波长与带宽可调光滤波器及调节方法与流程

1.本公开涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种波长与带宽可调光滤波器。


背景技术：

2.随着信息技术的发展，可调谐光滤波器在光通信，光电器件和微波光子学领域具有越来越重要的应用价值。光滤波器是将宽谱范围的光转变在为某个波长处具有特定带宽的光源。而传统的可调谐滤光器不能同时调谐输出波长和带宽，往往只能对波长或带宽进行单独调节。譬如，一般利用法布里
‑
玻罗干涉仪组成的光滤波器，只能对输出波长进行调谐，却很难影响输出波长的带宽。
3.理论上来讲，法布里
‑
玻罗标准具的两侧如果镀有厚度变化的干涉膜，则可通过调节光斑在法布里
‑
玻罗标准具上的位置来改变输出波长的带宽。再通过叠加法布里
‑
玻罗标准具反射光程的变化实现波长与带宽的同时调谐。但实际上这种调节方式不仅要求法布里
‑
玻罗标准具在至少两个方向上进行移动，还对镀膜的工艺提出了严苛的要求。
4.另一方面，通过叠加多个光滤波器也能够实现波长与带宽同时调谐。但此方法涉及到多个光滤波器的波长对准以及庞大的控制系统，无法适应现在光电器件小型化、集成化的需求。且整体的制作复杂，成本较高。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.本公开提供了一种波长与带宽可调光滤波器及调节方法，至少解决以上技术问题。
7.(二)技术方案
8.本公开的一个方面提供了一种波长与带宽可调光滤波器，包括：微环，通过调节所述微环的光程，以实现光信号的波长调节；输入波导，与所述微环连接，将光信号耦合进所述微环；马赫
‑
曾德尔干涉器，与所述微环连接，通过调节所述马赫
‑
曾德尔干涉器的两条调制臂的光程差，以实现光信号的带宽调节。
9.可选地，所述波长与带宽可调光滤波器还包括第一调节器，用于调节所述微环的光程。
10.可选地，所述马赫
‑
曾德尔干涉器由前定向耦合器、两条调制臂、后定向耦合器依次连接组成，其中一条所述调制臂及与之连接的所述前定向耦合臂的一条波导、所述后定向耦合器的一条波导为所述微环的一部分。
11.可选地，所述波长与带宽可调光滤波器还包括第二调节器，用于调节所述两条调制臂之间的光程差。
12.可选地，所述第一调节器和所述第二调节器为加热器或电场产生器。
13.本公开的另一个方面一种波长与带宽可调光滤波器的调节方法，包括：将光信号从所述输入波导耦合进所述微环；调节所述微环的光程，使特定波长的光信号从所述马赫
‑
曾德尔干涉器输出；调节所述马赫
‑
曾德尔干涉器的两条调制臂的光程差，使特定带宽的光信号从所述马赫
‑
曾德尔干涉器输出。
14.可选地，所述调节所述微环的光程，使特定波长的光信号从所述马赫
‑
曾德尔干涉器输出包括：通过所述第一调节器改变所述微环的有效折射率，以调节所述微环的光程，使特定波长的光信号从所述马赫
‑
曾德尔干涉器输出。
15.可选地，所述使特定波长的光信号从所述马赫
‑
曾德尔干涉器输出包括：
16.选择满足微环谐振条件的特定波长的光信号，将所述特定波长的光信号从所述马赫
‑
曾德尔干涉器输出，其中，所述微环谐振条件为，
17.l*n
c
＝m*λ，
18.其中，l表示所述微环的总长度，n
c
表示所述微环的有效折射率，m表示谐振级数，λ表示所述特定波长的光信号的波长。
19.可选地，所述调节所述马赫
‑
曾德尔干涉器的两条调制臂的光程差，使特定带宽的光信号从所述马赫
‑
曾德尔干涉器输出包括：通过所述第二调节器改变所述微环的有效折射率，以调节两条调制臂之间的光程差，使特定带宽的光信号从所述马赫
‑
曾德尔干涉器输出。
20.可选地，所述所述调节两条调制臂之间的光程差，使特定带宽的光信号从所述马赫
‑
曾德尔干涉器输出包括：通过调节两条调制臂之间的光程差，影响所述微环与所述后定向耦合器的耦合系数，使特定带宽的光信号从所述马赫
‑
曾德尔干涉器输出；所述特定带宽的光信号的半峰宽为，
[0021][0022]
其中，fwhm为所述特定带宽的光信号的半峰宽，λ表示所述特定带宽的光信号的波长，l表示所述微环的总长度，k表示在λ下所述微环与后定向耦合器的耦合系数，n
c
表示所述微环的有效折射率。
[0023]
(三)有益效果
[0024]
本公开提供的一种波长与带宽可调光滤波器及调节方法，具有以下有益效果：
[0025]
(1)通过调节波长与带宽可调光滤波器，可同时调节输出光信号的波长与带宽，调节方式简单，无需复杂的调制系统，成本较低。
[0026]
(2)该波长与带宽可调光滤波器结构简单，无需复杂工艺即可制造。
附图说明
[0027]
