CN115963599A - 一种集成光滤波器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种集成光滤波器，包括：输入光波导，与滤波单元中的集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的输入弯曲光栅辅助反向耦合器的第一端口相连，用于输入待处理的光信号；滤波单元，包括集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器和反向耦合器，用于对光信号进行滤波，其中微环光滤波器的输入弯曲光栅辅助反向耦合器的第二端口与第一中间光波导相连；微环光滤波器的输出弯曲光栅辅助反向耦合器的第四端口通过波导交叉和第一中间光波导相连；微环光滤波器的输出弯曲光栅辅助反向耦合器的第三端口通过第二中间光波导与反向耦合器的直输入周期性波纹波导相连；输出光波导，用于输出滤波后的光信号。

Description

一种集成光滤波器

技术领域

本公开实施例涉及光纤通信技术领域，更具体地，涉及一种集成光滤波器。

背景技术

光滤波器是用来进行波长选择的仪器，它可以从众多的波长中挑选出所需的波长，而除此波长以外的光将会被拒绝通过。因此，光滤波器在密集波分复用光纤通信、频分复用光纤通信、光谱测试、光纤传感器和光纤放大器应用中起重要作用。

经研究发现，在相关技术中拥有较高的滚降速率和较窄的通带带宽的光滤波器仍存在缺陷，例如：存在集成度不高的问题。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供了一种集成光滤波器。

本公开实施例的一个方面提供了一种集成光滤波器，包括：

输入光波导，与滤波单元中的集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的输入弯曲光栅辅助反向耦合器上的第一端口相连，用于输入待处理的光信号；

滤波单元，包括：集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器和反向耦合器，用于对上述光信号进行滤波，其中，上述微环光滤波器包括输入弯曲光栅辅助反向耦合器、输出弯曲光栅辅助反向耦合器和连接弯曲波导；

中间光波导单元，包括第一中间光波导、第二中间光波导和波导交叉，用于传输上述集成光滤波器中的光信号；

其中，上述输入弯曲光栅辅助反向耦合器上的第二端口与上述第一中间光波导相连；上述输出弯曲光栅辅助反向耦合器上的第四端口通过上述波导交叉和上述第一中间光波导相连；上述输出弯曲光栅辅助反向耦合器上的第三端口通过上述第二中间光波导与上述反向耦合器的直输入周期性波纹波导相连；

输出光波导，用于输出滤波后的光信号。

根据本公开的实施例，上述输入弯曲光栅辅助反向耦合器和上述输出弯曲光栅辅助反向耦合器的中心波长与上述集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的同一个纵模波长对准。

根据本公开的实施例，上述滤波单元用于对上述待处理的光信号进行两次滤波，其中根据上述待处理的光信号传输方向的不同，将上述待处理的光信号输入至上述集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的输入端口不同。

根据本公开的实施例，上述滤波单元的制作平台包括：铌酸锂、硅、二氧化硅、磷化铟以及砷化镓平台。

根据本公开的实施例，上述滤波单元还用于：对上述集成光滤波器进行中心波长的调谐时，确定对上述集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器和上述反向耦合器的滤波曲线的中心波长分别进行独立调谐。

根据本公开的实施例，上述输入弯曲光栅辅助反向耦合器和上述输出弯曲光栅辅助反向耦合器，均包括：弯曲总线周期性波纹波导和弯曲微环周期性波纹波导。

根据本公开的实施例，上述输入弯曲光栅辅助反向耦合器和上述输出弯曲光栅辅助反向耦合器的上述弯曲总线周期性波纹波导的平均波导宽度和波纹深度均相同；上述输入弯曲光栅辅助反向耦合器和上述输出弯曲光栅辅助反向耦合器的弯曲微环周期性波纹波导的波纹深度相同。

根据本公开的实施例，因为采用了一个集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器和一个反向耦合器组合进行滤波的方式，至少部分的克服了器件使用的面积和体积过大的问题，进而实现了在拥有较窄的带宽和较高的滚降速率的同时，拥有更高的器件集成度。

