[发明专利]一种基于硅基波导光栅的偏振不相关的带通滤波器

说明书

本发明公开了一种基于硅基波导光栅的偏振不相关的带通滤波器，包括偏振与模式转换器、光栅辅助型耦合器和输出偏振与模式转换器，输入偏振与模式转换器通过多模波导、弯曲渐变波导和第一弯曲波导与光栅辅助型耦合器连接；光栅辅助型耦合器通过第二弯曲波导和渐变波导与输出偏振与模式转换器连接；通过利用偏振态和模式的转换来实现TE偏振光和TM偏振光都适用的带通滤波器。本发明实现了带通信号与输入光的偏振态无关，实现了偏振不相关的带通滤波器，极大的提高了光栅滤波器的性能。本发明具有结构简单，尺寸紧凑，制作工艺具有CMOS工艺兼容性，易于集成和扩展，方便低成本制造，可广泛应用于片上高密度集成的光互连系统。

技术领域

本发明涉及光栅滤波器领域，特别是涉及一种基于硅基波导光栅的偏振不相关的带通滤波器。

背景技术

随着当今社会的飞速发展，人们对网络数据量的需求不断增长，因而提高通信网络速度的要求成为当前急需解决的问题之一。光通信网络已经取得了巨大成功，目前正朝着低成本、大容量和高速度的目标前进。各种复用技术不断被采用，用以提高数据的传输容量。偏振复用与解复用技术，就是其中一种较为成熟的一种技术方式。然而，在偏振复用系统中，通常要求各光学器件能同时工作于TE和TM状态。

光滤波器作为光互连的一个基础功能器件，可灵活地将不同信号过滤，是密集波分复用光网络非常重要的一个环节。布拉格波导光栅具有很好的滤波性能，通过调节周期性的折射率微扰区，可实现不同谐振波长和带宽，还具有不受FSR的影响的优点。采用光栅辅助型结构，就可实现谐振波长的下路，实现带通滤波功能。但是该光滤波器只能工作于一种偏振态，无法在偏振复用系统中使用。

因此，研制出结构简单、尺寸紧凑，功能齐全、易于集成和制作的偏振不相关的带通光滤波器，是今后发展片上集成光通信技术的重要而有意义的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于硅基波导光栅的偏振不相关的带通滤波器，结构简单、易于集成和制作。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于硅基波导光栅的偏振不相关的带通滤波器，其特征在于：包括输入偏振与模式转换器、光栅辅助型耦合器(6)和输出偏振与模式转换器；所述输入偏振与模式转换器包括输入偏振转换器(2)和输入非对称渐变定向耦合器(3)，所述输入偏振转换器(2)的左端与输入单模波导(1)连接，所述输入偏振转换器(2)的右端与输入非对称渐变定向耦合器(3)的左端上端口连接；所述输出偏振与模式转换器包括输出偏振转换器(13)和输出非对称渐变定向耦合器(12)，所述输出偏振转换器(13)的左端与输出单模波导(14)连接，所述输出偏振转换器(13)的右端与所述输出非对称渐变定向耦合器(12)的左端下端口连接；所述输入偏振与模式转换器的右端上端口通过多模波导(4)和弯曲渐变波导(5)与所述光栅辅助型耦合器(6)的右端上端口连接；所述输入偏振与模式转换器的右端下端口经第一弯曲波导(9)与所述光栅辅助型耦合器(6)的左端上端口连接；所述光栅辅助型耦合器(6)的右端下端口通过第二弯曲波导(10)与所述输出偏振与模式转换器的右端下端口连接，所述光栅辅助型耦合器(6)的左端下端口经渐变波导(11)与输出偏振与模式转换器的右端上端口连接。

进一步地，所述光栅辅助型耦合器(6)，包括直通波导(7)和下路波导(8)，所述直通波导(7)与所述下路波导(8)宽度不同，在所述直通波导(7)和下路波导(8)两侧边上分布有光栅齿，所述光栅齿均为对称分布，所述光栅齿的周期和占空比相同但光栅齿大小不同；实现满足直通波导(7)的TE₀₁模式反向耦合为下路波导(8)的TE₀₂模式，其中相位匹配条件为(n₁+n₂)Λ＝λ；式中，n₁为直通波导(7)TE₀₁零阶模式有效折射率，n₂为下路波导(8)TE₀₂零阶模式有效折射率，λ为谐振波长，Λ为光栅齿周期。