CN113031164B - 光滤波器结构和光学滤波器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种光滤波器结构，包括：光开关，包括第一输出端和第二输出端，光开关用于接收光信号并切换光信号的传输路径；二阶微环光滤波器单元，与光开关的第一输出端连接，用于对光信号进行滤波处理；第一波导，与二阶微环光滤波器单元的输出端连接，用于传输滤波后的光信号；以及第二波导，与光开关的第二输出端连接，用于传输未经滤波的光信号。此外，本公开还提供了一种利用上述光滤波器结构通过多级级联构成的光滤波器。

Description

光滤波器结构和光学滤波器

技术领域

本公开涉及光纤通信技术领域，更具体地，涉及一种光滤波器结构和一种利用上述光滤波器结构通过多级级联构成的光滤波器。

背景技术

光滤波器可以直接对高频带宽的微波信号进行滤波，是波分复用(WavelengthDivision Multiplexing，WDM)网络的发射机、接收机和交换节点中的必备器件，在宽带接入、量子通信、激光雷达和天文系统等应用领域也有着无法取代的作用。

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，这就要求光滤波器具有带宽可调谐特性，并且在一定条件下具有低插入损耗、平顶(flat top)和陡峭带边的箱型滤波器谱线响应。相关技术中的带宽可调谐光滤波器常采用多级马赫-曾德(MZ，MachZehnder)、高阶微环谐振器等结构，通过上述结构制作得到的光滤波器存在损耗大、体积大、调节和控制算法复杂、稳定性差等问题。

在实现本公开的过程中发现，现有的可调谐光滤波器实用性较差，无法同时满足高稳定性、高集成度、易于控制等使用需求。

发明内容

有鉴于此，本公开提供了一种光滤波器结构和一种利用上述光滤波器结构通过多级级联构成的光滤波器。

本公开的一个方面提供了一种光滤波器结构，包括：光开关，包括第一输出端和第二输出端，上述光开关用于接收光信号并切换上述光信号的传输路径；二阶微环光滤波器单元，与上述光开关的第一输出端连接，用于对上述光信号进行滤波处理；第一波导，与上述二阶微环光滤波器单元的输出端连接，用于传输滤波后的光信号；以及第二波导，与上述光开关的第二输出端连接，用于传输未经滤波的光信号。

根据本公开的实施例，上述光开关包括定向耦合型光开关或MZI型光开关。

根据本公开的实施例，上述二阶微环光滤波器单元包括输入波导、输出波导和二阶微环谐振器，上述二阶微环谐振器与上述输入波导和上述输出波导的距离相等。

根据本公开的实施例，上述二阶微环谐振器包括两个微环谐振腔，上述两个微环谐振腔的半径、波导宽度和波导厚度相等。

根据本公开的实施例，上述微环谐振腔的滤波曲线具有中心波长，上述中心波长通过热光效应或电光效应进行调谐。

根据本公开的实施例，上述第一波导包括：弯曲波导；上述第二波导包括：直波导。

本公开的另一个方面提供了一种利用上述光滤波器结构通过多级级联构成的光滤波器，包括：输入单元，用于接收待处理的光信号；多级上述光滤波器结构；以及输出单元，用于输出滤波后的光信号。

根据本公开的实施例，多级上述二阶微环光滤波器单元的微环谐振腔的半径相等。

根据本公开的实施例，上述光滤波器的滤波曲线的中心波长的调谐由每一个微环谐振腔进行单独调谐实现。

根据本公开的实施例，上述光滤波器通过半导体工艺在铌酸锂、硅、二氧化硅、磷化铟或砷化镓平台上制作得到。

根据本公开的实施例，通过控制光开关切换光信号在光滤波器中的传输路径，使得光路中可以包含不同数目的二阶微环滤波器，从而得到了具有陡峭边带的传输谱，并且实现了带宽可调滤波。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本公开实施例的光滤波器结构100的示意图；

图2a和图2b示出了根据本公开实施例的光滤波器结构100中光开关110的示意图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的二阶微环光滤波器单元120的示意图；

