CN108919477A - 可调谐滤波器及可调谐滤波方法 - Google Patents

Abstract

一种可调谐滤波器，包括：第一光波导，其第一端用于接收偏振激光，第二端无激光输出或者输出所述偏振激光；微腔，位于所述第一光波导与所述第二光波导之间，与第一光波导与第二光波导同时耦合，实现对预定激光的过滤，该微腔内部包括压电材料，且微腔的工作波长与压电材料所受到的压力一一对应，其中，所述预定激光的波长与所述微腔的工作波长一致；第二光波导，其第一端用于输出微腔耦合后的滤波激光或者无激光输出。本发明通过压力改变微腔的工作波长，不同于传热过程缓慢的温度控制调谐，并且调谐滤波的效果更明显，具有更大的调谐范围和更快的调谐响应。

Description

可调谐滤波器及可调谐滤波方法

技术领域

本发明涉及光学微腔波导耦合领域，尤其涉及一种可调谐滤波器及可调谐滤波方法。

背景技术

已经报道的基于微腔的可调谐滤波器，利用了温度调谐机制的片上集成microtoroid微腔，同样是利用两根光纤锥微纳波导与微腔的耦合。但是这种滤波器使用的是复杂的微纳加工工艺，而且因为利用的是温度调谐的机制，调谐速度慢，响应速度不够快，最严重的缺陷是温度调谐引起折射率改变导致这种波分复用器的调谐范围不够大，在报道中展示的只有0.24nm，最重要的是温度引起的耦合条件的改变会影响对应的滤波器的性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种可调谐滤波器及可调谐滤波方法，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

本发明的一方面，提供了一种可调谐滤波器，包括：第一光波导、微腔和第二光波导，其中：

第一光波导，其第一端用于接收偏振激光，第二端无激光输出或者输出所述偏振激光；

微腔，位于所述第一光波导与所述第二光波导之间，与第一光波导与第二光波导同时耦合，实现对预定激光的过滤，该微腔内部包括压电材料，且微腔的工作波长与压电材料所受到的压力一一对应，其中，所述预定激光的波长与所述微腔的工作波长一致；

第二光波导，其第一端用于输出微腔耦合后的滤波激光或者无激光输出。

在本发明的一些实施例中，还包括：

光源，用于发射原始激光；

偏振控制器，用于对所述原始激光进行偏振处理，确定所述偏振激光，且所述偏振激光的偏振角度与所述微腔的工作波长对应的光学模式的偏振方向分别对应；

控制电路，与所述微腔连接，用于对所述微腔施加可调的压力。

在本发明的一些实施例中，还包括：

一封装盒，用于封装所述第一光波导、微腔和第二光波导。

在本发明的一些实施例中，所述第一光波导为微纳光学波导或者光纤锥；所述第二光波导为微纳光学波导或者光纤锥。

在本发明的一些实施例中，所述微腔为回音壁模式微腔。

在本发明的一些实施例中，所述微腔为圆环腔、圆盘腔或者球腔，其半径为10μm～10000μm。

在本发明的一些实施例中，当所述偏振激光为预定激光时，微腔对该偏振激光进行过滤，所述第一光波导与所述微腔耦合，将所述偏振激光耦合进微腔，第一光波导的第二端无激光输出，所述第二光波导与所述微腔耦合，通过第二光波导的第一端输出从所述微腔中耦合得到的滤波激光；当所述偏振激光不为预定激光时，微腔不对该偏振激光进行过滤，所述第一光波导的第二端输出所述偏振激光，所述第二光波导的第一端无激光输出。

在本发明的一些实施例中，所述微腔的工作波长的范围为760nm～1mm；和/或所述第一光波导与所述第二光波导的横截面的尺寸为波长量级。

在本发明的一些实施例中，所述第一光波导与第二光波导平行放置，且所述第一光波导的第一端与所述第二光波导的第一端位于同一侧。

本发明的另一方面，还提供了一种可调谐滤波方法，应用于以上任一所述的可调谐滤波器，实现对预定激光的滤波。

(三)有益效果

本发明的可调谐滤波器及可调谐滤波方法，相较于现有技术，至少具有以下优点：

1、通过施加压力改变具有压电材料的微腔的工作波长，不同于现有技术的传热过程缓慢的温度控制调谐，还避免了温度控制调谐时热折变和热膨胀效应不明显的问题，因此本发明的调谐滤波的效果更明显，具有更大的调谐范围和更快的调谐响应。

2、可以封装该可调谐滤波器，具有非常好的稳定性的同时，可以实现更大调谐范围和更高的滤波效率，甚至可以按照需要来控制滤波器的线宽。且本发明利用的是微纳加工技术，易于集成和转移，封装之后鲁棒性好。

