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基于級(jí)聯(lián)交織器的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器

閱讀:1036發(fā)布:2020-09-15

專(zhuān)利匯可以提供基于級(jí)聯(lián)交織器的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器專(zhuān)利檢索,專(zhuān)利查詢(xún),專(zhuān)利分析的服務(wù)。并且一種基于級(jí)聯(lián)交織器的寬帶 波長(zhǎng) 帶寬可調(diào) 濾波器 ,包括:至少兩個(gè)級(jí)聯(lián)的交織器,每級(jí)交織器都由微環(huán)輔助MZI構(gòu)成,其中:用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)和帶寬的調(diào)節(jié)以及互補(bǔ) 光譜 的切換的第一級(jí)交織器的兩個(gè)單環(huán)的一臂的一端作為輸入端,另一端與用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)節(jié)以及互補(bǔ)光譜的切換的第二級(jí)交織器的無(wú)π 相移 的一臂的一端相連;第二級(jí)交織器的無(wú)π相移的一臂的另一端為輸出端。本 發(fā)明 具有寬帶(如20nm)內(nèi)單一諧振峰,方形濾波譜,寬帶內(nèi)波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)且?guī)掃B續(xù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。,下面是基于級(jí)聯(lián)交織器的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器專(zhuān)利的具體信息內(nèi)容。

1.一種基于級(jí)聯(lián)交織器的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器,其特征在于,包括:至少兩個(gè)級(jí)聯(lián)的交織器,每級(jí)交織器都由微環(huán)輔助MZI構(gòu)成,其中:用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)和帶寬的調(diào)節(jié)以及互補(bǔ)光譜的切換的第一級(jí)交織器的兩個(gè)單環(huán)的一臂的一端作為輸入端,另一端與用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)節(jié)以及互補(bǔ)光譜的切換的第二級(jí)交織器的無(wú)π相移的一臂的一端相連;第二級(jí)交織器的無(wú)π相移的一臂的另一端為輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器,其特征是,所述的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器,其傳輸函數(shù)為:T=T1T2, 其中:
T1和T2分別第一級(jí)和第二級(jí)交織器一個(gè)輸出端口的傳輸函數(shù),Ai和ti,其中i=1~4,對(duì)應(yīng)分別為四個(gè)單環(huán)的傳輸函數(shù)和定向耦合器傳輸系數(shù); 其中:k=1~6,即長(zhǎng)度為lk的波導(dǎo)的傳輸率,α和β分別是波導(dǎo)的損耗系數(shù)和傳播常數(shù),j為虛數(shù)單位;t1~t4分別為
0.5,0.5,0.785,0.243。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器,其特征是,所述的第一級(jí)交織器MZI兩臂長(zhǎng)度差為L(zhǎng),第二級(jí)交織器MZI兩臂長(zhǎng)度差為L(zhǎng)/2,長(zhǎng)臂連接傳輸系數(shù)為0.785的單環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器,其特征是,所述的單環(huán)的腔長(zhǎng)為L(zhǎng)=50.266μm,所述的波導(dǎo)為450nm×220nm的單模波導(dǎo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器,其特征是,所述的第一級(jí)和第二級(jí)交織器的自由頻譜范圍分別為10.912nm和22.180nm。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器,其特征是,該寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器的輸出具體包括以下六種組合:
狀態(tài)1:未加電壓時(shí),第一級(jí)交織器的級(jí)聯(lián)端輸出信道Ch1和Ch3,第二級(jí)交織器輸出端輸出Ch1;
狀態(tài)2:如需將Ch2輸出到第二級(jí)交織器輸出端,則對(duì)第一級(jí)交織器臂長(zhǎng)差加電壓產(chǎn)生π相移,再調(diào)節(jié)第一級(jí)交織器的帶寬,使級(jí)聯(lián)端輸出Ch2和Ch4;
狀態(tài)3:如需將Ch3輸出到第二級(jí)交織器輸出端,則對(duì)第二級(jí)交織器臂長(zhǎng)差加電壓產(chǎn)生π相移即可實(shí)現(xiàn);
狀態(tài)4:如需將Ch4輸出到第二級(jí)交織器輸出端,則將第一級(jí)和第二級(jí)交織器臂長(zhǎng)差加電壓產(chǎn)生π相移,再調(diào)節(jié)第一級(jí)交織器的帶寬;
狀態(tài)5:如需調(diào)節(jié)信道中心波長(zhǎng),則將第一級(jí)和第二級(jí)中心波長(zhǎng)紅移相同的距離;
狀態(tài)6:如需調(diào)節(jié)信道帶寬,則對(duì)第一級(jí)交織器進(jìn)行帶寬調(diào)節(jié)。

