是各段波导li对应的传输率，t1和t2分别为第一萨格纳克环镜中第二定向耦合器、第二萨格纳克环镜中第三定向耦合器的传输系数，k1和k2分别为第一萨格纳克环镜中第二定向耦合器、第二萨格纳克环镜中第三定向耦合器的耦合系数，α和β分别为波导的损耗系数、传播常数，ng为群折射率，λ为波长。
8.根据权利要求1所述的基于硅基迈克尔逊GT干涉仪的可调交织器，其特征是，所述的各波导均为450nm×220nm的单模波导。
9.一种根据上述任一权利要求所述可调交织器的应用，其特征在于，用可调交织器合并奇路和偶路的波分复用信道，降低相邻信道间串扰。
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