3、由于具有超快的应力调谐响应速度，还可以将微腔模式锁定在激光模式上，而且没有温度调谐的耦合条件的不可逆转的改变，实现了更加稳定的滤波效果。

附图说明

图1为本发明实施例的可调谐滤波器的结构示意图。

图2为本发明实施例的微腔在压力下的示意图。

[符号说明]

1、光源 2、偏振激光器

3、微腔 4、第一光波导

5、第二光波导 6、封装盒

7、控制电路

具体实施方式

目前，基于微腔的可调谐滤波器通过温度调谐机制，调谐速度慢，响应速度不够快，且温度调谐容易引起折射率改变，导致这种波分复用器的调谐范围不够大，影响了滤波器的性能。有鉴于此，本发明提供了一种可调谐滤波器，通过施加压力改变具有压电材料的微腔的工作波长，不同于现有技术的传热过程缓慢的温度控制调谐，还避免了温度控制调谐时热折变和热膨胀效应不明显的问题，因此其调谐滤波的效果更明显，具有更大的调谐范围和更快的调谐响应，可以在特定激光波长选择性过滤、集成光学和量子光学系统中得到应用。

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。

本发明实施例的一方面，提供了一种可调谐滤波器，图1为本发明实施例的可调谐滤波器的结构示意图，如图1所示，该可调谐滤波器包括：第一光波导、微腔和第二光波导。

在本发明的一些实施例中，第一光波导与第二光波导可以平行放置，此时所述第一光波导的第一端与所述第二光波导的第一端位于同一侧。这是因为激光从P1端口输入耦合进微腔，在微腔中只能是顺时针传播，因此只能耦合到P3端口，P4端口不会有光。

第一光波导，其第一端(P1)用于接收偏振激光，第二端(P2)无激光输出或者输出所述偏振激光。微腔，位于所述第一光波导与所述第二光波导之间，与第一光波导与第二光波导同时耦合，实现对预定激光的过滤，该微腔内部包括压电材料，且微腔的工作波长与压电材料所受到的压力一一对应，其中，所述预定激光的波长与所述微腔的工作波长一致。也就是说，当微腔受到的压力大小不一样时，其中的压电材料通过逆压电效应产生的电位差也不一样，预定微腔的工作波长也会相应变化。

第二光波导，其第一端(P3)用于输出微腔耦合后的滤波激光或者无激光输出。两个光波导的作用是使光场与回音壁模式耦合，不局限于片上结构，光波导的倏逝场在波导表面外，因此所述第一光波导与所述第二光波导的横截面的尺寸为波长量级。第一光波导和第二光波导为微纳光学波导或者光纤锥，需要说明的是，二者不一定为同一种光波导，本发明不作限制。

实际上，第一光波导的第一端口也可以为P2端口，第二光波导的第一端口也可以为P4端口；第一光波导与第二光波导的位置也可以互换；接收偏振激光的端口也可以为P2、P3或者P4端口，其具体情况与本实施例类似，本发明不再赘述。

一般来说，两个光波导可以通过光纤与偏振控制器连接，光波导与光纤的连接可以通过紫外固化胶实现。

关于该可调谐滤波的具体滤波方式，图2为本发明实施例的微腔在压力下的示意图，以下结合图2，其中上下黑色实线对应1和2光波导，中间圆圈表示微腔，而微腔下方的曲线表示的就是压电材料，可以通过电压来进行控制其所受应力，根据偏振激光是否与预定激光一致，详细描述该可调谐滤波器的两种工作模式：

当所述偏振激光为预定激光时，微腔对该偏振激光进行过滤，所述第一光波导与所述微腔耦合，将所述偏振激光耦合进微腔，第一光波导的第二端无激光输出，所述第二光波导与所述微腔耦合，通过第二光波导的第一端输出从所述微腔中耦合得到的滤波激光；

当所述偏振激光不为预定激光时，微腔不对该偏振激光进行过滤，所述第一光波导的第二端输出所述偏振激光，所述第二光波导的第一端无激光输出。

根据本发明的一些实施例，所述微腔可以为单个或多个相互耦合的回音壁模式微腔，因为这种微腔品质因子高模式体积小，对应的滤波线宽小，且易于对微腔模式进行调谐。关于该微腔的形状，可以为圆环腔、圆盘腔或者球腔，这种圆形的结构是微腔的必要条件能够有效支持光学回音壁模式，其半径为10μm～10000μm，半径的具体选择，可以根据实际情况进行选择。所述微腔的工作波长的范围优选为760nm～1mm。

另外，由于现有技术中也存在温度调谐机制和折射率调谐机制，本发明除了通过施加压力改变微腔的工作波长，也可以通过改变自身的折射率或者调节温度来改变微腔的工作波长，具体调节模式可以根据实际情况选择。

