一種基于環形諧振結構的帶通箱型濾波器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量裝置，特別涉及一種基于環形諧振結構的帶通箱型濾波器。
【背景技術】
[0002]隨著大數據時代的到來，以數據為驅動力的變革正深刻而廣泛的影響著諸如航空航天、金融證券業、生命科學、能源產業和通信產業等社會生活的各個領域。面對高速的科學計算和海量的數據處理，多核、多線程、多層面的并行計算能力達到每秒萬億次級的同時，硬件上眾多的計算節點I/o數據交換能力，都是保證高性能處理能力的關鍵。然而隨著半導體制造工藝特征尺寸的不短縮小，芯片的集成度越來越高，芯片中基于金屬的傳統電互聯系統中，不僅延時難以突破納秒的檻限，而且金屬傳輸線會造成嚴重的信號失真，引起額外能量損耗，信號傳輸帶寬也受到限制，成為當今制約高速通信發展的“瓶頸”。
[0003]光作為一種新興的信息載體，因其傳輸速度快、抗電磁干擾、定向傳輸等特性，使得片上光互聯(Photonic networks-on-chip)將取代傳統的電互聯，具有大帶寬、低損耗、低串擾等優點，逐漸成為解決I/O電子瓶頸的關鍵，以此來滿足芯片間和芯片內的尚性能通信需求，實現低功耗的高性能計算系統進行數據處理。片上光互聯系統中，光路由器和光波分復用/解復用器是最核心的器件，通過它們可以完成光交換的主要過程。光學濾波器作為光路由器和光波分復用/解復用器中信號處理的關鍵器件，其濾波特性對數據的傳輸和控制，以及波分復用/解復用效果和帶寬的利用率有著直接的影響。因而，光學濾波器濾波特性的深入研究對片上光互聯系統和海量數據處理有著重要的意義。
[0004]在現代光通信的密集波分復用系統中，當信道間距變得越來越緊密時，單環諧振器產生的洛倫茲型濾波譜線會產生較大的信道間信號串擾，且較窄的3dB帶寬對信號波長和濾波波長失配的容忍度很低，而利用多個微環諧振器的級聯方式可以實現“箱型”頻率響應的高階光學濾波器，可以實現通道選擇的功能，減少信號串擾。但是多個微環結構濾波器存在諧振頻率對準、光能量損耗大、模式耦合引起諧振頻率漂動等問題。另外，硅基光路由器主要分兩類:一類是采用基于微環諧振器結構的濾波器，另一類是基于馬赫曾德爾干涉儀結構的濾波器。馬赫曾德爾干涉儀濾波器具有結構簡單、制作成本低、插入損耗小、與系統的兼容性強和信道均勻等優點，但是其只能輸出余弦波，濾波性能有限，難以滿足大規模集成光互聯系統的濾波要求。
【發明內容】
[0005]本發明克服了現有技術中的不足，提供一種光學環形諧振結構的帶通箱型濾波器，它是由兩個環形諧振腔相互耦合而成，它可以產生高透過率、寬有效帶寬的光譜響應，并且在諧振區域附近具有平坦帶的光譜特性。通過進一步優化諧振結構的參數，增強雙環諧振結構的寬帶等幅濾波特性，它能夠作為低成本、高靈敏度的帶通帶阻濾波器應用。
[0006]為了解決上述存在的技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的:
[0007]一種基于環形諧振結構的帶通箱型濾波器，它包括直波導1、第一耦合器2、第一諧振腔環3、第二耦合器4和第二諧振腔環5 ;所述的直波導1左端作為光輸入端，其右端作為光輸出端；所述的直波導1的直通臂與所述的第一諧振腔環3通過所述的第一耦合器2相互耦合連接，當所述的第一諧振腔環3處于過耦合狀態時，第一諧振腔環3的損耗系數遠大于其透射系數，并且二者的差值不能超過1 ;所述的第一諧振腔環3與所述的第二諧振腔環5通過所述的第二耦合器4相互耦合連接，當所述的第二諧振腔環5處于臨界狀態時，第二諧振腔環5的損耗系數與透射系數相等，并且二者的值取不能超過1。
[0008]在本發明提出的是一種光學雙環耦合諧振結構。在雙環結構中，第一諧振腔環3和第二諧振腔環5的各自諧振狀態相互匹配能產生不同的光譜響應。第一諧振腔環3和直波導1的直通臂之間形成第一耦合器2的耦合區域，以及第一諧振腔環3和第二諧振腔環5之間形成第二耦合器4的耦合區域，這兩個耦合區域耦合強度的不同也能直接影響整個諧振結構的光譜輸出特性。研究發現，當第二諧振腔環5處于臨界耦合狀態，并且第一諧振腔環3處于過耦合狀態時，能夠產生具有平坦寬帶的光譜響應。通過進一步優化諧振結構的參數，能夠使其具有寬帶寬、零色散、高消光比的平坦滾降式“箱型”濾波功效，用于實現波分復用技術中的實時通道選擇功能等光互聯和光通信領域。
[0009]本發明主要研究環形諧振結構可控的濾波特性，以及二階光學環形結構產生“箱型”頻率響應的物理規律。研究二階環形結構不僅可以減少多環結構耦合引起的損耗、降低制作工藝誤差和諧振波長對準難度，而且可以使得“箱型”濾波特性具有寬帶平坦帶寬、消光比大和自由光譜寬等特點。
