CN113504610B - 一种高滚降光学滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高滚降光学滤波器，包括：输入光波导，用于输入待处理的宽带光信号；第一高阶微环滤波器，用于对待处理的宽带光信号进行初始滤波；N个级联的第二高阶微环滤波器，用于对初始滤波后的宽带光信号进行再次滤波；N个级联的中间光波导，用于为初始滤波后的宽带光信号提供不经过高阶微环滤波器进行滤波处理的光路传输路径；光开关，用于切换初始滤波后的宽带光信号的光路传输路径，以使所述初始滤波后的宽带光信号经过所述第二高阶微环滤波器或中间光波导传输；输出光波导，用于输出处理后的宽带光信号。本发明实现了自由光谱区可调谐，进而满足ROADM系统对光滤波器自由光谱区灵活性的需求。

Description

一种高滚降光学滤波器
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种自由光谱区可调谐高滚降光学滤波器。
背景技术
光子作为信息载体具有巨大的优势——相互无干扰、传输带宽大、速率高和不受电磁干扰等，已经广泛应用于长距离的光纤通信技术领域中。光学滤波器对波分复用(WDM，Wavelength-Division Multiplexing)网络应用中的路由选择至关重要，可利用光学滤波器来选择不同频率的信号以实现解复用等功能。常见的光学滤波器常采用布拉格光纤光栅(FBG，Fiber Bragg Grating)、马赫-曾德(MZ，MachZehnder)、微环滤波器(MRR)等结构，但上述现有的技术方案单独采用时存在自由光谱区不可调谐的问题，无法满足ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重构光分插复用器)系统对光滤波器自由光谱区灵活性的需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明提供了一种自由光谱区可调谐高滚降光学滤波器，用于至少部分解决上述问题之一。
(二)技术方案
本发明一方面提供了一种高滚降光学滤波器，包括：输入光波导，用于输入待处理的宽带光信号；第一高阶微环滤波器，用于对待处理的宽带光信号进行初始滤波；N个级联的第二高阶微环滤波器，用于对初始滤波后的宽带光信号进行再次滤波；N个级联的中间光波导，用于为初始滤波后的宽带光信号提供不经过高阶微环滤波器进行滤波处理的光路传输路径；光开关，用于切换初始滤波后的宽带光信号的光路传输路径，以使所述初始滤波后的宽带光信号经过所述第二高阶微环滤波器或中间光波导传输；输出光波导，用于输出处理后的宽带光信号。
可选地，所述第一高阶微环滤波器和所述第二高阶微环滤波器的微环结构相同，包含至少两个微环。
可选地，所述微环结构包括：所述至少两个微环之间的距离相等，且所述微环之间采用串联结构。
可选地，所述N个级联第二高阶微环滤波器和所述N个级联的中间光波导一一对应，形成N个对应的第二高阶微环滤波器和中间光波导。
可选地，所述N个对应的第二高阶微环滤波器和中间光波导之间的距离相同。
可选地，所述光开关和所述N个级联的第二高阶微环滤波器交错排列。
可选地，所述光开关采用定向耦合型光开关或MZ型光开关。
可选地，所述光开关、所述第一高阶微环滤波器及所述第二高阶微环滤波器采用铌酸锂、硅、二氧化硅、磷化铟或砷化镓平台上通过半导体工艺制作。
可选地，所述处理后的宽带光信号的自由光谱区大小与所述待处理的宽带光信号经过滤波的次数成反比，其中，所述滤波包括所述初始滤波和所述再次滤波。
本发明另一方面提供了一种采用如上所述的光学滤波器的可重构光分插复用器。
(三)有益效果
本发明提高的自由光谱区可调谐高滚降光学滤波器，通过光开关对路径的选择和级联的高阶微环滤波器，实现了高滚降的特性，使自由光谱区可调谐，进而满足ROADM系统对光滤波器自由光谱区灵活性的需求。
并且，该滤波器件通过集成于材料平台上半导体平面工艺制作，稳定度高、损耗低、体积小，且调节和控制难度小。
附图说明
图1示意性示出了本发明一实施例提供的光学滤波器结构示意图；
图2示意性示出了定向耦合型光开关的示意图；
图3示意性示出了MZI型光开关的示意图；