說(shuō)明書(shū)全文

基于級(jí)聯(lián)交織器的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明涉及的是一種光纖通信領(lǐng)域的技術(shù),具體是一種基于級(jí)聯(lián)交織器的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器。

背景技術(shù)

[0002] 光子器件具有強(qiáng)模場(chǎng)束縛特性和與CMOS工藝相兼容的優(yōu)點(diǎn),是集成光路的理想選擇。硅基光子器件主要包括濾波器、調(diào)制器、光開(kāi)關(guān)、路由器和探測(cè)器等。在可重構(gòu)光分插復(fù)用中,四個(gè)重要的特性是CDCG(colorless無(wú)色,directionless無(wú)方向,contentionless無(wú)阻塞和gridless無(wú)柵格)。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)色和無(wú)柵格,需要設(shè)計(jì)寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)的光濾波器,該器件需要具有四個(gè)特性:寬帶內(nèi)單一諧振峰,方形濾波譜,寬帶內(nèi)波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào),帶寬連續(xù)可調(diào)。
[0003] 經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn),Piero?Orlandi等人發(fā)表在2014年Journal?of?Lightwave?Technology,第32卷第5期的論文“Photonic?integrated?filter?with?widely?tunable?bandwidth”實(shí)現(xiàn)了基于2環(huán)輔助赫曾德干涉儀(MZI)的帶寬可調(diào)濾波器,然而該濾波器中心波長(zhǎng)調(diào)節(jié)范圍較小,寬帶(20nm)內(nèi)有多個(gè)諧振峰。

發(fā)明內(nèi)容

[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不能進(jìn)行濾波器帶寬的調(diào)節(jié)以及對(duì)AWG對(duì)工藝誤差敏感等缺陷,提出一種基于級(jí)聯(lián)交織器的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器,具有寬帶(如20nm)內(nèi)單一諧振峰,方形濾波譜,寬帶內(nèi)波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)且?guī)掃B續(xù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006] 本發(fā)明包括至少兩個(gè)級(jí)聯(lián)的交織器,每級(jí)交織器都由微環(huán)輔助MZI構(gòu)成,其中:用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)和帶寬的調(diào)節(jié)以及互補(bǔ)光譜的切換的第一級(jí)交織器的兩個(gè)單環(huán)的一臂的一端作為輸入端,另一端與用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)節(jié)以及互補(bǔ)光譜的切換的第二級(jí)交織器的無(wú)π相移的一臂的一端相連;第二級(jí)交織器的無(wú)π相移的一臂的另一端為輸出端。
[0007] 通過(guò)設(shè)計(jì)合適的參數(shù),微環(huán)輔助MZI可以實(shí)現(xiàn)方形濾波譜。通過(guò)兩級(jí)交織器的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)和光譜切換功能實(shí)現(xiàn)濾波器的波長(zhǎng)連續(xù)調(diào)節(jié)。通過(guò)第一級(jí)交織器的帶寬調(diào)節(jié)功能實(shí)現(xiàn)濾波器的帶寬連續(xù)調(diào)節(jié)。兩級(jí)交織器的信道選擇功能使得在寬帶范圍內(nèi)(如20nm)該濾波器只有一個(gè)諧振峰。為了實(shí)現(xiàn)更大帶寬范圍內(nèi)的單一諧振峰,可以級(jí)聯(lián)三級(jí)或以上交織器。技術(shù)效果
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有寬帶(如20nm)內(nèi)單一諧振峰,方形濾波譜,波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào),帶寬連續(xù)可調(diào)的特點(diǎn),且器件尺寸小,控制簡(jiǎn)單,功耗低。附圖說(shuō)明
[0009] 圖1為基于級(jí)聯(lián)交織器的可調(diào)濾波器示意圖;
[0010] 圖2為用微環(huán)輔助MZI結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可調(diào)濾波器結(jié)構(gòu);
[0011] 圖3為可調(diào)濾波器六種工作狀態(tài)光譜示意圖;
[0012] 圖4為可調(diào)濾波器仿真光譜圖。

