[发明专利]一种超大自由光谱范围的集成光学滤波器结构

说明书

本发明公开一种超大自由光谱范围的集成光学滤波器结构，该结构包括由入射波导、弯曲波导和出射波导依次相连构成的边耦合波导，以及依次相连的左侧布拉格波导光栅、拉锥渐变型波导光栅、反向拉锥渐变型波导光栅、右侧布拉格波导光栅。且弯曲波导的最低点的垂线过拉锥渐变型波导光栅、反向拉锥渐变型波导光栅的连接点。所有的波导光栅的周期相等，且布拉格波导光栅的禁带带宽小于两倍的F‑P谐振腔的自由光谱范围，F‑P谐振腔的谐振波长靠近布拉格波导光栅的禁带的中部。本发明将波导耦合器、布拉格波导光栅与F‑P谐振腔结合，利用布拉格光栅的有限禁带带宽以及F‑P谐振腔的大自由光谱范围可实现全光谱范围单纵模激励，从而实现单通道信号滤波。

技术领域

本发明涉及光学滤波器领域，具体涉及一种超大自由光谱范围的集成光学滤波器结构。

背景技术

在当今通讯网络和计算系统中，对高速率数据日益增长的需求推动了低成本、高速光学链路的发展。光互连中，各种先进的复用技术，如波分复用、偏振复用和模式复用已经相继被用来提高通光信容量。其中，在共享物理通道中使用不同波长的波分复用是近几十年来光互连中最流行的技术之一。这种基于波分复用技术的光子链路需要具有大量波长通道。因此，在基于波分复用的光互连中使用的滤波器波长的操作，多个滤波器级联实现多个波长通道的复用。自由光谱范围越大意味着可以支持越多独立的波长通道且通道之间互不干扰。利用光路可逆原理，大自由光谱范围的滤波器可以实现输入光谱进行下载，从而可以实现宽谱信号分析。

另外一方面，近年以来，在物联网场景需求推动下，光传感器在医疗、油气、电力、军工、城建、食品安全和地质勘探等领域广泛应用，因而催生了数亿规模的市场。为了实现多位点多参量的传感，利用波分复用技术的分布式传感是构建传感网络的关键技术之一。分布式光探测技术，可以同时获得被测场的空间分布和随时间的变化信息。采用大自由光谱范围的滤波器可以有效增加单根传感链路上彼此独立传感器的数量，实现更多位点和参量的同时传感。

目前已有多种实现大自由光谱范围滤波器的方案。微环谐振器通过选取超小半径可以实现较大的自由光谱范围，同时有紧凑的体积，但是自由光谱范围难以突破100nm，限制了其应用。为了在微环谐振器中实现扩展的自由光谱范围，人们使用了游标效应或两点耦合的多串耦合微环，但是这种方案敏感于实际器件尺寸变化，工艺容差小，通常需要热调进行微环谐振峰对准。在单环上级联反向耦合器也能实现宽的自由光谱范围，但这种方案中为了获取较窄的禁带宽度，要求反向耦合器中布拉格波导光栅刻槽宽度极小，工艺难度大，不利于工业生产，而且这种方案仍需要布拉格波导光栅的主峰和微环谐振峰对准，工艺容差小。理想的集成滤波器应具有大的自由光谱范围、高的抑制比和大的工艺容差，以避免精确的波长对准。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种超大自由光谱范围的集成光学滤波器结构，该滤波器结构能在宽谱范围甚至全光谱范围内实现单通道信号滤波。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种超大自由光谱范围的集成光学滤波器结构，其包括入射波导、出射波导、弯曲波导、左侧布拉格波导光栅、右侧布拉格波导光栅、拉锥渐变型波导光栅、反向拉锥渐变型波导光栅，其中：

所述入射波导、弯曲波导和出射波导依次相连，构成边耦合波导；

所述左侧布拉格波导光栅、拉锥渐变型波导光栅、反向拉锥渐变型波导光栅、右侧布拉格波导光栅依次相连，且所述左侧布拉格波导光栅与所述右侧布拉格波导光栅同轴；

所述弯曲波导的最低点的垂线过所述拉锥渐变型波导光栅、反向拉锥渐变型波导光栅的连接点；

所述入射波导、弯曲波导、出射波导、左侧布拉格波导光栅、拉锥渐变型波导光栅、反向拉锥渐变型波导光栅、右侧布拉格波导光栅均为单模波导；

所述左侧布拉格波导光栅、拉锥渐变型波导光栅、反向拉锥渐变型波导光栅、右侧布拉格波导光栅均为周期性结构，且四者的周期相等；