图4示意性示出了高阶微环滤波器的结构示意图。
【附图标记说明】
101-输入光波导；
200-第一高阶微环滤波器；201～20N-第二高阶微环滤波器；
301～302-1×2光开关；
401～40N-2×2光开关；
501～50N-中间光波导；
601-输出光波导。
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。
本发明提供了一种高滚降光学滤波器，是基于高阶环形滤波器和光开关的集成化可重构光滤波器结构，包括：输入光波导，用于输入待处理的宽带光信号；第一高阶微环滤波器，用于对待处理的宽带光信号进行初始滤波；N个级联的第二高阶微环滤波器，用于对初始滤波后的宽带光信号进行再次滤波；N个级联的中间光波导，用于为初始滤波后的宽带光信号提供不经过高阶微环滤波器进行滤波处理的光路传输路径；光开关，用于切换初始滤波后的宽带光信号的光路传输路径，以使初始滤波后的宽带光信号经过第二高阶微环滤波器或中间光波导传输；输出光波导，用于输出处理后的宽带光信号。
具体的，参阅图1，本发明一实施例提供了光学滤波器结构示意图，包括：输入光波导101、第一高阶微环滤波器200、1×2光开关301、1×2光开关302、2×2光开关401～40(N-1)、第二高阶微环滤波器201～20N、中间光波导501～50N。其中，光开关包括位于第一高阶微环滤波器200后的1×2光开关301，位于第N级的第二高阶微环滤波器20N之后的1×2光开关302以及N-1个和第二高阶微环滤波器201～20N交错排列的2×2光开关401～40(N-1)及输出光波导601。
第一高阶微环滤波器200将通过输入光波导101输入的待处理的宽带光信号进行初始滤波，在待处理的宽谱光信号的谱线上增添初始滤波周期的滤波条纹。光开关对初始滤波后的宽带光信号的路径进行切换，在经过的第二高阶微环滤波器处都会在初始滤波后的宽谱光信号的谱线上增添一组与初始滤波周期相同的滤波条纹，通过对相应滤波器谐振波长的调节从而平移相应的滤波曲线，从而得到新的滤波周期，也就改变了自由光谱区，完成可重构光滤波器的高滚降滤波功能。
在本发明一实施例中，第一高阶微环滤波器和第二高阶微环滤波器的微环结构相同，参阅图4，至少包含两个微环，且至少两个的微环之间的距离相等，且微环之间采用串联结构。基于此，本发明还可实现滤波带宽的可调谐，并且能够实现高滚降特性(即可使得滤波曲线的的上升与下降特别陡峭)。
第一高阶微环滤波器和第二高阶微环滤波器都为实现滤波功能的器件，其中，第一高阶微环滤波器实现初始滤波，保证待处理的宽带光信号至少经过一次高阶微环滤波器进行滤波。
在本发明一实施例中，N个级联第二高阶微环滤波器和N个级联的中间光波导一一对应，形成N个对应的第二高阶微环滤波器和中间光波导。如图1所示，第二高阶微环滤波器201和中间光波导501相对应，第二高阶微环滤波器202和中间光波导502相对应，以此类推，直到第二高阶微环滤波器20N和中间光波导50N相对应。
进一步地，N个对应的第二高阶微环滤波器和中间光波导之间的距离相同。
在本发明一实施例中，光开关和所N个级联的第二高阶微环滤波器交错排列。如图1所示，交错排列的光开关控制宽带光信号是否经过第二高阶微环滤波器，通过控制每个第二高阶微环滤波器之前的光开关，从而控制宽带光信号滤波的次数。其中，参阅图2及图3，光开关可采用定向耦合型光开关或MZ型光开关。
进一步地，光开关的状态切换以及高阶微环滤波器的中心波长调谐都是通过热光效应或电光效应来调节。并且，对于高阶微环滤波器，调谐其中心波长是通过对每个级联的第二高阶微环滤波器各自的滤波曲线的中心波长进行独立调谐实现的。
在本发明一实施例中，处理后的宽带光信号的自由光谱区大小与待处理的宽带光信号经过滤波的次数成反比，其中，滤波包括初始滤波和再次滤波。
具体地，本发明实施例中，通过调节光开关切换可决定光路所经过的高阶微环滤波器的个数k，即经过的第一高阶微环滤波器和第二高阶微环滤波器的总数k。并且本发明通过调节微环滤波器谐振波长的位置，从而实现自由光谱区大小为只经过第一高阶微环滤波器所形成的自由光谱区的1/k。
