[发明专利]一种超大自由光谱范围的集成光学上传下载滤波器结构

说明书

本发明公开一种超大自由光谱范围的集成光学上传下载滤波器结构，其包括由入射波导、弯曲波导和直通波导依次相连构成的上边耦合波导，和位于中部的依次相连的左侧布拉格波导光栅、拉锥渐变型波导光栅、中心单模波导、反向拉锥渐变型波导光栅、右侧布拉格波导光栅相连构成的F‑P谐振腔，以及位于下部的由左侧下载出射波导、弯曲波导和右侧下载出射波导依次相连构成的下边耦合波导。过位于上下部的弯曲波导的最低点作中心单模波导的垂线，该垂线过单模波导的中点。所有的波导光栅的周期相等，且布拉格波导光栅的禁带带宽小于两倍的F‑P谐振腔的自由光谱范围，F‑P谐振腔的谐振波长靠近布拉格波导光栅的禁带的中部。本发明可实现全光谱单通道信号滤波。

技术领域

本发明涉及光学滤波器领域，具体涉及一种超大自由光谱范围的集成光学上传下载滤波器结构。

背景技术

在当今通讯网络和计算系统中，对高速率数据日益增长的需求推动了低成本、高速光学链路的发展。光互连中，各种先进的复用技术，如波分复用、偏振复用和模式复用已经相继被用来提高通光信容量。其中，在共享物理通道中使用不同波长的波分复用是近几十年来光互连中最流行的技术之一。这种基于波分复用技术的光子链路需要具有大量波长通道。因此，基于波分复用的光互连中可使用滤波操作，多个滤波器级联实现多个波长通道的复用。自由光谱范围越大意味着可以支持越多独立的波长通道且通道之间互不干扰。利用光路可逆原理，大自由光谱范围的滤波器可以实现输入光谱并行下载，从而可以实现宽谱信号分析。

另外一方面，集成光学滤波器是微型集成光谱仪和波长计是关键部件，有着广泛的应用，从健康医疗到环境监测，光谱学，生物和化学传感，天文学等。传统的光谱仪和波长计这样的仪器通常体积庞大，价格昂贵，而且带有可移动部件。这些物理方面的缺点使它们难以满足生物临床、航空航天等尖端技术领域现场检测和实时监控的需求。利用基于光子集成回路的结构可以显著降低光谱仪器的体积、重量和成本，极大地拓展了光谱仪的应用范围。采用大自由光谱范围的滤波器可以突破光谱仪分辨率和波长通道数互相制约的矛盾，有效增加集成光谱仪的光谱分辨率以及工作范围，同时实现高分辨率和大分辨范围的特性。

目前已有多种实现大自由光谱范围滤波器的方案。微环谐振器通过选取超小半径可以实现较大的自由光谱范围，同时有紧凑的体积，但是自由光谱范围难以突破100nm，限制了其应用。为了在微环谐振器中实现扩展的自由光谱范围，人们使用了游标效应或两点耦合的多串耦合微环，但是这种方案敏感于实际器件尺寸变化，工艺容差小，通常需要热调进行微环谐振峰对准。在单环上级联反向耦合器也能实现宽的自由光谱范围，但这种方案中为了获取较窄的禁带宽度，要求反向耦合器中布拉格波导光栅刻槽宽度极小，工艺难度大，不利于工业生产，而且这种方案仍需要布拉格波导光栅的主峰和微环谐振峰对准，工艺容差小。理想的集成滤波器应具有大的自由光谱范围、高的抑制比和大的工艺容差，以避免精确的波长对准。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种超大自由光谱范围的集成光学上传下载滤波器结构，该滤波器结构能在宽谱范围甚至全光谱范围内实现单通道信号滤波。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种超大自由光谱范围的集成光学上传下载滤波器结构，其包括入射波导、上传出射波导、上侧弯曲波导、左侧布拉格波导光栅、右侧布拉格波导光栅、拉锥渐变型波导光栅、反向拉锥渐变型波导光栅、单模波导、左侧下载出射波导、右侧下载出射波导、下侧弯曲波导，其中：

所述入射波导、上侧弯曲波导和上传出射波导依次相连，构成上侧边耦合波导；

所述左侧布拉格波导光栅、拉锥渐变型波导光栅、中心单模波导、反向拉锥渐变型波导光栅、右侧布拉格波导光栅依次相连，且所述左侧布拉格波导光栅与所述右侧布拉格波导光栅同轴；

所述左侧下载出射波导、下侧弯曲波导和右侧下载出射波导依次相连，构成下侧边耦合波导；

所述上侧弯曲波导和下侧弯曲波导的最低点的垂线均过所述单模波导的中点；