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集成光滤波器的结构示意图；

图2A示意性示出了根据本公开实施例的集成光滤波器的两次直通端滤波路径示意图；

图2B示意性示出了根据本公开实施例的集成光滤波器的两次下载端滤波路径示意图；

图3示意性示出了根据本公开实施例的集成光滤波器的弯曲微环周期性波纹波导和弯曲总线周期性波纹波导的示意图；

图4A示意性示出了根据本公开实施例的集成光栅辅助反向耦合器的微环滤波器的滤波曲线；

图4B示意性示出了根据本公开实施例的反向耦合器的滤波曲线；

图4C示意性示出了根据本公开实施例的集成光滤波器的滤波曲线。

附图标记说明

100 输入光波导

200 滤波单元

201集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器

2011输入弯曲光栅辅助反向耦合器

2012输出弯曲光栅辅助反向耦合器

2013 连接弯曲波导

202 反向耦合器

2021直输入周期性波纹波导

2022直输出周期性波纹波导

20111弯曲总线周期性波纹波导

20112弯曲微环周期性波纹波导

300 中间光波导单元

301 第一中间光波导

302 第二中间光波导

303 第三中间光波导

1 第一端口

2 第二端口

3 第三端口

4 第四端口

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开，而非对本公开的限定，实施例中记载的各个特征可进行组合，形成多个可选方案。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分而非全部结构。

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)。

在研究过程中发现，常见的窄带宽、高滚降速率的光学滤波器存在集成度不高并且存在受有限FSR的限制的缺陷。

有鉴于此，本公开的实施例提供了一种集成光滤波器的输入光波导，与滤波单元中的集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的输入弯曲光栅辅助反向耦合器上的第一端口相连，用于输入待处理的光信号；滤波单元，包括：集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器和反向耦合器，用于对光信号进行滤波，其中，微环光滤波器包括输入弯曲光栅辅助反向耦合器、输出弯曲光栅辅助反向耦合器和连接弯曲波导；中间光波导单元，包括第一中间光波导、第二中间光波导和波导交叉，用于传输集成光滤波器中的光信号；其中，输入弯曲光栅辅助反向耦合器上的第二端口与第一中间光波导相连；输出弯曲光栅辅助反向耦合器上的第四端口通过波导交叉和第一中间光波导相连；输出弯曲光栅辅助反向耦合器上的第三端口通过第二中间光波导与反向耦合器的直输入周期性波纹波导相连；输出光波导，用于输出滤波后的光信号。

图1示意性示出了根据本公开实施例的集成光滤波器的结构示意图。

如图1所示，集成光滤波器包括输入光波导100、滤波单元200、中间光波导单元300和输出光波导400。

输入光波导100，与滤波单元中的集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的输入弯曲光栅辅助反向耦合器201上的第一端口1相连，用于输入待处理的光信号。

滤波单元200，包括：集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器201和反向耦合器202，用于对光信号进行滤波，其中，微环光滤波器包括输入弯曲光栅辅助反向耦合器2011、输出弯曲光栅辅助反向耦合器2012和连接弯曲波导2013。

中间光波导单元300，包括第一中间光波导301、第二中间光波导302和波导交叉303，用于传输集成光滤波器中的光信号。

其中，输入弯曲光栅辅助反向耦合器2011上的第二端口2与第一中间光波导301相连；输出弯曲光栅辅助反向耦合器上2012的第四端口4通过波导交叉303和第一中间光波导301相连；输出弯曲光栅辅助反向耦合器上2012的第三端口3通过第二中间光波导302与反向耦合器202的直输入周期性波纹波导2021相连。

输出光波导400，用于输出滤波后的光信号。

根据本公开的实施例，输入弯曲光栅辅助反向耦合器和输出弯曲光栅辅助反向耦合器的波导厚度、波导间距、波纹周期、占空比、周期数以及弯曲半径均相同。

根据本公开的实施例，输出光波导400，与反向耦合器的直输出周期性波纹波导相连，可用于输出滤波后的光信号。

根据本公开的实施例，因为采用了一个集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器和一个反向耦合器组合进行滤波的方式，至少部分的克服了器件使用的面积和体积过大的问题，进而实现了在拥有较窄的带宽和较高的滚降速率的同时，拥有更高的器件集成度。

