一种新型宽带可调谐光滤波器的设计

提出了一种由嵌入式环谐振腔和Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪组成的新颖带通滤波器,嵌套环是在环谐振腔的基础上,引入一个类似双线耦合环谐振器的外谐振环。依据耦合模理论推导出滤波器传递函数,并分析了环的光学长度、耦合系数和内外环长度比对其影响。模拟结果证明,通过改变结构参数,滤波器的中心波长和带宽可调,中心波长在1520nm~1600nm波段任意可调,带宽调整范围可达0.2nm~102nm。且保持输出波形有较高的平坦度和较低的旁瓣,可满足通信系统宽带及超窄带带通滤波器的设计要求。     

微环辅助Mach-Zehnder光调制器的线性特性

分析了有损耗的多环辅助Mach-Zehnder(MZ)光调制器,获得了在偏置点处令二阶和三阶高次项同时为零的方程,并在此基础上解得单环和双环辅助下的设计参量的解析表达式.利用解析式可方便地得到在偏置点处二阶和三阶高次项同时为零的高线性MZ光调制器的设计方案.同时对微环辅助MZ光调制器的特性进行了分析.     

串联耦合切比雪夫微环滤波器的设计

基于电路的设计方法,把N阶串联耦合微环谐振滤波器等价成为一个基带LC阶梯网络,通过求解LC阶梯网络的元件参量,求出微环滤波器的耦合系数.在此基础上设计出具有切比雪夫响应的微环滤波器,并与传统耦合模式理论方法和理想的切比雪夫响应进行比较,证明了这种方法的可靠性,最后讨论了耦合系数和环数对切比雪夫微环滤波器输出特性的影响.数值模拟表明,耦合系数的偏差率越大,通带的平坦性越差;耦合系数的值增大,通带的带宽加宽;当环数增加时,过渡带衰减速度变快,通带形状更接近方形.     

高品质因子聚合物波导微环谐振腔滤波器

基于紫外固化胶和聚砜聚合物材料体系,采用脊形单模波导结构,理论设计并优化了聚合物波导环形谐振腔滤波器的波导截面参数、弯曲半径和耦合区波导间距等结构参数,分析了其滤波响应特性.并在此基础上,结合光刻、反应离子刻蚀等传统的微加工工艺制备了聚合物环形谐振腔滤波器,并进行了光谱测试,器件测试结果与设计基本符合.结果表明,该聚合物微环谐振腔滤波器在通信波段1550 nm附近的自由光谱范围为0.21 nm,3 dB带宽为0.04 nm,插入损耗为26 dB,消光比达到了11 dB,品质因子达到了3.87×104.该聚合物微环谐振腔滤波器可以用于光通信及光传感集成芯片.     

集成马赫-曾德尔热光耦合器的可调谐振环优化设计

根据耦合模理论,推导出可调谐光波导谐振环的光强和相位传递函数的表达式,并分析了可调谐谐振环的传输特性.结果表明,谐振环中集成的马赫-曾德尔耦合器的参量设定和调谐方式直接影响谐振环的谐振频率移动范围和调制功率.通过改变耦合器参量对谐振环进行优化设计,在中心波长为1550 am附近,谐振环半径2 cm,传输损耗0.08 dB/cm的情况下,实现了清晰度和最佳谐振深度的调谐,谐振频率的移动范围低于0.027 GHz,降低了谐振环对频率调制器的调频要求,同时降低了耦合器的调制功率.     

集成滤波器结构的可调超导微波谐振腔

在超导微波谐振腔耦合量子比特的杂化器件中,可利用超导材料动态电感随直流电流变化的特性,调节谐振腔的频率,进而匹配量子比特的频率.为抑制引入直流偏置电极导致的微波信号泄漏,在可调腔中加入滤波器是一种有效的方案.本研究以滤波器为切入点,运用计算机模拟,开发了原有“王”字型滤波器新的工作模式,并在实验上制作了可调超导微波谐振腔.测试结果表明,谐振腔的品质因子可达7800,阻抗约1700欧姆,谐振腔的频率可随直流电流发生明显变化,最大变化量可达26 MHz.     

