[发明专利]基于微失谐级联滤波器的超窄带滤波方法

说明书

本发明公开了一种基于微失谐级联滤波器的超窄带滤波方法，在同一芯片制备并级联多个相同结构滤波器、通过芯片集成电路控制各滤波器中心波长失谐量实现可控可调高消光比超窄带滤波。本发明能够基于现有工艺水平通过系统优化设计提升芯片集成滤波器性能，有效解决了芯片集成滤波器半高全宽大、消光比小、可调谐性能弱等问题，大幅提升芯片集成光路频域处理能力，为芯片集成光电信息系统研发应用和性能升级奠定坚实基础。

技术领域

本发明属于集成光学、光通信与微波光子学的交叉学科领域，具体是指一种通过级联多个结构相同、独立调控、中心波长微失谐的滤波器、实现光谱参数可调可控的超窄带滤波方法，尤其涉及一种基于微失谐级联滤波器的超窄带滤波方法、系统及存储介质。

背景技术

光电信息系统是一种由光电器件组成的、通过光学效应实现信息功能的复杂系统，包括光通信系统、光交换系统、全光信号处理系统和微波光子系统等。在传统光电信息系统中，携带信息的光场在自由空间或光纤内传输并通过分立光电器件或全光纤光电器件控制，在系统规模庞大时面临体积大、功耗高、稳定性差、故障率高、协调困难、升级缓慢等诸多问题，更重要的是，各光电器件松耦合的集成方式严重迟滞了光电信息系统标准化、规模化、产品化应用进程。因此，芯片集成光电信息系统近年来得到广泛关注，一方面得益于体积小、功耗低、功能强大、性能稳定、可批量制备、可板卡集成等诸多优点，另一方面，芯片集成光路与传统芯片集成电路制备工艺高度兼容，这一特性使得光电混合集成芯片越来越成为大规模应用的首选技术方案。

光学滤波器在波分复用光通信、光学傅立叶变换、微波光子信号整形、量子密钥分发、非线性光频梳光源等领域有着重要应用价值。然而，与自由空间滤波器相比，芯片集成滤波器普遍面临半高全宽较大、消光比较小、调谐性较差等短板，究其本源，芯片集成微腔很难达到同自由空间光学薄膜相比的参数精度。

发明内容

基于现有技术的问题，本发明要解决的技术问题是如何在单一芯片上制备集成多个结构相同的分立滤波器并通过传输波导级联，利用控制电极加载的偏置电压独立控制各滤波器中心波长产生微失谐，实现半高全宽大幅压缩、消光比成倍增加、光谱参数可调可控的芯片集成滤波功能。

为了达到上述效果，本发明提供的基于微失谐级联滤波器的超窄带滤波方法，在单一芯片上制备集成多个结构相同的分立滤波器，通过外接偏置电压实现各滤波器中心波长的独立调谐，利用芯片集成波导将各滤波器级联；通过控制偏置电压精确调控各滤波器中心波长产生微失谐，大幅压缩半高全宽、成倍增加消光比、实现光谱参数可调可控；

信号光场通过左上角的光栅耦合器进入载波直波导、通过两个阵列波导光栅后从左下角的光栅耦合器输出；通过调节控制电极上加载的偏置电压，可调谐阵列波导光栅中心波长，实现输出消光比成倍提升、半高全宽大幅压缩、输出光谱参数可调可控的超窄带滤波。

优选的，当级联滤波器中心波长完全一致时，消光比成倍增加，但半高全宽保持不变。

优选的，当级联滤波器中心波长具有微小失谐时，半高全宽成倍压缩，理想情况下即将阵列波导光栅滤波光谱视为矩形函数时，失谐量需小于单个滤波器半高全宽以获得非零透过谱，失谐量越接近于单个滤波器半高全宽，输出滤波光谱半高全宽越小。

优选的，上述方法具体包括：

S101、通过芯片集成光路标准工艺制备相同结构的滤波器，并通过传输波导实现滤波器级联，制备光栅耦合器将信号光场导入或导出芯片；

S102、通过芯片集成电路标准制备各滤波器控制电极，利用集成导线将控制电极与引脚电极相连；

S103、将控制电压通过引脚电极加载到各滤波器上，通过调整各滤波器中心波长失谐量获得消光比成倍增加、半高全宽大幅压缩、滤波光谱灵活可调的超窄带滤波效果。

优选的，上述方法在同一芯片制备并级联多个相同结构滤波器、通过芯片集成电路控制各滤波器中心波长产生微失谐、实现可控可调高消光比超窄带滤波。