[发明专利]一种两级波长解析器

说明书

技术领域

本发明涉及了波长处理器件，特别是涉及了一种两级波长解析器。

背景技术

光的波长是物理检测技术中的一个重要物理量，许多光学检测系统都是利 用光波长的变化量实现测量，典型的就是光纤光栅传感系统。波长解析技术就 是先通过测量与波长有一定对应关系的其他物理量，进而由函数关系给出波长 或者波长变化量的一种解析方法。人们利用各种不同的方法，已经研制成多种 波长解析器。主要有光谱仪分析法、干涉法、滤波法、可调谐光源波长匹配法 等，这些方法大多数要用到大型的设备，或者采取调谐匹配的方式构成一个比 较复杂的波长检测系统，且检测速度通常比较慢，使用起来不方便。随着集成 光学的发展特别是片上检测系统的快速发展，波长检测技术的研究方向将是结 构紧凑、解析速度快、分辨率高和功耗低。研发集成型波长解析器对于集成型 光学传感与检测系统的发展有着重要的意义。

近年来，基于边缘滤波型光波长检测方法采用各种可调谐的光学滤波器与 被测光进行匹配，利用光学滤波器的传输谱特性将光波长信息转化为更容易定 量检测的物理量，从而达到波长检测目的。硅基微环作为集成光学的基本器件 之一，其具有典型的洛伦兹滤波谱线，可用于实现片上的波长解析。但是波长 解析器高分辨率的要求，必然会导致单个边缘滤波器本身的波长检测范围非常 小。

发明内容

为了解决波长解析器分辨率和解析范围之间的矛盾，本发明的目的在于提 供了一种两级波长解析器，采用分级方式，可以实现片上集成型宽波长范围内 高分辨率的波长解析。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括输入光波导连接分路1×2功分器、粗解析部分、精解析部分和 PD探测器；输入光波导连接分路1×2功分器分为两路，一路连接用于在宽波长 范围内低分辨率波长检测的粗解析部分，另一路连接用于在窄波长范围内高分 辨率波长检测的精解析部分，粗解析部分和精解析部分的末端均连接PD探测 器，粗解析部分和精解析部分输出的滤波谱线均为“X”形频谱。

所述的粗解析部分包括多个平行并联排布的MZI光波导和中间功分器，分 路1×2功分器经中间功分器与各个MZI光波导输入端连接，各个MZI光波导输 出端连接各自的PD探测器输出。

各个所述的MZI光波导臂长不等，通过调整各个MZI光波导中两臂的臂长 差，使得粗解析部分输出的滤波谱线形成“X”形频谱，粗解析部分波长解析 的工作范围是所述“X”形频谱的波长范围。

所述的精解析部分包括多个沿直线间隔排列的微环、微环连接波导和微环 输出光波导，分路1×2功分器经同一微环连接波导耦合连接到微环一侧，各个 微环另一侧与各自的微环输出光波导耦合，微环输出光波导输出连接到PD探 测器。

各个所述微环的半径不等，通过调整微环的半径使得精解析部分输出的滤 波谱线形成“X”形频谱。

所述精解析部分的“X”形频谱波长范围在所述粗解析部分“X”形频谱 波长范围之内。

所述的MZI光波导主要由1×2MMI、2×1MMI以及连接在1×2MMI和2 ×1MMI之间不等臂长的两条波导构成。

所述的PD探测器采用CMOS工艺兼容的锗硅(Ge-Si)光电探测器，将微 环和MZI输出的光信号直接转换为电信号以便后续的电路信号处理。

所述的分路1×2功分器和中间功分器均采用MMI。

所述的微环与两侧的直波导的耦合间隙相同。

本发明MZI干涉周期的调节可以通过改变MZI两臂的光程差来实现，即可 以通过改变MZI的两个臂的长度差来实现。为了实现宽谱范围内波长解析，MZI 干涉周期需要较大，即MZI的两臂的相位差要较小。微环谐振器由于其具有陡 峭的滤波谱线，将两个微环的滤波谱线形成“X”形，便可以在较小的波长范围 内实现高分辨率的波长检测。

本发明具有的有益效果是：

本发明波长解析系统分为粗解析和精解析两部分。采用多个不等臂长的硅 基MZI作为粗解析实现宽波长范围内低分辨率的检测，多个半径不同的硅基微 环作为精解析实现高分辨率窄波长范围的检测。并且结合硅基上成熟的PD探测 器，获得了结构紧凑、解析速度快、分辨率高、低功耗的波长解析器，特别是 片上集成型两级波长解析器，对于集成光学技术的发展具有重要意义。