[发明专利]一种可重构光学全通滤波器

说明书

本发明公开了一种可重构光学全通滤波器，包括：三个光学耦合器、N+2个光学相移器和N个微环；第一光学耦合器输出端、第二光学耦合器输入端与第一光学相移器构成MZI₁结构，第二光学耦合器输出端、第三光学耦合器输入端、第二光学相移器、第三光学相移器以及第一微环构成MZI₂结构。本发明利用马赫‑曾德尔干涉仪的干涉特性和微环的谐振特性，将信号输入芯片并通过MZI₁结构分为两路输入到MZI₂结构，一路信号由微环滤波，另外一路经过相移器和波导，两路信号在第三光学耦合器干涉后再由多个级联的全通型微环进行处理，最后从第二耦合光栅输出。本发明通过改变两路信号的幅度比和相位差，并调节微环的耦合系数，实现平坦的幅频响应，从而实现全通滤波器。

技术领域

本发明属于光学滤波器和微波光子技术领域，更具体地，涉及一种可重构光学全通滤波器。

背景技术

全通滤波器是在一定频率范围内保持幅度恒定而只对相位信息进行改变的一种特殊滤波器，也可以称为全通网络(相位滤波器)。传统的滤波器通过本身幅频响应的变化实现信号滤波，而全通滤波器通过本身的相频响应特性改变信号的相位信息，除了固定的插损，对信号的幅度没有任何影响。在电学中，这种特性常用于消除系统中不需要的相位影响以及对特定信号引入延时；在光学领域，可以通过对全通滤波器的相位响应进行相应的设计，用来构造光延迟线、色散补偿器等，是全光信号处理系统中的重要器件。

光学全通滤波器通常有两种结构：Gires-Tournois腔和微环结构。相比于Gires-Tournois腔，微环谐振的形成不需要腔面提供光反馈，具有与生俱来的集成优势。微环体积小、成本低、易调谐并且具有良好的移相特性，因此微环结构被广泛地应用于全通滤波器的结构中。理想状态下，即波导无传输损耗，微环的幅度响应恒为1，并且具有2π的相位响应。将一系列的微环级联，可以在不改变幅度响应的基础上无限扩大系统的相位响应范围和群延时，这可以看作理想的全通滤波器。但实际情况下，波导的损耗不可忽略，因此微环谐振器的幅度响应不再是一条恒为1的直线，而是一个存在凹陷曲线。同时，为了满足更多系统的应用需求，迫切需要相频响应范围更大且可调、可重构的全通滤波器。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种可重构光学全通滤波器，旨在获得平坦的幅频响应的同时得到相位响应范围大、延时高的全通滤波器，并实现滤波器阶数的重构，从而增强全通滤波器的灵活性。

为实现上述目的，本发明提供了一种可重构光学全通滤波器，包括：三个光学耦合器、N+2个光学相移器和N个微环，N为大于或等于2的整数；其中，

第一光学耦合器输出端上臂通过第一波导与第二光学耦合器输入端上臂相连，第一光学耦合器输出端下臂通过第二波导与第二光学耦合器输入端下臂相连；所述第一波导或第二波导上设有第一光学相移器；

所述第二光学耦合器输出端上臂通过第三波导与第三光学耦合器输入端上臂相连，第二光学耦合器输出端下臂通过第四波导与第三光学耦合器输入端下臂相连；所述第三波导上设有第二光学相移器，第四波导上设有第三光学相移器以及与所述第四波导耦合的第一微环，或者所述第四波导上设有第二光学相移器，第三波导上设有第三光学相移器以及与所述第三波导耦合的第一微环；

所述第三光学耦合器输出端与第五波导相连，所述第五波导上设有N-1个光学相移器以及与所述第五波导耦合的N-1个微环；

通过调谐所述N个微环的耦合系数，使得第i+1微环的零点和第i微环的极点镜像对称，i＝1、…、N-1；通过调节所述第一光学相移器，使得第一微环的零点和第N微环的极点镜像对称，从而实现全通滤波。

进一步地，第j微环与设有第j+2光学相移器的波导的耦合区设计为一个可调耦合器，所述可调耦合器由两个完全相同的耦合区和两段等长的波导组成，通过调节所述第j+2光学相移器改变所述可调耦合器上下两臂的相位差，从而调谐所述第j微环的耦合系数，j＝1、…、N。