[发明专利]一种电光调谐的长周期波导光栅滤波方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域、集成光学领域与光通信无源器件领域，它特别涉及电光调谐长周期波导光栅波导滤波方法。

背景技术

可调谐光滤波器是一种波长(频率)选择器件，它的功能是从许多不同波长(频率)的输入光信号中，根据需要选择出一个特定波长(频率)的光信号。可调谐滤波器能够在任何时刻筛选出一个或多个波长信号，实现波长转换、光分插复用(OADM)和传输性能监测(OPM)，是波分复用(WDM)系统、密集波分复用(DWDM)系统、动态可重构的WDM系统和光纤传感系统等光信号传输和处理系统的关键器件。调谐范围、带宽和调谐速度是衡量可调谐光滤波器性能的关键技术指标。近年来光通信技术及光纤传感技术的迅猛发展，需要同时具备高速(ns量级)、大范围连续调谐、窄带宽(＜1nm)特点的可调谐光滤波器。目前的已报导的各种可调谐光滤波器都不能满足上述要求。

如基于法布里一珀罗(Fabry-Perot，简称F-P)腔结构的可调谐光滤波器，一般通过改变F-P腔腔长和F-P腔中介质的折射率来实现调谐。普通的F-P滤波器腔长为厘米量级，其调谐范围非常窄，通常仅为几纳米。光纤间隙型F-P滤波器和MEMS型F-P滤波器将腔长缩短到微米量级，虽然使其调谐范围能达到约一百纳米左右，但光纤间隙型F-P滤波器通过压电效应来改变腔长，调谐速度慢(ms量级)；MEMS型F-P滤波器通过静电力作用(见文献A.Lipsonand E.M.Yeatman，“A 1-D Photonic Band Gap Tunable Optical Filter in(110)Silicon.”Journal of Microelectromechanical Systems，2007.16(3)：p.521-527.)、磁电互作用(见文献Hyung-Kew，L.，K.Kyu-Sang，and Y.Euisik，“A wide-range linearly tunable optical filter using Lorentz force.”Photonics Technology Letters，IEEE，2004.16(9)：p.2087-2089)来改变腔长其调谐速度最高也只能达到100微秒量级。另外，液晶F-P微腔可调谐滤波器调(见文献L.Jian-Yu and K.M.Johnson，“Analog smectic C^*ferroelectric liquid crystal Fabry-Perot optical tunable filter.”Photonics Technology Letters，IEEE，1995.7(11)：p.1309-1311.)利用电光效应的谐速度也只能达到几十微秒量级。

光纤Bragg光栅滤波器反射的中心波长是Bragg波长光，同时传输其余的光。Bragg波长满足λ＝2nΛ，n表示光纤纤芯的平均折射率，Λ表示光栅的周期。通常利用机械应力和温度效应来改变光栅周期Λ，实现滤波器调谐，调谐速度慢(毫秒量级)。典型的光纤Bragg光栅滤波器(见文献C.S.Goh，S.Y.Set，and K.Kikuchi，″Widely tunable optical filters based on fiber Bragg gratings，″IEEE Photonics Technology Letters，2002 14(9，p.1306-1308.)利用弯曲光纤引入机械应力实现40nm调谐范围，3dB带宽为0.2nm，但调谐速度慢。

声光可调谐滤波器(AOTF)的原理是利用超声波使晶体的折射率产生周期性的变化，形成对光束衍射的Bragg光栅，改变声波频率就可以实现调谐。典型的声光可调谐滤波器(见文献T.Hosoi，S.Mizuta，and M.Kitamura.“Practical integrated acousto-optic tunable filter using a focused acoustic beam on X-cut Y-propagating LiNbO₃.”in Integrated Optics and Optical Fibre Communications，11th International Conference on，and 23rd European Conference on Optical Communications(Conf.Publ.No.：448).1997)其调谐范围宽100nm，3的dB带宽0.7nm，但调谐速度为微秒量级。