基于级联交织器的宽带波长带宽可调滤波器

摘要

一种基于级联交织器的宽带波长带宽可调滤波器，包括：至少两个级联的交织器，每级交织器都由微环辅助MZI构成，其中：用于实现波长和带宽的调节以及互补光谱的切换的第一级交织器的两个单环的一臂的一端作为输入端，另一端与用于实现波长调节以及互补光谱的切换的第二级交织器的无π相移的一臂的一端相连；第二级交织器的无π相移的一臂的另一端为输出端。本发明具有宽带(如20nm)内单一谐振峰，方形滤波谱，宽带内波长连续可调且带宽连续可调的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光纤通信领域的技术，具体是一种基于级联交织器的宽带波长带宽可调滤波器。

背景技术

硅基光子器件具有强模场束缚特性和与CMOS工艺相兼容的优点，是集成光路的理想选择。硅基光子器件主要包括滤波器、调制器、光开关、路由器和探测器等。在可重构光分插复用中，四个重要的特性是CDCG(colorless无色，directionless无方向，contentionless无阻塞和gridless无栅格)。为了实现无色和无栅格，需要设计宽带波长带宽可调的光滤波器，该器件需要具有四个特性：宽带内单一谐振峰，方形滤波谱，宽带内波长连续可调，带宽连续可调。

经过对现有技术的检索发现，Piero Orlandi等人发表在2014年Journal of Lightwave Technology，第32卷第5期的论文“Photonic integrated filter with widely tunable bandwidth”实现了基于2环辅助马赫曾德干涉仪(MZI)的带宽可调滤波器，然而该滤波器中心波长调节范围较小，宽带(20nm)内有多个谐振峰。

发明内容

本发明针对现有技术不能进行滤波器带宽的调节以及对AWG对工艺误差敏感等缺陷，提出一种基于级联交织器的宽带波长带宽可调滤波器，具有宽带(如20nm)内单一谐振峰，方形滤波谱，宽带内波长连续可调且带宽连续可调的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括至少两个级联的交织器，每级交织器都由微环辅助MZI构成，其中：用于实现波长和带宽的调节以及互补光谱的切换的第一级交织器的两个单环的一臂的一端作为输入端，另一端与用于实现波长调节以及互补光谱的切换的第二级交织器的无π相移的一臂的一端相连；第二级交织器的无π相移的一臂的另一端为输出端。

通过设计合适的参数，微环辅助MZI可以实现方形滤波谱。通过两级交织器的波长调节和光谱切换功能实现滤波器的波长连续调节。通过第一级交织器的带宽调节功能实现滤波器的带宽连续调节。两级交织器的信道选择功能使得在宽带范围内(如20nm)该滤波器只有一个谐振峰。为了实现更大带宽范围内的单一谐振峰，可以级联三级或以上交织器。

技术效果

与现有技术相比，本发明具有宽带(如20nm)内单一谐振峰，方形滤波谱，波长连续可调，带宽连续可调的特点，且器件尺寸小，控制简单，功耗低。

附图说明

图1为基于级联交织器的可调滤波器示意图；

图2为用微环辅助MZI结构实现的可调滤波器结构；

图3为可调滤波器六种工作状态光谱示意图；

图4为可调滤波器仿真光谱图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例包括：两个级联的交织器，其中：第一级交织器由2环辅助MZI实现波长带宽调节，第二级交织器由2环辅助MZI实现波长调节。

所述的宽带波长带宽可调滤波器，其传输函数为：T＝T₁T₂，其中：T₁和T₂分别第一级和第二级交织器一个输出端口的传输函数，A_i和t_i，其中i＝1～4，对应分别为四个单环的传输函数和定向耦合器传输系数；其中：k＝1～6，即长度为l_k的波导的传输率，α和β分别是波导的损耗系数和传播常数，j为虚数单位；t₁～t₄分别为0.5，0.5，0.785，0.243。

所有单环腔长均为L＝50.266μm，第一级交织器MZI两臂长度差为L，第二级交织器MZI两臂长度差为L/2，长臂连接传输系数为0.785的单环。第一级和第二级交织器的自由频谱范围(FSR)分别为10.912nm和22.180nm。该滤波器是在SOI平台上实现的，所有波导均为450nm×220nm的单模波导。

如图3所示，本实施例中所述的宽带波长带宽可调滤波器，可实现六种工作状态：

状态1：未加电压时，第一级交织器的级联端输出信道Ch1，Ch3，第二级交织器输出端输出Ch1。

状态2：如需将Ch2输出到第二级交织器输出端，则对第一级交织器臂长差加电压产生π相移，再调节第一级交织器的带宽，使级联端输出Ch2，Ch4。

状态3：如需将Ch3输出到第二级交织器输出端，则对第二级交织器臂长差加电压产生π相移即可实现。

状态4：如需将Ch4输出到第二级交织器输出端，则将第一级和第二级交织器臂长差加电压产生π相移，再调节第一级交织器的带宽。

状态5：如需调节信道中心波长，则将第一级和第二级中心波长红移相同的距离。

状态6：如需调节信道带宽，则对第一级交织器进行带宽调节。

图4给出了滤波器六种状态下的仿真光谱图，根据图4所示的仿真结果，本发明可以实现～20nm带宽范围内单一谐振峰，近似方形滤波谱，～20nm范围内的波长连续调节和从1.216nm到2.824nm的带宽连续调节。滤波器消光比约为20dB，通过增加两级交织器的微环个数可以进一步提高消光比。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。