具體實(shí)施方式

[0013] 如圖1和圖2所示,本實(shí)施例包括:兩個(gè)級(jí)聯(lián)的交織器,其中:第一級(jí)交織器由2環(huán)輔助MZI實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)帶寬調(diào)節(jié),第二級(jí)交織器由2環(huán)輔助MZI實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)節(jié)。
[0014] 所述的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器,其傳輸函數(shù)為:T=T1T2,其中:T1和T2分別第一級(jí)和第二級(jí)交織器一個(gè)輸出端口的傳
輸函數(shù),Ai和ti,其中i=1~4,對(duì)應(yīng)分別為四個(gè)單環(huán)的傳輸函數(shù)和定向耦合器傳輸系數(shù);
其中:k=1~6,即長(zhǎng)度為lk的波導(dǎo)的傳輸率,α和β分別是波導(dǎo)的損耗系數(shù)和傳播常數(shù),j為虛數(shù)單位;t1~t4分別為0.5,0.5,0.785,0.243。
[0015] 所有單環(huán)腔長(zhǎng)均為L(zhǎng)=50.266μm,第一級(jí)交織器MZI兩臂長(zhǎng)度差為L(zhǎng),第二級(jí)交織器MZI兩臂長(zhǎng)度差為L(zhǎng)/2,長(zhǎng)臂連接傳輸系數(shù)為0.785的單環(huán)。第一級(jí)和第二級(jí)交織器的自由頻譜范圍(FSR)分別為10.912nm和22.180nm。該濾波器是在SOI平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的,所有波導(dǎo)均為450nm×220nm的單模波導(dǎo)。
[0016] 如圖3所示,本實(shí)施例中所述的寬帶波長(zhǎng)帶寬可調(diào)濾波器,可實(shí)現(xiàn)六種工作狀態(tài):
[0017] 狀態(tài)1:未加電壓時(shí),第一級(jí)交織器的級(jí)聯(lián)端輸出信道Ch1,Ch3,第二級(jí)交織器輸出端輸出Ch1。
[0018] 狀態(tài)2:如需將Ch2輸出到第二級(jí)交織器輸出端,則對(duì)第一級(jí)交織器臂長(zhǎng)差加電壓產(chǎn)生π相移,再調(diào)節(jié)第一級(jí)交織器的帶寬,使級(jí)聯(lián)端輸出Ch2,Ch4。
[0019] 狀態(tài)3:如需將Ch3輸出到第二級(jí)交織器輸出端,則對(duì)第二級(jí)交織器臂長(zhǎng)差加電壓產(chǎn)生π相移即可實(shí)現(xiàn)。
[0020] 狀態(tài)4:如需將Ch4輸出到第二級(jí)交織器輸出端,則將第一級(jí)和第二級(jí)交織器臂長(zhǎng)差加電壓產(chǎn)生π相移,再調(diào)節(jié)第一級(jí)交織器的帶寬。
[0021] 狀態(tài)5:如需調(diào)節(jié)信道中心波長(zhǎng),則將第一級(jí)和第二級(jí)中心波長(zhǎng)紅移相同的距離。
[0022] 狀態(tài)6:如需調(diào)節(jié)信道帶寬,則對(duì)第一級(jí)交織器進(jìn)行帶寬調(diào)節(jié)。
[0023] 圖4給出了濾波器六種狀態(tài)下的仿真光譜圖,根據(jù)圖4所示的仿真結(jié)果,本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)~20nm帶寬范圍內(nèi)單一諧振峰,近似方形濾波譜,~20nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)連續(xù)調(diào)節(jié)和從1.216nm到2.824nm的帶寬連續(xù)調(diào)節(jié)。濾波器消光比約為20dB,通過(guò)增加兩級(jí)交織器的微環(huán)個(gè)數(shù)可以進(jìn)一步提高消光比。
[0024] 上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對(duì)其進(jìn)行局部調(diào)整,本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限,在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。
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