一种热光可调谐级联微环滤波器的理论分析

根据Vernier效应可大幅度提高滤波器自由光谱范围和调谐范围,设计了一种热光可调谐级联微环滤波器. 利用传输矩阵方法和有限元方法从理论上计算了对于第一级微环半径为48 μm,第二级半径为50 μm的级联微环滤波器的自由光谱范围和调谐范围可以达到75.6 nm,而功耗仅为103.1 mW,这是目前为止我们 所知的基于微环谐振腔的硅基热光可调谐滤波器中最大的自由光谱范围和在如此低功耗下最大的调谐范围. 利用有限元方法,还计算了半径为50 μm微环的热光调谐响应时间,上升沿时间为3.5 μs,下降沿时间仅为0.8 μs.     

基于Kerr效应的微环谐振腔延时器件

对基于光学Kerr效应的微环谐振腔延时器件进行了研究.采用耦合模式理论计算了波导与微环谐振腔间的耦合系数,给出了所研究器件的材料及各层组分,提出不同阶数微环的情况下延时数值的控制方法.结果表明:微环谐振腔半径为300μm,波导截面尺寸为450×1 000nm2,在小于±5ps抖动的条件下,每个通道达到超过130ps的延时数值,同时延时带宽达20GHz,自由光谱范围达50GHz,工作波段在1 550nm附近,满足密集波分复用系统的要求.整个结构全光控制,且能耗不超过0.8dBm,响应速度达到ps量级,体积不超过3mm3,便于集成,满足多信道光学延时的要求,为全光通信网络中延时线的研究提供了参考.     

耦合条件对集成波导微环延时线性能的影响

对应用于光控相控阵系统的级联微环集成波导光延时线进行了研究,重点分析了波导微环耦合系数在过耦合和欠耦合状态下对其延时响应的影响.以三环级联光延时线结构为例,研究了无限制耦合条件和过耦合条件下得到的优化结构参数以及获得的延时性能.结果表明,在小的延时量目标下,无限制耦合条件比过耦合条件更有利于实现带内平坦的延时响应和幅度...     

集成串联环型谐振光滤波器特性的数值分析

将串联结构的环型谐振滤波器类比为四端口网络,利用传输矩阵法推导出通路和下话路传输函数的通用公式。对表征串联双环谐振滤波器响应的特性参量:幅度平坦性、通带带宽、相位群时延进行了数值计算和优化设计。结果表明:尽管损耗将引起滤波响应幅度的轻微降低,但在目前改善了的制作工艺下,损耗对器件的影响可以忽略;滤波器的传输特性主要由环与环间耦合系数决定,通过优化使其从中间到两侧对称增加,可以在实现滤波响应最大平坦性的同时,改善通带带宽和过渡带的滚降特性。与单环结构相比,不仅幅度特性得到了明显的改善,而且消除了二阶群时延色散效应。     

基于Sagnac环可调谐光梳状滤波器特性研究

提出了一种基于Sagnac环干涉结构的光梳状滤波器。该结构利用保偏光纤双折射效应产生梳状滤波响应,通过控制Sagnac环内相位调制器的驱动信号实现光学滤波器陷波深度与滤波波长的独立调谐。利用Jones矩阵对所提出的Sagnac环光滤波器的滤波响应函数进行研究,通过分析得到光滤波器的陷波深度和滤波波长分别与射频信号和直流偏压之间的关系。在此基础上构建实验链路,验证了系统的理论分析,实现了光滤波器陷波深度在0dB~30dB范围内的灵活控制;通过设置直流偏压在0~12V范围内变化,实现了光滤波器滤波波长在一个自由光谱范围(0.5nm)内的连续可调,波长调谐效率为0.043nm/V。     

自由光谱范围加倍的单微环谐振滤波器

基于两点耦合和光波干涉控制相移思想提出U型波导耦合单微环的谐振滤波器结构。利用传输矩阵法推导了此结构的数学模型,采用Matlab模拟了输出端口谱线形状。当微环与U型波导的两个耦合点之间的距离为微环周长的整数倍时,此新型微环谐振滤波器比传统的双直波导耦合单微环滤波器的自由光谱范围增加1倍。针对该结构参数,同时讨论了耦合系数对输出谱线的影响,得出当耦合系数为0.018时,输出谱线具有最佳的消光比,同时保持窄的带宽和高的品质因子。     

基于硅基微环的光双二进制

基于硅基微环光调制器,利用Optisystem协同Matlab仿真,实现了10Gbit/s光双二进制信号的产生,并分析了光源的线宽和中心波长、光纤传输距离以及高斯窄带滤波器的带宽对10Gbit/s光双二进制系统性能的影响.仿真结果表明:该光双二进制系统对光源的线宽和中心波长敏感;在误码率为10-9量级时,实现无误码传输的最大距离为60km,且高斯窄带滤波器的最佳带宽为8GHz.     