图4示意性示出了根据本公开实施例的光滤波器的示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

本公开的实施例提供了一种光滤波器结构和一种利用该光滤波器结构通过多级级联构成的光滤波器。该光滤波器结构包括：光开关，包括第一输出端和第二输出端，光开关用于接收光信号并切换光信号的传输路径；二阶微环光滤波器单元，与光开关的第一输出端连接，用于对光信号进行滤波处理；第一波导，与二阶微环光滤波器单元的输出端连接，用于传输滤波后的光信号；以及第二波导，与光开关的第二输出端连接，用于传输未经滤波的光信号。

图1示意性示出了根据本公开实施例的光滤波器结构100的示意图。

如图1所示，该光滤波器结构100包括光开关110、二阶微环光滤波器单元120、第一波导130和第二波导140。

光开关110包括第一输出端111和第二输出端112，其中，第一输出端111与二阶微环光滤波器单元120的输入端直接相连，第二输出端112与第二波导140直接相连。光开关110包括至少一个输入端，至少一个的输入端用于将光信号耦合入光开关110中。光开关110可以用于切换在其内部的光信号的传输路径，例如，通过控制光开关110，可以使输入的光信号选择从第一输出端111或第二输出端112进行输出。

二阶微环光滤波器单元120可以对光开关110传输的光信号进行滤波处理，其输出端与第一波导130直接相连，经过滤波处理后的光信号可以通过第一波导130进行输出。

根据本公开的实施例，该光滤波器结构可以借助光开关实现光路中是否包含滤波器单元的切换，具有较高的灵活性。借助该光滤波器结构可以实现易于控制的带宽可调谐的光滤波器的制作。

下面参考图2a、图2b和图3，结合具体实施例对图1所示的光滤波器结构100作进一步说明。

图2a和图2b示出了根据本公开实施例的光滤波器结构100中光开关110的示意图。

如图2a和图2b所示，光开关110根据可以调制方式进行型号的选择，例如，在通过电光效应对光开关进行调制的情况下，光开关110可选择为定向耦合型光开关、MZI型光开关、Y分支型光开关、SOA光门型光开关等；在通过热光效应对光开关进行调制的情况下，光开关110可选择为MZI型光开关、3dB定向耦合型光开关、热光数字Y分支型光开关等。优选的，在本公开的实施例中，光开关110可以选用定向耦合型光开关或MZI型光开关。

光开关110可以是如图2a和图2b所示的2×2的光开关，根据实际需求，光开关110也可以是2×1的光开关。例如，该光滤波器结构作为一个光滤波器的第一级滤波结构，光开关110直接和输入波导连接，则光开关110可以是2×1光开关，以避免光噪声从其他输入端传入该光滤波器中。

图3示意性示出了根据本公开实施例的二阶微环光滤波器单元120的示意图。

如图3所示，二阶微环光滤波器单元120包括输入波导121、输出波导122和二阶微环谐振器123。其中，二阶微环谐振器123到输入波导121的距离与二阶微环谐振器123到输出波导122的距离相等。

二阶微环谐振器123包括两个微环谐振腔1231，两个微环谐振腔1231具有相同的半径、波导宽度和波导厚度。

微环谐振腔1231的滤波曲线具有中心波长，中心波长可以通过热光效应或电光效应进行调谐。

光开关110和二阶微环光滤波器单元120通过第一波导130和第二波导140同后续结构进行连接，优选地，为了便于结构设计，第一波导130可以是弯曲波导，第二波导140可以是直波导。

图4示意性示出了根据本公开实施例的光滤波器的示意图。

如图4所示，该光滤波器由输入单元410、输出单元420和N级级联的光滤波器结构100，其中，N是一个大于或等于2的正整数。

输入单元410包括输入光波导，输入光波导用于接收待处理的光信号，并将光信号传输至第1级光滤波器结构100中，在本实施例中，第1级光滤波器结构100中采用2×1的光开关。

对于第n级光滤波器结构100(1＜n≤N-1)，其光开关110具有两个输入端，其中一个输入端与第n-1级光滤波器结构100的第一波导130连接，另一个输入端与第n-1级滤波器结构100的第二波导140连接。