[0010]本發明還有這樣一些技術特征:
[0011]1、在第二諧振腔環5處于臨界狀態時，即第二諧振腔環5的損耗系數與透射系數相等，并且二者的值取越大(在無增益情況下，不能超過1)，箱式濾波特性就越明顯；
[0012]2、在第一諧振腔環3處于過耦合狀態時，即第一諧振腔環3的損耗系數遠遠大于其透射系數，并且二者的差值越大(在無增益情況下，不能超過1)，其光譜響應的消光比和光譜寬度就越寬，那么箱式濾波特性就越明顯。
[0013]由于采用上述技術方案，本發明提供的一種基于環形諧振結構的帶通箱型濾波器，與現有技術相比具有這樣的有益效果:
[0014]本發明能實現具有寬帶寬、零色散、高消光比的平坦滾降式“箱型”濾波功效，用于實現波分復用技術中的實時通道選擇功能等。
[0015]本發明基于環形色散結構中，尤其針對二階耦合諧振結構中，可以有效解決帶寬和群速延遲的乘積極限，以及帶寬和光強對比度的乘積極限。與色散材料相比而言，例如在原子蒸汽中，帶寬和群延遲仍然是不可同步，此消彼長。光信號傳輸過程中，群速度延遲(GVD)為零，使得傳輸數據的信號不發生波形畸變，高速傳輸的數據不丟失，保證信息能夠實時穩定的大容量高速傳輸。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述:
[0018]一種基于環形諧振結構的帶通箱型濾波器，如圖1所示，它包括直波導1、第一耦合器2、第一諧振腔環3、第二耦合器4和第二諧振腔環5 ;所述的直波導1左端作為光輸入端，其右端作為光輸出端；所述的直波導1的直通臂與所述的第一諧振腔環3通過所述的第一耦合器2相互耦合連接，當所述的第一諧振腔環3處于過耦合狀態時，第一諧振腔環3的損耗系數遠大于其透射系數，并且二者的差值不能超過1 ;所述的第一諧振腔環3與所述的第二諧振腔環5通過所述的第二耦合器4相互耦合連接，當所述的第二諧振腔環5處于臨界狀態時，第二諧振腔環5的損耗系數與透射系數相等，并且二者的值取不能超過1。
[0019]本發明的工作過程如下:
[0020]本發明的結構是由直波導的直通臂1與第一諧振腔環3通過第一耦合器2連接并形成相互耦合，由第一諧振腔環3與第二諧振腔環5通過第一耦合器2連接并形成相互耦合；當光從輸入端輸入直波導得直通臂1進入第一耦合器2時，在第一耦合器2進行分光。在第一諧振腔環3和直波導直通臂1形成的第一耦合器2的耦合區域內一部分光仍然沿著直波導直通臂1傳輸，另一部分光被耦合進入到第一諧振腔環3中逆時針傳輸；在第一諧振腔環3和第二諧振腔環5形成的第二耦合器4的耦合區域，光又被耦合進入到第二諧振腔環5中順時針傳輸；再次傳輸到第一諧振腔環3和第二諧振腔環5形成的第二耦合器4的耦合區域時，光又被耦合到第一諧振腔環3中逆時針傳輸，在第一諧振腔環3和直波導直通臂1形成的第一耦合器2的耦合區域，光又被重新耦合回直波導直通臂1傳輸；經過直波導直通臂1的光和經過第一諧振腔環3和第二諧振腔環5的光，這兩路光在第一耦合器2的右端匯合，二者發生干涉，最終沿著直波導直通臂1在輸出端進行輸出。
【主權項】
1.一種基于環形諧振結構的帶通箱型濾波器，其特征在于:它包括直波導1、第一耦合器2、第一諧振腔環3、第二耦合器4和第二諧振腔環5 ;所述的直波導1左端作為光輸入端，其右端作為光輸出端；所述的直波導1的直通臂與所述的第一諧振腔環3通過所述的第一耦合器2相互耦合連接，當所述的第一諧振腔環3處于過耦合狀態時，第一諧振腔環3的損耗系數遠大于其透射系數，并且二者的差值不能超過1 ;所述的第一諧振腔環3與所述的第二諧振腔環5通過所述的第二耦合器4相互耦合連接，當所述的第二諧振腔環5處于臨界狀態時，第二諧振腔環5的損耗系數與透射系數相等，并且二者的值取不能超過1。
【專利摘要】本發明公開了一種基于環形諧振結構的帶通箱型濾波器，它包括直波導、第一耦合器、第一諧振腔環、第二耦合器和第二諧振腔環；直波導左端作為光輸入端，其右端作為光輸出端；直波導的直通臂與第一諧振腔環通過第一耦合器相互耦合連接，當第一諧振腔環處于過耦合狀態時，第一諧振腔環的損耗系數遠大于其透射系數，并且二者的差值不能超過1；第一諧振腔環與第二諧振腔環通過第二耦合器相互耦合連接，當第二諧振腔環處于臨界狀態時，第二諧振腔環的損耗系數與透射系數相等，并且二者的值取不能超過1。本發明能實現具有寬帶寬、零色散、高消光比的平坦滾降式“箱型”濾波功效，用于實現波分復用技術中的實時通道選擇功能等。
【IPC分類】G02B6/293
【公開號】CN105259614
【申請號】CN201510822635
【發明人】張敬
【申請人】大連民族大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月20日