[发明专利]一种基于Fano谐振的超高精度波长解析器

说明书

技术领域

本发明涉及波长解析器，特别涉及一种基于Fano谐振的超高精度波长解析 器。

背景技术

光的波长是物理检测技术中的一个重要物理量，许多光学检测系统都是利 用光波长的变化量实现测量，典型的就是光纤光栅传感系统。波长解析技术就 是先通过测量与波长有一定对应关系的其他物理量，进而由函数关系给出波长 或者波长变化量的一种解析方法。人们利用各种不同的方法，已经研制成多种 波长解析器。主要有光谱仪分析法、干涉法、滤波法、可调谐光源波长匹配法 等，这些方法大多数要用到大型的设备，或者采取调谐匹配的方式构成一个比 较复杂的波长检测系统，且检测速度通常比较慢，使用起来不方便。随着集成 光学的发展特别是片上检测系统的快速发展，波长检测技术的研究方向将是结 构紧凑、解析速度快、分辨率高和功耗低。研发集成型波长解析器对于集成型 光学传感与检测系统的发展有着重要的意义。

近年来，基于边缘滤波型光波长检测方法采用各种可调谐的光学滤波器与 被测光进行匹配，利用光学滤波器的传输谱特性将光波长信息转化为更容易定 量检测的物理量，从而达到波长检测目的。目前采用的微环以及MZI等基本的 光学器件，虽然都有典型的滤波谱线，可实现片上集成型的波长解析器。但是 受到单个微环或者MZI滤波谱线斜率的限制，基于这类器件的波长解析器的分 辨率有限，要获得更高的分辨率，就需要采用更大斜率边缘的谱线。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于Fano谐 振的超高精度波长解析器，可以实现片上集成型超高精度的波长解析。

Fano谐振(Fanoresonance)是由结构谐振点处的光波被干涉结构或者谐振 结构相位加速所致。理论上，在相同品质因子(QualityFactor)Q值下，Fano 谐振可以提供更大斜率的带边。本发明利用Fano谐振的滤波谱线构造出具有 “X”形频谱来实现波长解析，可获得超高精度的分辨率。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括波导分束器、多个Fano滤波器、Ge-Si光电探测器和信号处理 模块，波导分束器与多个Fano滤波器的输入端连接，Fano滤波器的输出端经各 自的Ge-Si光电探测器连接到信号处理模块，待测光由光波导经过波导分束器 分成多束光，多束光分别进入到多个Fano滤波器滤波后输出信号到Ge-Si光电 探测器；Fano滤波器中设有TiN热电极，通过加热TiN热电极调节Fano滤波 器输出的滤波谱线，产生包含有“X”形频谱的Fano滤波谱线。

波导分束器将输入的光信号分成多束等功率的信号，分别进入到多个Fano 滤波器，利用金属热电极调节Fano滤波谱线的形状，使得相邻两个Fano滤波 器的滤波谱线形成陡峭的“X”形频谱。在“X”形频谱波长范围内，信号处理 模块通过检测多个Fano滤波器输出端光功率比值的改变量便可精确的得到待测 光的波长物理量。

所述的Fano滤波器是基于非对称内嵌环滤波结构或者双光束干涉单环滤波 结构。

所述的基于非对称内嵌环滤波结构包括圆形微环、跑道微环、单模输入波 导、第一TiN热电极、第二TiN热电极和输出波导，单模输入波导输入端连接 波导分束器，单模输入波导与跑道微环一侧耦合连接，跑道微环另一侧与输出 波导耦合连接，跑道微环内嵌有圆形微环，跑道微环和圆形微环上的两侧均对 称设有TiN热电极，并且其两者的对称方向相垂直。

所述的双光束干涉单环滤波结构包括微环、单模输入波导、双光束TiN热 电极、单模波导TiN热电极、输出波导和一分二分束器，波导分束器输出连接 到一分二分束器分为两路，两路分别连接单模输入波导和输出波导的一端，单 模输入波导和输出波导的另一端分别耦合连接到微环的两侧，单模输入波导上 设有单模波导TiN热电极，微环两侧对称设有双光束TiN热电极，两侧双光束 TiN热电极的对称方向与微环的耦合方向相垂直。

所述的波导分束器采用多模干涉功分器或者多个Y分叉功分器的组合。

所述的波导分束器采用多模干涉波导以及分别连接在多模干涉波导输入端 和输出端的输入锥形波导、输出锥形波导，输入锥形波导波导宽度从输入侧到 输出侧逐渐递增过渡，输出锥形波导波导宽度从输入侧到输出侧逐渐递减过 渡。

所述的基于非对称内嵌环滤波结构或者双光束干涉单环滤波结构中的微环 为任意形状的闭环结构。