为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
[0028]
图1示意性示出了本公开实施例提供的波长与带宽可调光滤波器的结构示意图。
[0029]
图2示意性示出了本公开实施例提供的波长与带宽可调光滤波器的输入波导2的结构示意图。
[0030]
图3示意性示出了本公开实施例提供的波长与带宽可调光滤波器的马赫
‑
曾德尔干涉器3的结构示意图
[0031]
图4示意性示出了本公开实施例提供的波长与带宽可调光滤波器的调节方法仿真
结果示意图。
[0032]
附图标记说明：
[0033]1‑
微环；2
‑
输入波导；3
‑
马赫
‑
曾德尔干涉器；4
‑
输出端；5
‑
第一调节器；31
‑
前定向耦合器；32
‑
调制臂；33
‑
后定向耦合器；6
‑
第二调节器。
具体实施方式
[0034]
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0035]
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。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。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。
[0036]
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。
[0037]
图1示意性示出了本公开实施例提供的波长与带宽可调光滤波器的结构示意图。
[0038]
参阅图1，波长与带宽可调光滤波器，包括：微环1，通过调节微环1的光程，以实现光信号的波长调节；输入波导2，与微环1连接，将光信号耦合进微环1；马赫
‑
曾德尔干涉器3，与微环1连接，通过调节马赫
‑
曾德尔干涉器3的两条调制臂的光程差，以实现光信号的带宽调节；使光信号从马赫
‑
曾德尔干涉器3的输出端4输出，从而输出的光信号的波长与带宽均可调节。且本公开提供的波长与带宽可调光滤波器结构简单，通过单片集成的结构，实现了波长与带宽同时可调节，该结构易于实现，也无需复杂的工艺，制作成本较低，能够适应光电器件小型化、集成化的需求。
[0039]
图2示意性示出了本公开实施例提供的波长与带宽可调光滤波器的输入波导2的结构示意图。
[0040]
参阅图2，本实施例中，输入波导2为y形波导，y形波导包括输入分支21、公共端22、公共分支23，其中，公共端22与公共分支23均为微环1的一部分，由此简化了光滤波器的结构，制作成本较低。
[0041]
本实施例中，将光信号从输入分支21输入，使光信号耦合进微环1，微环1按照相位条件对输入的光信号进行选择，只有绕微环传输一周时所产生的光程为波长的整数倍的光才会产生谐振而加强。
[0042]
此外，应注意的是，本公开中输入波导2的功能是将光信号耦合进微环1，输入波导2还可以为多模干涉耦合器、定向耦合器等，也可以实现将光信号耦合进微环1。
[0043]
本实施例中，微环1、输入波导2、马赫
‑
曾德尔干涉器的材料均采用硅材料。
[0044]
本实施例中，波长与带宽可调光滤波器还包括第一调节器5，用于调节微环的光程，第一调节器设置在微环1的部分区域的两边，通过对微环1的光程进行调节，来选择输出特定波长的光信号。
[0045]
本实施例中，第一调节器5为加热器或电场产生器，通过加热微环1或对微环1施加
电场，调节微环1中的有效折射率，从而调节微环1的光程，使特定波长的光信号从输出端4输出。
[0046]
本实施例中，第一调节器5可以为设置在微环1两边的金属片，通过加热金属片，传递热量至微环1，调节温度，使微环1中的波导的有效折射率发生改变，而微环1的光程为l*n
c
，其中l为微环1的总长度，n
c
为微环1中波导的有效折射率；当n
c
改变时，微环1的光程改变，以此选择光信号的输出波长。
[0047]
此外，第一调节器5可以为设置在微环1两边的电极，通过施加电压给电极，产生电场至微环1，调节电场大小，使微环1中的波导的有效折射率发生改变。
[0048]
此外，应注意的是，本公开中第一调节器5的功能是改变微环的光程，可以替换为其他调温装置或电场装置等，以实现本公开此目的。
[0049]
图3示意性示出了本公开实施例提供的波长与带宽可调光滤波器的马赫
‑
曾德尔干涉器3的结构示意图。
[0050]
本实施例中，马赫
‑
曾德尔干涉器3由前定向耦合器31、两条调制臂32、后定向耦合器33依次连接组成，其中一条调制臂32及与之连接的前定向耦合臂31的一条波导、后定向耦合器33的一条波导为微环1的一部分。其中马赫
