[发明专利]一种光学全通滤波器及微波光子滤波器与移相器

说明书

本发明公开了一种光学全通滤波器，包括第一光学耦合器、第二光学耦合器、第一耦合光栅、第二耦合光栅、第一、第二、第三、第四光学相移器和微环。本发明利用微环的频率响应特性，将两路幅度，相位可调的信号分别从微环两个不同端口送入微环，并在微环2端口干涉合束输出。本发明通过改变微环耦合状态实现不同的系统相位响应频谱宽度，通过对两路信号的幅度和相位调节，实现系统幅度响应为与频率无关的常数，从而实现光学全通滤波器。在该光学全通滤波器的基础上，本发明公开了一种高Q值，超高抑制比的微波光子滤波器和一种工作频率范围大，且在工作范围内幅度响应无凹陷的微波光子移相器。

技术领域

本发明属于光学滤波器和微波光子技术领域，涉及一种集成光学全通滤波器，并在该光学全通滤波器的基础上实现了微波光子滤波器和微波光子移相器。

背景技术

光学全通滤波器是幅度响应为常数、相位响应随频率变化的相位滤波器。通过对相位进行相应的设计，可以用来构造光延迟线、色散补偿器等，是全光信号处理系统中的重要器件。

光学全通滤波器通常有两种结构:Gires-Tournois腔和微环结构。其中Gires-Tournois腔配合环形器就可以实现光学全通滤波器的功能，但这种结构体积大，结构复杂。微环体积小，与半导体工艺兼容，可以利用各种光学效应，如热光效应、电光效应等实现调节，具有与生俱来的可集成优势，被广泛应用于制造集成的光学滤波器。当波导损耗忽略不计时，微环的幅度响应恒为1，可以看作理想的全通滤波器。通过多个全通微环级联可以得到近似于任意要求的相位响应，进而改善滤波器的性能。但波导损耗在实际的器件制作中是不可避免的，并且微环的谐振特性使级联微环结构的全通滤波器对损耗极为敏感，使得其幅度响应不能在整个频谱范围内恒为常数，存在一个凹陷滤波形状，因此对简单级联微环结构的全通滤波器的制作带来了难度。

微波光子滤波器、移相器是利用光学方法处理微波信号并实现滤波、移相功能的微波光子系统。利用全通滤波器的相位滤波特性可以实现微波光子滤波器与移相器功能。但基于级联微环的全通滤波器的相位滤波带宽很大(指在很宽的频率范围内才实现从0变到2π的相位变化)，大的带宽限制了所构造微波光子滤波器的带宽，也限制了微波光子移相器的工作范围，并且由于在谐振点处幅度存在凹陷，在移相的同时引入了不需要的幅度变化。因此基于级联微环全通滤波器构造的微波光子滤波器的带宽无法做到足够窄，基于级联微环全通滤波器的移相器工作频率范围受限制，并且引入了不需要的幅度变化。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种光学全通滤波器，以求获得窄相位滤波带宽，使相位在谐振点附近快速变化的同时，进而获得在整个光谱范围内幅度响应为常数且不存在凹陷的光学全通滤波器。

为了实现上述目的，本发明提供一种光学全通滤波器，包括第一光学耦合器、第二光学耦合器、第一光学相移器、第二光学相移器、第三光学相移器和微环；其中：

所述第一光学耦合器采用1×2分光器(分光器可以但不限于是多模干涉耦合器或Y分支耦合器)，第二光学耦合器可以但不限于采用2×2多模干涉耦合器；

所述第一光学耦合器输出端上臂通过波导与第二光学耦合器的输入端上臂相连，其输出端下臂通过波导与第二光学耦合器的输入端下臂相连，连接两下臂的波导设有第一光学相移器，用于改变该波导传输信号相位；

所述微环有四个端口，分别是第一端口(10)，第二端口(11)，第三端口(12)和第四端口(13)；

所述第二光学耦合器输出端上臂通过波导与微环第一端口(10)相连，该波导设计为弯曲状以保持与下臂波导长度相同，并设有第二光学相移器，用于改变波导传输信号相位；所述第二光学耦合器输出端下臂通过波导与微环第三端口(12)相连，波导长度与上臂波导相同，从而使从两个端口进入微环的信号保持相位相同；该波导设有第三光学相移器，用于进一步改变波导传输信号相位；