基于光栅辅助微环结构的高斜率Fano谐振器

在集成光学回路中,相较于对称的洛伦兹线型,非对称的Fano谐振线型能实现光传输强度的急剧改变,从而有效提升光开关、调制器和传感器的灵敏度.提出了一种基于光栅辅助微环结构的Fano谐振器.该谐振器采用绝缘体上硅材料,通过在跑道微环内加入两组波导光栅结构实现Fano谐振.基于传输矩阵理论,推导了该谐振器的传输谱线,并分析了...     

基于绝缘硅的微环谐振可调谐滤波器

采用电子束光刻和感应耦合等离子刻蚀等工艺,研制了一种基于绝缘硅材料的的微环谐振可调谐滤波器.滤波器微环半径为5μm左右,波导截面尺寸为(350～500 nm)×220 nm不等.测试结果表明,波导宽度为450 nm时器件性能最为理想,其自由频谱宽度为16.8 nm,1.55μm波长附近的消光比为22.1 dB.通过对微...     

基于绝缘硅的微环谐振可调谐滤波器

采用电子束光刻和感应耦合等离子刻蚀等工艺,研制了一种基于绝缘硅材料的的微环谐振可调谐滤波器.滤波器微环半径为5 μm左右,波导截面尺寸为(350～500 nm)×220 nm不等.测试结果表明,波导宽度为450 nm时器件性能最为理想,其自由频谱宽度为16.8 nm,1.55 μm波长附近的消光比为22.1 dB.通过对微环滤波器进行热光调制,在21.4 ℃～60 ℃温度范围内实现了4.8 nm波长范围的可调谐滤波特性,热光调谐效率达到0.12 nm/℃.研究了基于单环和双环的多通道上下载滤波器,实验结果表明多通道滤波器的信号传输存在串扰,主要是不同信道之间的串扰,尤其在信号上载时,会在相邻信道产生较大串扰.     

一种高选择性可调带通与带阻可切换滤波器

设计了一种高选择性可调带通与带阻可切换微带滤波器。在微带谐振器及枝节末端加载变容二极管实现中心频率的可调;在输入与输出端口馈线之间,利用PIN二极管实现滤波器阻带和通带特性的切换。采用奇偶模的方法对滤波器结构进行分析,通过对奇偶模频率的调节实现了频率调节过程中的恒定绝对带宽。同时,在输入与输出馈线间引入源与负载耦合,使得频带两侧各有一个传输零点,且传输零点在整个频率调谐范围内相对位置几乎不变。因此,在整个频率调节范围内,滤波器实现了高选择性及良好的带外抑制能力。最终设计出的可调带阻滤波器的频率调谐范围为5.58～5.89 GHz,绝对带宽80 MHz±5 MHz,阻带衰减优于14 dB;可调带通滤波器的频率调谐范围为5.42～5.79 GHz,绝对带宽120 MHz±5 MHz,插入损耗1.69～2.25 dB,回波损耗优于13 dB。同时,该滤波器具有0.28λ_g×0.62λ_g（λ_g是可调频率范围中心频率的波长）的紧凑结构尺寸。实验和仿真结果一致性较好。     

两级串联声光可调谐滤波器旁瓣抑制的研究

阐述了偏振依赖的共线型和偏振无关的准共线型声光可调谐滤波器的滤波原理,进而导出了两级滤波的转换特性表达式;通过理论计算说明了两级声光可调谐滤波器能够有效地抑制旁瓣;最后,将两个单级的声光可调谐滤波器级联成两级滤波器,进行了旁瓣抑制的实验.实验结果表明,旁瓣被抑制到-19 dB,并且3 dB带宽也得到一定程度的压窄. 关键词： 集成光学 声光可调谐滤波器 旁瓣抑制