‑
曾德尔干涉器3与微环1共用一部分，使微环1对光信号进行波长选择的同时可调节该波长的带宽，且简化了光滤波器的结构，制作成本较低。
[0051]
本实施例中，波长与带宽可调光滤波器还包括第二调节器6，用于调节马赫
‑
曾德尔干涉器3的两条调制臂之间的光程差，第二调节器设置在马赫
‑
曾德二干涉器3与微环1共用的调制臂32两边，通过改变该共用的调制臂32的有效折射率，来调节两条调制臂32之间的光程差。
[0052]
本实施例中，第一调节器6为加热器或电场产生器，通过加热其中一条调制臂32或者对其中一条调制臂32施加电场，调节调制臂32中的有效折射率，改变其中一条调制臂32的光程，从而调节两条调制臂32之间的光程差，调整光信号到达后定向耦合器33时的相位差，以改变不同波长的光信号的耦合系数，使特定带宽的光信号从输出端4输出。
[0053]
本实施例中，第一调节器6可以为设置在其中一条调制臂32两边的金属片，通过加热金属片，传递热量至该调制臂32，调节温度，使该调制臂32中的波导的有效折射率发生改变，改变该调制臂32的光程，从而调节两条调制臂32之间的光程差。
[0054]
此外，第二调节器6可以为设置在该调制臂32两边的电极，通过施加电压给电极，产生电场至该调制臂32，调节电场大小，使该调制臂32中的波导的有效折射率发生改变。
[0055]
此外，应注意的是，本公开中第一调节器6的功能是改变微环的光程，可以替换为其他调温装置或电场装置等，以实现本公开此目的。
[0056]
本公开的另一实施例提供了一种基于上述光滤波器的调节方法，包括：
[0057]
s1，将输入光从输入波导2耦合进微环1。
[0058]
s2，调节微环1的光程，使特定波长的光信号从所述马赫
‑
曾德尔干涉器3输出。
[0059]
在本实施例中，通过第一调节器5加热微环1或给微环1施加电场，以改变微环1的有效折射率，使满足微环谐振条件的波长的光信号从马赫
‑
曾德尔干涉器3的输出端4输出。
[0060]
在本实施例中，微环谐振条件为
[0061]
l*n
c
＝m*λ，
[0062]
其中，l表示微环1的总长度，n
c
表示微环1的有效折射率，m表示谐振级数，λ表示特定波长的光信号的波长。
[0063]
通过调节微环1的有效折射率n
c
，从而改变微环1的光程l*n
c
，由此只有绕微环传输一周时所产生的光程l*n
c
为波长λ的谐振级m倍的光信号，才会产生谐振而加强，从而输出特定波长的光信号。由此，实现输出的光信号的波长调节。
[0064]
s3，调节马赫
‑
曾德尔干涉器3的两条调制臂的光程差，使特定带宽的光信号从马赫
‑
曾德尔干涉器3输出。
[0065]
在本实施例中，通过第二调节器6加热其中一条调制臂32或给其中一条调制臂32施加电场，以改变该调制臂32的有效折射率。
[0066]
在本实施例中，该调制臂32为马赫
‑
曾德尔干涉器3与微环1共用的一部分，由此，该调制臂32的有效折射率，即微环1的有效折射率。改变其中一条调制臂32的有效折射率，以调节该调制臂32的光程，进而调节两条调制臂32的光程差；通过调节两条调制臂32之间的光程差，可以调整光信号到达后定向耦合器33时的相位差，从而改变不同波长的光信号的耦合系数，实现带宽调节。输出的光信号的带宽如下计算，本实施例中，输出的光信号的带宽以半峰宽为代表，半峰宽计算公式为：
[0067][0068]
其中，fwhm为特定带宽的光信号的半峰宽，λ表示特定带宽的光信号的波长，l表示微环1的总长度，k表示在λ下微环1与后定向耦合器33的耦合系数，n
c
表示微环1的有效折射率。
[0069]
当调节两条调制臂32的光程差时，调整光信号到达后定向耦合器33时的相位差，改变不同波长的光信号的耦合系数k，从而调节输出的光信号的半峰宽fwhm，实现带宽调节。
[0070]
图4示意性示出了本公开实施例提供的波长与带宽可调光滤波器的调节方法仿真结果示意图。
[0071]
参阅图4，通过调节马赫
‑
曾德尔干涉器3的两条调制臂的光程差以及微环1的光程，使特定波长与带宽的光信号从马赫
‑
曾德尔干涉器3输出，将该波长波长与带宽可调光滤波器连接至光谱仪，通过调测，使波长1300nm的光信号输出为窄带宽，波长1320
‑
1330nm的光信号输出为宽带宽，从而无需复杂的调制系统即实现了对输出光信号的波长与带宽的同时调节。
[0072]
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
[0073]
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。