[发明专利]可调谐光滤波器及包含该滤波器的芯片集成器件

说明书

本发明公开一种可调谐光滤波器，包括2x2四端口光波导耦合器，光波导耦合器右侧的两个波导臂上各设有相同的波导反射光栅；当光从左侧的入射波导端口输入，将被平均分光到右侧的两个波导上进行传输；传输中的波长和波导反射光栅波长相同的光会被光栅反射回来，反向经过2x2光波导耦合器，从耦合器左侧的出射波导端口输出；通过同步改变波导反射光栅处波导的光折射率，使波导光栅反射峰波长同步随之改变，从而在耦合器左侧的波导出射端口的输出波长被调谐；另外，还公开了包含该可调谐光滤波器的单芯片集成器件。由于器件的实现和集成都是在芯片上进行,可采用成熟的半导体微电子工艺,保证了器件的低成本、小尺寸、高重复性和大规模量产。

技术领域

本发明涉及一种光学滤波器，尤其是涉及一种可调谐光滤波器；另外，本发明还涉及包含该可调谐光滤波器的单芯片集成器件。

背景技术

随着信息技术的飞速发展和Internet的普及，以IP为代表的数据业务快速增长，用户对带宽的需求越来越高，电信业务正逐渐从以传统的电话为主的窄带业务向集语音、高速数据和可变视频为一体的多媒体宽带业务方向发展。波分复用（WDM）、密集波分复用（DWDM）等技术的应用，将核心网的带宽提高到Tbps的数量级，全球主干网已基本实现光纤化、数字化、宽带化。与之相反，与用户联系最密切的接入网却由于技术、设备、成本等因素，发展缓慢，接入速率依旧停留在Mbps。目前的趋势表明，个人用户期望在2015年达到1Gb/s的接入速度，到2020年则要达到10Gb/s。最近欧洲已经计划将住宅用户的接入速度提到1Gb/s，企业用户达到10Gb/s;每根支线光纤拥有128-500Gbit/s的总容量与256-1024个光网络单元（ONU）;接入距离达到20-40公里。因此，传统的铜线接入已经不能满足人们对信息的多样化需求，“最后一公里”的接入部分已成为制约电信发展的瓶颈问题。

从铺设成本、新业务提供、系统未来扩容和维护等综合经济因素考虑，目前看来，最合适的商用化解决方案只能是无源光网络（PON）光纤接入技术。而其中基于波分复用的无源光网络（WDM-PON）则是最具吸引力与发展潜力下一代PON技术方案。WDM-PON给用户和数据中心之间提供了一个虚拟的点对点连接，一方面保持了传统以太网中点对点传输的诸多优势，另一方面又避免了以太网解决方案所需的基础设施成本高的问题。同时，因为WDM-PON可以用波分复用(WDM)单元代替无源分束器,可以实现更远的接入距离和更大的分束比,因此WDM-PON的解决方案能够提供比时分复用无源光网络(TDM-PON)更高的链路预算。WDM-PON与TDM-PON的结合TWDM-PON(时分复用波分复用的无源光网络)将会是下一代光接入网的发展趋势,这将极大地提高接入网的带宽、速率、稳定性以及灵活性并且降低系统的成本。

TWDM-PON解决方案目前面临的最大问题是光源问题，对于多波长的需求使得现有PON中的固定波长激光器已经不能满足其要求。如果每个波长信道配置一个固定波长激光器，这将大大提高光通信网络的成本，并限制光网络的扩展和网络的灵活性。相比于宽带光源(BLS),反射型半导体光学放大器(RSOA),注入琐模的FP激光器等方案相比,可调谐激光器因为能够满足多个波长信道的要求，拥有非常好的信号质量和传输距离等,成为TWDM-PON光源最有前途的选择。用户端(ONU）除了可调发射机外,接收器也要求是波长可调的以及它应调谐到任何下游。

低成本的可调发射和接收机器件是TWDM-PON推广的关键。可调谐激光器有DFB和DBR等方案。有几种可选择的可调谐滤波器的设计，如硅环谐振器，基于自由空间光学的FP滤波器等。前者由于光学耦合控制的要求面临制造工艺难和成本的挑战,而后两者基于自由空间光学设计,使得它们和芯片形式的可调谐激光发射器的集成非常困难,只能以自由空间光学的混合集成实现，面临光学校准、组装工艺复杂、需要机械移动，产品体积庞大及可调谐困难等问题；并且,由于工艺复杂,存在产能和制造成本高等限制。

由于小尺寸封装和量产的要求，芯片级集成的可调谐激光器和可调谐光滤波器的小尺寸封装是市场的迫切需求。