[发明专利]电光调谐多波长FIR滤波器及各级电压确定方法

权利要求书

1.一种电光调谐多波长FIR滤波器，其特征在于，包括有：具有一个输入端口(101)和两个输出端口的三端口偏振分束器(104)，所述的三端口偏振分束器(104)的一个输出端口通过上臂保偏光纤(106)连接一个上偏振转换单元(108)，所述三端口偏振分束器(104)的另一个输出端口通过下臂保偏光纤(107)连接一个下偏振转换单元(109)，所述的上偏振转换单元(108)和下偏振转换单元(109)的输出分别连接四端口偏振分束器(105)的两个输入端口，所述四端口偏振分束器(105)的两个输出端口(102、103)为该电光调谐多波长FIR滤波器的输出端口。

2.根据权利要求1所述的电光调谐多波长FIR滤波器，其特征在于，所述的上偏振转换单元(108)和下偏振转换单元(109)的结构相同，均包括有：X切Y传的铌酸锂基底(201)，设置在X切Y传的铌酸锂基底(201)上的钛扩散铌酸锂波导(202)，从钛扩散铌酸锂波导(202)的输入端口(203)到钛扩散铌酸锂波导(202)的输出端口(204)之间依次设置有由N级叉指电极组(211-21N)，所述N级叉指电极组(211-21N)的一端连接接地电极(210)，所述的N级叉指电极组(211-21N)中在每一级叉指电极组位于输出端口(204)的一侧对应的设置一个相移电极，从而与N级叉指电极组(211-21N)相对应的共设置有N级相移电极(221-22N)，每一个相移电极对应的连接一接地电极(220)。

3.根据权利要求2所述的电光调谐多波长FIR滤波器，其特征在于，所述的每一级叉指电极组均由M个叉指电极构成，G为每级相移电极对的间隔长度，将每一级叉指电极组长度设为L_c，则有关系式：

L_c＝(M+1/4)Λ，Λ为叉指电极周期，L_d为两级叉指电极组的间隔长度。

4.一种权利要求1所述的电光调谐多波长FIR滤波器的上偏振转换单元/下偏振转换单元中各级分立电压的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：设定滤波波段中心波长λ₀，工作温度取常温T，求得在此条件下的准TE模、准TM模的有效折射率n_TE、n_TM，

nTM=4.9130+1.173×105+1.65×10-2T2λ02×106-(2.12×102+2.7×10-5T2)2-2.78×10-2λ02nTE=4.5567+2.605×10-7T2+0.97×105+2.70×10-2T2λ02×106-(2.01×102+5.4×10-5T2)2-2.24×10-2λ02;]]>

第二步：设定偏振转换单元的具体物理参数：根据第一步中的取值求得叉指电极周期Λ＝λ₀/(n_TE-n_TM)|_δ＝0，每级叉指电极组的长度L_c＝(M+1/4)Λ，其中，M为任意正整数；每级相移电极对的间距均为G，级联级数为N，其中，N为任意正整数；确定所需的自由光谱范围FSR以及单位时延Δτ＝1/FSR，得到叉指电极组间隔长度L_d＝Δτc/(n_TE-n_TM)，其中，c表示真空中光速3×10⁸m/s；

第三步：根据公式βTE(λ)=2π*nTE(λ)/λβTM(λ)=2π*nTM(λ)/λ,]]>其中

nTM(λ)=4.9130+1.173×105+1.65×10-2T2λ2×106-(2.12×102+2.7×10-5T2)2-2.78×10-2λ2nTE(λ)=4.5567+2.605×10-7T2+0.97×105+2.70×10-2T2λ2×106-(2.01×102+5.4×10-5T2)2-2.24×10-2λ2]]>

分别求取准TE模和准TM模的传输常数β_TE(λ)和β_TM(λ)，式中λ取λ₀，采用z变换表示目标滤波函数，z可表示为z＝exp[j(β_TE-β_TM)L_d]；设定在中心波长λ₀的FSR内的目标传输函数H(z)=(Σi=1Nmiz-i)zN/2,]]>其中m_i为H(z)的第i级系数；

第四步：设X(z)为z的任意函数，定义X_*(z)＝X^*(1/z^*)，其中X^*(1/z^*)即为对z取复数共轭、取倒数后，对函数X取复数共轭；偏振转换单元的琼斯矩阵表示为酉矩阵S=H(z)-F*(z)F(z)H*(z),]]>其中H(z)和F(z)为两个偏振方向的互易滤波传输函数，且n_i为函数F(z)的第i级系数；矩阵S满足H(z)H_*(z)+F(z)F_*(z)＝1。

第五步：在N级级联滤波器的第i级滤波网络中，叉指电极组的耦合系数用k_i来表示，电压驱动相移电极引起的相移用表示；运用待定系数法，定义任意数表示m级级联滤波网络中函数的第n级的系数p_n，其中n＝1，2…m，得到：

从而求得级数n从N至1时，各个n级级联器件中滤波函数H(z)和F(z)的展开系数m^[n]及n^[n]；和分别是n级级联器件中H(z)和F(z)的第n级的展开系数；从而可以求得N级级联滤波器中各级叉指电极组的耦合系数k_i以及各级相移电极引起的相移即为n级级联滤波器中第n级网络单元中的叉指电极组的耦合系数k_n以及相移电极引起的相移分别表示为：

第六步：判断n是否为零，是则进入第七步，否则，返回第五步继续循环；

第七步：求得各级分立电压和

其中，Γ_TE-TM、Γ_TE和Γ_TM均为因电场不均匀分布而产生的归一化重叠积分因子，在此取值均设为1；γ₅₁、γ₃₃和γ₁₃为铌酸锂晶体电光张量的各个分量，取值分别为：γ₅₁＝28×10^-12m/V，γ₃₃＝30.8×10^-12m/V，γ₁₃＝8.6×10^-12m/V。