N级光滤波器结构100具有同样半径的微环谐振腔1231，即每一级光滤波器结构100的谐振波长相同，该光滤波器的滤波曲线的中心波长的调谐可以通过对每一个微环谐振腔的滤波曲线的中心波长进行单独调谐来实现。

输出单元420包括输出光开关421和输出光波导422。其中，输出光开关421具有两个输入端，其中一个输入端与第N级光滤波器结构100的第一波导130连接，另一个输入端与第N级光滤波器结构100的第二波导140连接。输出光开关421的输出端连接输出光波导422，将完成滤波后的光信号通过输出光波导422进行输出。

输出光开关421可以使用同光开关110相同型号的光开关，也可以使用其他任意类型的光开关，同时，输出光开关421也可以使用具有光信号合并功能的其他器件进行替代，例如光纤合束器等。

根据本公开的实施例，该光滤波器中的各个单元都可以通过半导体工艺在铌酸锂、硅、二氧化硅、磷化铟或砷化镓平台上制作得到，因而具有稳定度高、损耗低、体积小等特点。

根据本公开的实施例，通过光开关的切换，可以使光路中包含任意数目的二阶微环谐振器，从而实现滤波器中心波长和带宽的可调谐，光路中二阶微环谐振器的数目越多，对应的光滤波带宽越小，滤波曲线的滚降速率越大。该光滤波器满足了光纤通信技术领域对高滚降速率以及带宽可调谐光学滤波器的需求。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (9)

1.一种光滤波器，包括：

输入单元，用于接收待处理的光信号；

N级光滤波器结构，其中，所述N是大于或等于2的整数；以及

输出单元，用于输出滤波后的光信号；

其中，所述输入单元包括输入光波导，所述输入光波导用于接收待处理的光信号，并将所述光信号传输至第1级光滤波器结构中；

所述光滤波器结构包括：

光开关，包括第一输出端和第二输出端，所述光开关用于接收光信号并切换所述光信号的传输路径；

二阶微环光滤波器单元，与所述光开关的第一输出端连接，用于对所述光信号进行滤波处理；

第一波导，与所述二阶微环光滤波器单元的输出端连接，用于传输滤波后的光信号；以及

第二波导，与所述光开关的第二输出端连接，用于传输未经滤波的光信号；

所述输出单元包括输出光开关和输出光波导，所述输出光开关具有两个输入端，其中一个输入端与第N级所述光滤波器结构的第一波导连接，另一个输入端与第N级所述光滤波器结构的第二波导连接，所述输出光开关的输出端连接所述输出光波导，所述输出光波导用于输出滤波后的光信号；

其中，对于第n级所述光滤波器结构，所述光开关具有两个输入端，其中一个输入端与第n-1级所述光滤波器结构的第一波导连接，另一个输入端与第n-1级所述光滤波器结构的第二波导连接，其中，1＜n≤N。

2.根据权利要求1所述的光滤波器，其中，所述光开关包括定向耦合型光开关或MZI型光开关。

3.根据权利要求1所述的光滤波器，其中，所述二阶微环光滤波器单元包括输入波导、输出波导和二阶微环谐振器，所述二阶微环谐振器与所述输入波导和所述输出波导的距离相等。

4.根据权利要求3所述的光滤波器，其中，所述二阶微环谐振器包括两个微环谐振腔，所述两个微环谐振腔的半径、波导宽度和波导厚度相等。

5.根据权利要求4所述的光滤波器，其中，所述微环谐振腔的滤波曲线具有中心波长，所述中心波长通过热光效应或电光效应进行调谐。

6.根据权利要求1所述的光滤波器，其中：

所述第一波导包括：弯曲波导；

所述第二波导包括：直波导。

7.根据权利要求4所述的光滤波器，其中，N级所述光滤波器结构的二阶微环光滤波器单元的微环谐振腔的半径相等。

8.根据权利要求7所述的光滤波器，其中，所述光滤波器的滤波曲线的中心波长的调谐由每一个微环谐振腔进行单独调谐实现。

9.根据权利要求1所述的光滤波器，其中，所述光滤波器通过半导体工艺在铌酸锂、硅、二氧化硅、磷化铟或砷化镓平台上制作得到。

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