CN200997432Y - 一种直线闭环谐振腔结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矩形微环谐振腔型光滤波器，包括公用通道和矩形微环谐振腔，所述矩形微环谐振腔由四个直角拐弯器首尾相连构成；直角拐弯器的角上引入切成四十五度角的多模波导；公用通道位于矩形微环谐振腔的侧面，公用通道的中间部分与矩形微环构成定向耦合器。本实用新型中，公用通道可以在微环两侧。本实用新型中直角拐弯器与矩形微环均有选频功能，因而自由频谱围大；且没有弯曲波导，定向耦合器的互作区离距长，因而加工难度小。本实用新型适用于光通信系统、光计算机系统、光子/光电子集成回路的波导型光滤波器中。

Description

一种直线闭环谐振腔结构

一、技术领域

本实用新型属于集成光学技术领域，涉及一种用于光通信系统、光计算机系统及光子/光电子集成回路的波导型光滤波器，具体地说是一种直线闭环谐振腔结构。

二、背景技术

光滤波器是光通信系统、光计算机系统及光子/光电子集成回路的基础元件，用以实现波分复用/解复用、光上下路、光信号无中断监控等功能。光滤波器主要有光栅型、干涉型、波导阵列光栅型、光纤熔锥型及波导微环谐振腔型等种类。光栅型光滤器波长适用范围较窄，干涉型光滤波器滤波信道数少，且薄膜材料易受潮而改变其稳定性，波导阵列光栅型光滤波器对温度变化及入射光的偏振态敏感，光纤熔锥型光滤波器信道隔离度差。以上四种光滤波器均为分立元件，不易于与其它光子器件实现单片集成。波导微环谐振腔型光滤波器具有体积小、品质因数高等优点，易与波导型调制器/开关、激光器、探测器等光子器件实现单片集成。目前，波导微环谐振腔型光滤波器主要采用圆形微环结构，这种结构的缺点是：1、圆形微环的加工难度大，而且容易带来散射损耗；2、圆形微环与输入/出通道的互作用距离短，因而微环与输入/出通道的间距小，进一步增加加工难度，器件良品率低；3、光滤波器自由频谱范围小，不易应用于密信波分复用光网络中。

三、发明内容

为了克服现有波导微环谐振腔型光滤波器的不足，本实用新型的目的是提供一种直线闭环谐振腔结构，该闭环谐振腔结构结构紧凑，加工工艺难度小，自由频谱范围大。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种直线闭环谐振腔结构，其特征在于：它包括公用通道和矩形微环谐振腔，所述矩形微环谐振腔由四个直角拐弯器首尾相连构成；直角拐弯器的角上引入切成四十五度角的多模波导；公用通道位于矩形微环谐振腔的侧面，公用通道的中间部分与矩形微环构成定向耦合器。

本实用新型中，公用通道可以是一条，也可以有两条，只用一条共用通道，形成陷波滤波器。当采用两条公用通道时，在矩形微环谐振腔的左侧面设有公用通道，在矩形微环谐振腔的右侧面也设有公用通道，两条公用通道的中间部分分别与矩形微环谐振腔构成左侧定向耦合器和右侧定向耦合器。

采用两条公用通道时，左侧公用通道的端头分别为输入通道1a和直通通道1b；右侧公用通道的端头分别为下路通道2a和上路通道2b。

根据不同的需要，本实用新型所述矩形微环谐振腔可以是一维或二维串联形成高阶滤波器。

本实用新型由矩形微环谐振腔和公用通道组成。其中矩形微环谐振腔由四个直角拐弯器首尾相连构成，公用通道在矩形微环谐振腔的两侧，中间部分与矩形微环构成两个定向耦合器，其余四端为输入通道、上路通道、下路通道及直通通道。直角拐弯器的角上引入切成四十五度角的多模波导，根据时域耦合模理论，谐振波长可无反射及无辐射地从输入波导耦合至输出波导，实现低损耗的直角拐弯器。由输入通道输入的多波长光信号经第一个定向耦合器光场部分耦合至矩形微环谐振腔中，并沿环传输，经第二个定向耦合器光场再次部分耦合至输出通道，其余光场沿环继续传输，返回至第一个定向耦合器。光信如此往复传输。若某波长信号沿环传输一周(多周)后的光场与该波长的输入光场有π的奇数倍的相位差，根据光的干涉原理，则两者相消干涉，由能量守恒定律，第二个定向耦合器的该波长光场相长干涉，因此该波长从下路通道输出，实现滤波功能。类似的，在一个定向耦合器中相长干涉的波长光信号在第二个定向耦合器中相消干涉，因此该波长光信号由直通通道输出，成为直通光信号。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：1、结构紧凑；没有弯曲波导，加工难度小，良品率高；2、定向耦合器的互作区离距长，增加两者间距，进一步减小加工难度；3、由于直角拐弯器与矩形微环均有选频功能，因此自由频谱围大，可应用于密信波分复用光网络中。

本实用新型中定向耦合器的互作区离距长，可以达到0.5～0.8μm，而原有光滤波器中定向耦合器的互作区离距为0.2μm左右，因而本实用新型的加工难度小。而且，本实用新型的自由频谱围大，可以达到60nm左右，而原有的光滤波器在1～10nm。本实用新型的应用领域广阔。