根据本公开的实施例，集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器201包括四个端口位于输入弯曲光栅辅助反向耦合器和输出弯曲光栅辅助反向耦合器上，根据光信号输入的端口不同，可将这四个端口分为输入端、直通端、下载端和上载端，例如当光信号从第一端口输入时，则第一端口为输入端、第二端口为直通端、第三端口为上载端以及第四端口为下载端；当光信号从第二端口输入时，则第二端口为输入端、第一端口为直通端、第三端口为下载端以及第四端口为上载端；当光信号从第四端口输入时，第四端口为输入端、第三端口为直通端、第一端口为下载端以及第二端口为上载端。

根据本公开的实施例，波导交叉302，包括但不限于使用多模干涉耦合器、麦克斯韦鱼眼、亚波长光栅、非对称定性耦合器、非对称Y分支、变换光学、逆向设计、浅刻蚀波导以及双层波导设计的波导交叉。

根据本公开的实施例，输入弯曲光栅辅助反向耦合器和输出弯曲光栅辅助反向耦合器的中心波长与集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的一个纵模波长对准。

根据本公开的实施例，滤波单元的制作平台包括：铌酸锂、硅、二氧化硅、磷化铟以及砷化镓平台。

根据本公开的实施例，滤波单元还用于：对集成光滤波器进行中心波长的调谐时，确定对集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器和反向耦合器的滤波曲线的中心波长分别进行独立调谐。

根据本公开的实施例，对集成光滤波器的滤波谱线进行中心波长的调谐时，需要单独的对集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器和反向耦合器分别进行调谐。

图2A示意性示出了根据本公开实施例的集成光滤波器的两次直通端滤波路径示意图。

图2B示意性示出了根据本公开实施例的集成光滤波器的两次下载端滤波路径示意图。

根据本公开的实施例，滤波单元用于对待处理的光信号进行两次滤波，其中根据待处理的光信号传输方向的不同，将待处理的光信号输入至集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的输入端口不同。

根据本公开的实施例，由于集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的性质，滤波单元对待处理的光信号进行两次滤波包括：两次直通端滤波及两次下载端滤波，其中，两次直通端滤波为一次完整滤波，两次下载端滤波为一次完整滤波。

根据本公开的实施例，如图2A所示，当待处理的光信号通过输入光波导100从集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器201的第一端口进入滤波单元时，待处理的光信号被分为第一待处理光信号和第二待处理光信号，其中，第一待处理的光信号通过集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器201在第二端口经过直通滤波后输出至第一中间光波导，完成第一次直通滤波，得到第一光信号，此时，第一端口为输入端，第二端口为直通端；随后第一光信号经过第一中间光波导和波导交叉输入至第四端口，在第三端口经过直通滤波后输出至第二中间光波导得到第二光信号，此时第四端口为输入端，第三端口为直通端。至此得到在第三端口完成连续两次直通滤波的第二光信号。

根据本公开的实施例，如图2B所示，第二待处理光信号在集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器201的第四端口经过下载滤波后输出至波导交叉及第一中间光波导，完成第一次下载滤波，得到第三光信号，此时，第一端口为输入端，第四端口为下载端；接着第三光信号从第二端口进入，在第四端口经过下载滤波后输出至第二中间光波导，得到第四光信号，此时，第二端口为输入端，第三端口为下载端。至此得到在第三端口完成连续两次下载滤波的第四光信号。

根据本公开的实施例，第二光信号和第四光信号在第二中间光波导内实现合束，由于集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的输入弯曲光栅辅助反向耦合器和输出弯曲光栅辅助反向耦合器具有相同的参数，保证了在直通端和下载端的两次滤波的滤波曲线具有一致的波形和中心波长，且两次滤波叠加的结果会在第二中间光波导出产生电磁感应透明(Electromagnetically Induced Transparency，简称EIT)光谱，即在滤波光谱中存在一个位于凹槽内的窄峰。

图3示意性示出了根据本公开实施例的集成光滤波器的弯曲微环周期性波纹波导和弯曲总线周期性波纹波导的示意图。

根据本公开的实施例，如图3所示，输入弯曲光栅辅助反向耦合器和输出弯曲光栅辅助反向耦合器，均包括：弯曲总线周期性波纹波导20111和弯曲微环周期性波纹波导20112。

根据本公开的实施例，输入弯曲光栅辅助反向耦合器和输出弯曲光栅辅助反向耦合器的弯曲总线周期性波纹波导的平均波导宽度和波纹深度均相同；输入弯曲光栅辅助反向耦合器和输出弯曲光栅辅助反向耦合器的弯曲微环周期性波纹波导的波纹深度相同。