在本发明的一些实施例中，该可调谐滤波器还可以包括光源、偏振控制器和控制电路。

光源，可以为窄带光源，用于发射原始激光。偏振控制器，用于对光源输出的原始激光进行偏振处理，确定所述偏振激光。在本发明中，设置偏振控制器是因为偏振激光的偏振角度与所述微腔的工作波长对应的光学模式的偏振方向分别对应。也就是说，该可调谐滤波器可以滤除的预定激光是与该偏振激光的偏振角度对应的，当微腔受到不同的压力后，其工作波长改变，需要通过偏振控制器调节偏振激光的偏振角度，从而实现滤波。

控制电路可以调节输出不同的电压，输出到微腔中所对应的压电材料上，然后能够通过逆压电效应实现对微腔的机械应力，用于对所述微腔施加可调的压力。微腔中由于压电材料所受的不同电压，其工作波长也对应地发生变化。

为了确保该可调谐滤波器具有较好的稳定性，可以实现更大调谐范围和更高的滤波效率，甚至可以按照需要来控制滤波器的线宽，该可调谐滤波器还包括：一封装盒，用于封装所述第一光波导、微腔和第二光波导。

还需说明的是，该可调谐滤波器可以用于分离两束不同波长的光束，经过偏振控制器处理后得到一束含有两种不同波长的偏振激光，其中偏振激光1与预定激光一致，偏振激光2与预定激光不一致时，偏振激光1由第一光波导的P1端进入微腔，第一光波导与微腔进行耦合，将所述偏振激光耦合进微腔，此时，第一光波导的P2端无激光1的输出；第二光波导与所述微腔耦合，第二光波导的P3扣输出从所述微腔中耦合得到的偏振激光1的滤波激光；偏振激光2由第一光波导的P1端进入微腔，由于偏振激光2不能耦合进微腔，因此第一光波导的P2端直接输出该偏振激光2，第二光波导的两个端口均无激光2的输出。这样就能实现该可调谐滤波器的波分复用的功能。

本发明实施例的另一方面，还提供了一种可调谐滤波方法，应用于前述的可调谐滤波器，实现对预定激光的滤波。

综上，本发明的可调谐滤波器及可调谐滤波方法，通过施加压力改变具有压电材料的微腔的工作波长，不同于现有技术的传热过程缓慢的温度控制调谐，还避免了温度控制调谐时热折变和热膨胀效应不明显的问题，因此本发明的调谐滤波的效果更明显，具有更大的调谐范围和更快的调谐响应。经过实验，通过结合微纳光学波导和微腔接近百分之九十九高效率的耦合以及超高的光学品质因子(Q＝10⁶～10⁸)，可以实现可调谐的窄带滤波器，且微腔的工作波长可以从可见光到远红外都能覆盖，普适性强。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

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，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 (10)

1.一种可调谐滤波器，包括：第一光波导、微腔和第二光波导，其中：

第一光波导，其第一端用于接收偏振激光，第二端无激光输出或者输出所述偏振激光；

微腔，位于所述第一光波导与所述第二光波导之间，与第一光波导与第二光波导同时耦合，实现对预定激光的过滤，该微腔内部包括压电材料，且微腔的工作波长与压电材料所受到的压力一一对应，其中，所述预定激光的波长与所述微腔的工作波长一致；

第二光波导，其第一端用于输出微腔耦合后的滤波激光或者无激光输出。

2.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中，还包括：

光源，用于发射原始激光；

偏振控制器，用于对所述原始激光进行偏振处理，确定所述偏振激光，且所述偏振激光的偏振角度与所述微腔的工作波长对应的光学模式的偏振方向分别对应；

控制电路，与所述微腔连接，用于对所述微腔施加可调的压力。

3.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中，还包括：

一封装盒，用于封装所述第一光波导、微腔和第二光波导。

4.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中，所述第一光波导为微纳光学波导或者光纤锥；所述第二光波导为微纳光学波导或者光纤锥。

5.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中，所述微腔为回音壁模式微腔。

6.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中，所述微腔为圆环腔、圆盘腔或者球腔，其半径为10μm～10000μm。

7.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中，当所述偏振激光为预定激光时，微腔对该偏振激光进行过滤，所述第一光波导与所述微腔耦合，将所述偏振激光耦合进微腔，第一光波导的第二端无激光输出，所述第二光波导与所述微腔耦合，通过第二光波导的第一端输出从所述微腔中耦合得到的滤波激光；当所述偏振激光不为预定激光时，微腔不对该偏振激光进行过滤，所述第一光波导的第二端输出所述偏振激光，所述第二光波导的第一端无激光输出。

8.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中，所述微腔的工作波长的范围为760nm～1mm；和/或所述第一光波导与所述第二光波导的横截面的尺寸为波长量级。

9.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中，所述第一光波导与第二光波导平行放置，且所述第一光波导的第一端与所述第二光波导的第一端位于同一侧。

10.一种可调谐滤波方法，应用于如权利要求1至9中任一所述的可调谐滤波器，实现对预定激光的滤波。