四、附图说明

图1是本实用新型第一个实例具有两条公用通道的结构示意图。

图2是本实用新型中直角拐弯器的结构示意图。

图3是本实用新型中直角拐弯器的频谱特性图。

图4是本实用新型中直角拐弯器在工作波长为1.55μm时的光场分布图。

图5是本实用新型第一个实例的频谱特性图。

图6是本实用新型第一个实例在工作波长为1.55μm的光场分布图。

图7是本实用新型第二个实例具有一条公用通道的结构图。

图8是环形微环谐振腔光滤波器第三个实例的结构图。

图9是环形微环谐振腔光滤波器第四个实例的结构图。

图10是环形微环谐振腔光滤波器第五个实例的结构图。

附图标记说明

1、11-公用通道  2-矩形微环谐振腔  3-直角拐弯器

4-定向耦合器    5-左侧定向耦合器  6-右侧定向耦合器

8-输入波导      9-输出波导        10-四十五度角多模波导

1a-输入通道    1b-直通通道    2a-下路通道    2b-上路通道。

五、具体实施方式

实施例1

图1是本实用新型的第一个实例，具有两条公用通道的结构示意图。其中，公用通道1在左侧，公用通道11在右侧，由输入通道1a，下路通道2a，直通通道1b，上路通道2b，左侧定向耦合器5、右侧定向耦合器6、直角拐弯器3组成。多波长光信号从输入通道1a输入，经第一个左侧定向耦合器5，部分由直通通道1b输出，剩余部分耦合到直角拐弯器3中并传输至第二个右侧定向耦合器6中，光信号再次部分耦合至下路通道2a输出，剩余部分经直拐弯器3返回至第一个左侧定向耦合器5中。光信如此往复传输。若某波长信号沿环传输一周或多周后返回至第一个左侧定向耦合器5的光场与该波长由输入通道1a的输入光场有π的奇数倍的相位差，根据光的干涉原理，则两者相消干涉，由能量守恒定律，第二个右侧定向耦合器6的该波长光场相长干涉，因此该波长从下路通道2a输出，实现滤波功能。类似的，在一个左侧定向耦合器5中相长干涉的波长光信号在第二个右侧定向耦合器6中相消干涉，因此该波长光信号由直通通道1b输出，成为直通光信号。本实用新型中，由于整个器件没有弯曲波导，加工难度小；定向耦合器的互作区离距长，增加两者间距，进一步减小加工难度；由于直角拐弯器与矩形微环均有选频功能，因此自由频谱围大。

图2为直角拐弯器3的结构图，图3为直角拐弯器3的频谱特性，图4为工作波长为1.55μm时直角拐弯器3的光场分布，可见该直角拐弯器实现了光信号的低损耗九十度拐弯。图5为本实例的频率特性，图6为工作波长为1.55μm时的光场分布，可见该器件实现了滤波功能，且自由频谱围范大。

实施例2

图7是本实用新型的第二个实例。只用一条公用通道1，即只有输入通道1a与直通通道1b，与矩形微环谐振腔及定向耦合器构成陷波滤波器。若某波长信号沿环传输一周或多周后的光场与该波长的输入光场有2π整数倍的相位差，根据光的干涉原理，则两者相消干涉，由耦合模理论，若此时光信号沿微环一周的总损耗与定向耦合的直通系数相等，则该波长限制在微环内传输，不能从公用通道输出端输出，实现陷波功能，因此该器件为陷波滤波器。

实施例3

图8是本实用新型的第三个实例。采用两个矩形微环串联构成谐振腔，与第一个实例相比，由光的传输特性可知，下路通道2a与上路通道上路2b交换，并可扩展成多级串联形成高阶滤波器，用来提高器件的精细度。

实施例4

图9是本实用新型的第四个实例。采用两个矩形微环串联构成谐振腔，构成陷波滤波器，并可扩展成多级串联形成高阶陷波滤波器，提高器件的精细度。

实施例5

图10是本实用新型的第五个实例。采用四个矩形微环两维串联构成谐振腔，本实例增大器件的制作容差，提高器件的精细度，并可扩展成多级串联形成高阶滤波器。

Claims (4)

1、一种直线闭环谐振腔结构，其特征在于：它包括公用通道(1)和矩形微环谐振腔(2)，所述矩形微环谐振腔(2)由四个直角拐弯器(3)首尾相连构成；直角拐弯器(3)的角上引入切成四十五度角的多模波导(10)；公用通道(1)位于矩形微环谐振腔(2)的侧面，公用通道(1)的中间部分与矩形微环构成定向耦合器(4)。

2、根据权利要求1所述的一种直线闭环谐振腔结构，其特征在于：在矩形微环谐振腔(2)的左侧面设有公用通道(1)，在矩形微环谐振腔(2)的右侧面设有公用通道(11)，公用通道(1)和公用通道(11)的中间部分分别与矩形微环谐振腔(2)构成左侧定向耦合器(5)和右侧定向耦合器(6)。

3、根据权利要求2所述的一种直线闭环谐振腔结构，其特征在于：公用通道(1)的端头分别为输入通道(1a)和直通通道(1b)；公用通道(11)的端头分别为下路通道(2a)和上路通道(2b)。

4、根据权利要求1所述的一种直线闭环谐振腔结构，其特征在于：所述矩形微环谐振腔(2)是一维或二维串联形成高阶滤波器。

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