根据本公开的实施例，令输入弯曲光栅辅助反向耦合器和输出弯曲光栅辅助反向耦合器的弯曲总线周期性波纹波导和弯曲微环周期性波纹波导的设置相同，避免了滤波单元在对待处理的光信号进行滤波时出现两次下载端和两次直通端滤波后得到的两个光信号的滤波曲线的中心波长不同的情况，进而保证了可以在第二中间光波导出产生电磁感应透明(Electromagnetically Induced Transparency，简称EIT)光谱。

图4A示意性示出了根据本公开实施例的集成光栅辅助反向耦合器的微环滤波器的滤波曲线。

图4B示意性示出了根据本公开实施例的反向耦合器的滤波曲线。

图4C示意性示出了根据本公开实施例的集成光滤波器的滤波曲线。

根据本公开的实施例，在集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器在工作状态下滤波曲线如图4A所示，可以看出可以做两次滤波的集成光学辅助反向耦合器的微环光滤波器的滤波曲线图已初步具备窄带宽和高滚降速率的优点，接着再结合如图4B所示的反向耦合器在工作状态下的滤波谱线图可以得到整个集成光滤波器的滤波谱线图如图4(c)所示，此时的滤波谱线具备无自由光谱范围、更窄的带宽和更高的滚降速率的优点，则通过该滤波器的光信号同样也具备无自由光谱范围即拥有较强的频带选择能力、更窄的带宽和更高的滚降速率的优点。

以上仅为本公开的较佳实施例而已，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种集成光滤波器，包括：

输入光波导，与滤波单元中的集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的输入弯曲光栅辅助反向耦合器上的第一端口相连，用于输入待处理的光信号；

滤波单元，包括：集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器和反向耦合器，用于对所述光信号进行滤波，其中，所述微环光滤波器包括输入弯曲光栅辅助反向耦合器、输出弯曲光栅辅助反向耦合器和连接弯曲波导；

中间光波导单元，包括第一中间光波导、第二中间光波导和波导交叉，用于传输所述集成光滤波器中的光信号；

其中，所述输入弯曲光栅辅助反向耦合器上的第二端口与所述第一中间光波导相连；所述输出弯曲光栅辅助反向耦合器上的第四端口通过所述波导交叉和所述第一中间光波导相连；所述输出弯曲光栅辅助反向耦合器上的第三端口通过所述第二中间光波导与所述反向耦合器的直输入周期性波纹波导相连；

输出光波导，用于输出滤波后的光信号。

2.根据权利要求1所述的集成光滤波器，所述输入弯曲光栅辅助反向耦合器和所述输出弯曲光栅辅助反向耦合器的中心波长与所述集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的同一个纵模波长对准。

3.根据权利要求1所述的集成光滤波器，其中，所述滤波单元用于对所述待处理的光信号进行两次滤波，其中根据所述待处理的光信号传输方向的不同，将所述待处理的光信号输入至所述集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器的输入端口不同。

4.根据权利要求1所述的集成光滤波器，其中，所述滤波单元的制作平台包括：铌酸锂、硅、二氧化硅、磷化铟以及砷化镓平台。

5.根据权利要求1所述的集成光滤波器，其中，所述滤波单元还用于：对所述集成光滤波器进行中心波长的调谐时，确定对所述集成光栅辅助反向耦合器的微环光滤波器和所述反向耦合器的滤波曲线的中心波长分别进行独立调谐。

6.根据权利要求1所述的集成光滤波器，其中，所述输入弯曲光栅辅助反向耦合器和所述输出弯曲光栅辅助反向耦合器，均包括：弯曲总线周期性波纹波导和弯曲微环周期性波纹波导。

7.根据权利要求6所述的集成光滤波器，其中，所述输入弯曲光栅辅助反向耦合器和所述输出弯曲光栅辅助反向耦合器的所述弯曲总线周期性波纹波导的平均波导宽度和波纹深度均相同；

所述输入弯曲光栅辅助反向耦合器和所述输出弯曲光栅辅助反向耦合器的弯曲微环周期性波纹波导的波纹深度相同。

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