参阅图1，当1×2光开关301的下端口通过，上端口阻断，(N-1)个2×2光开关所有状态均为下端口通过状态，2×1光开关302的下端口通过，上端口阻断时，初始滤波后的宽带光信号不经过任何第二高阶微环滤波器201-20N，此时待处理的宽带光信号只经过了第一阶微环滤波器200进行初始滤波，k＝1，对应的自由光谱区最大，对应的自由光谱区大小为FSR，即单级高阶微环滤波器的自由光谱区大小对应的FSR。
当1×2光开关301的上端口通过，下端口阻断，(N-1)个2×2光开关所有状态均为下端口通过状态，2×1光开关302的下端口通过，上端口阻断时，待处理的宽带光信号经过只经过了第一阶微环滤波器200和1个第二高阶微环滤波器201进行滤波，k＝2，此时对应的自由光谱区大小为FSR/2。
当1×2光开关301的上端口通过，下端口阻断，2×2光开关401状态为上端口通过状态，2×2光开关402-40(N-1)所有状态均为下端口通过状态，2×1光开关302的下端口通过，上端口阻断时，待处理的宽带光信号经过第一阶微环滤波器200和第二高阶微环滤波器201及202，k＝3，此时对应的自由光谱区大小为FSR/3。
以此类推，当1×2光开关301的上端口通过，下端口阻断，(N-1)个2×2光开关所有状态均为上端口通过状态，2×1光开关302的上端口通过，下端口阻断时，待处理的宽带光信号经过了第一微环滤波器201-20N，此时对应的自由光谱区最小，对应的自由光谱区大小为FSR/(N+1)。
在本发明一实施例中，光开关、第一高阶微环滤波器及第二高阶微环滤波器采用铌酸锂、硅、二氧化硅、磷化铟或砷化镓平台上通过半导体工艺制作。通过这种集成于材料平台上半导体平面工艺制作，其工艺的稳定度高、损耗低、体积小，且调节和控制难度小。
本发明还提供了一种采用上述的光学滤波器的可重构光分插复用器。
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 (9)

1.一种高滚降光学滤波器，其特征在于，包括：
输入光波导，用于输入待处理的宽带光信号；
第一高阶微环滤波器，用于对待处理的宽带光信号进行初始滤波；
N个级联的第二高阶微环滤波器，用于对初始滤波后的宽带光信号进行再次滤波；
N个级联的中间光波导，用于为初始滤波后的宽带光信号提供不经过高阶微环滤波器进行滤波处理的光路传输路径；
光开关，用于切换初始滤波后的宽带光信号的光路传输路径，以使所述初始滤波后的宽带光信号经过所述第二高阶微环滤波器或中间光波导传输；通过控制每个第二高阶微环滤波器之前的光开关，从而控制宽带光信号滤波的次数；
输出光波导，用于输出处理后的宽带光信号；
其中，所述处理后的宽带光信号的自由光谱区大小与所述待处理的宽带光信号经过滤波的次数成反比，并且，对于高阶微环滤波器，调谐其中心波长是通过对每个级联的第二高阶微环滤波器各自的滤波曲线的中心波长进行独立调谐实现的；所述滤波包括所述初始滤波和所述再次滤波。
2.根据权利要求1所述的高滚降光学滤波器，其特征在于，所述第一高阶微环滤波器和所述第二高阶微环滤波器的微环结构相同，包含至少两个微环。
3.根据权利要求2所述的高滚降光学滤波器，其特征在于，所述微环结构包括：所述至少两个微环之间的距离相等，且所述微环之间采用串联结构。
4.根据权利要求1所述的高滚降光学滤波器，其特征在于，所述N个级联第二高阶微环滤波器和所述N个级联的中间光波导一一对应，形成N个对应的第二高阶微环滤波器和中间光波导。
5.根据权利要求4所述的高滚降光学滤波器，其特征在于，所述N个对应的第二高阶微环滤波器和中间光波导之间的距离相同。
6.根据权利要求1所述的高滚降光学滤波器，其特征在于，所述光开关和所述N个级联的第二高阶微环滤波器交错排列。
7.根据权利要求1所述的高滚降光学滤波器，其特征在于，所述光开关采用定向耦合型光开关或MZ型光开关。
8.根据权利要求1所述的高滚降光学滤波器，其特征在于，所述光开关、所述第一高阶微环滤波器及所述第二高阶微环滤波器采用铌酸锂、硅、二氧化硅、磷化铟或砷化镓平台上通过半导体工艺制作。
9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的高滚降光学滤波器的可重构光分插复用器。
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