[发明专利]一种基于高Q值微环的超窄带宽可调谐光学滤波器

说明书

本发明提供了一种基于高Q值微环的超窄带宽可调谐光学滤波器，基于硅基高品质因子(Q)微环辅助马赫增德尔干涉仪(MZI)实现，输入光信号经过3dB分束器后分作两路，分别经过一个特殊设计的高Q值微环，并且在MZI上支路引入π相移，然后两路光信号通过另一个3dB耦合器干涉输出，此光学滤波器便可以实现超窄带宽且高形状因子；并且，通过操控高Q值微环的热电极，便可以在保持高消光比时实现滤波器带宽和中心波长可调谐。本发明的有益效果是：本发明实现了超窄带宽且带宽可调谐、高消光比和高形状因子的光学滤波器，同时具有尺寸小、制备成本低和可大规模集成等优势，是光通信芯片、量子计算芯片和人工智能芯片的基本元件，有着广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及高精细滤波领域，尤其涉及一种基于高Q值微环的超窄带宽可调谐光学滤波器。

背景技术

近几十年以来，以光电技术为代表的信息技术发展迅猛，人们对高速度、高容量通信网络需求不断提高，使得集成光学这一研究领域得到了广泛关注。微环谐振器由于结构紧凑、成本低廉、可集成度高等优点，己成为集成光学研究领域重要的元器件。采用微环谐振器设计的光学滤波器、波分复用器、波导传感器等光学器件在光通信网络中扮演着重要角色。

光学滤波器是光信号处理和波分复用系统中的基本器件，广泛用于噪声抑制、信号质量改善和消息容量增加。在实际应用中，光学带通滤波器一般要求高的形状因子以减小信道之间的串扰。其中可调谐滤波器是非常重要的，它可以使得滤波器能够适用于不同的信道波长和信号速率，从而使滤波器应用更加灵活。在光

通讯、光谱学、远程遥感、多光谱精细光谱等领域都具有广泛的应用。因此对于可调谐光学滤波器的研究是非常必要的。仅具有波长或带宽可调性的光学滤波器在动态光学处理系统中的应用有限。因此，波长和带宽同时可调的光学滤波器因其灵活性和可重构性而受到广泛关注。

热光可调谐滤波器是一种新的光学器件，在光纤通信、激光调谐、光谱分析以及红外探测等诸多领域有着广泛的应用。这种器件利用材料的热光效应，可以实现带宽可调谐的光学滤波器，具有调谐范围大、工艺制作方便以及结构简单的优点，在光通信系统中有着巨大的市场需求。

高速大容量的通信系统拥有更窄的信道间隔，这样的波长分配方式为应用于该系统的光通信器件带来了亟待解决的问题：更小的信道间隔要求滤波元件拥

有更窄的滤波带宽；同时，为了更灵活地处理信号，要求光学滤波器的带宽可以调谐。为了解决上述问题，需要设计具有超窄滤波带宽的可调谐光学滤波器。然而，目前国内外实现的光学滤波器带宽大多数都为纳米量级，并且难以调谐，无法满足光通信网络的需求。因此，本发明提出了一种基于高Q值微环的超窄带宽可调谐光学滤波器。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于高Q值微环的超窄带宽可调谐光学滤波器，主要包括：第一3dB分束器、第二3dB分束器、第一连接波导、第二连接波导、第三连接波导、第四连接波导、第一优化结构的跑道微环、第二优化结构的跑道微环、第一热电极、第二热电极、第三热电极、第四热电极、第五热电极和第六热电极；

所述第一3dB分束器输出端上臂通过第一连接波导与所述第一优化结构的跑道微环的输入端口相连；所述第二3dB分束器的输入端上臂通过第二连接波导与所述第一优化结构的跑道微环的输出端口相连；所述第一3dB分束器输出端下臂通过第三连接波导与所述第二优化结构的跑道微环的输入端口相连；所述第二3dB分束器的输入端下臂通过第四连接波导与所述第二优化结构的跑道微环的输出端口相连；所述第一热电极和所述第二热电极分别位于第一优化结构的跑道微环和第二优化结构的跑道微环，第三热电极、第四热电极、第五热电极和第六热电极分别位于第一连接波导、第二连接波导、第三连接波导和第四连接波导上；所述第一热电极、所述第二热电极、所述第三热电极、所述第四热电极、所述第五热电极、所述第六热电极均用于对所述第一优化结构的跑道微环和第二优化结构的跑道微环的波导进行加热；