專利名稱：一種電光雙向可調fir濾波器及其分立電壓確定方法
技術領域：
本發明涉及集成光學器件等技術領域，旨在設計一種用于光網絡節點的可調諧濾波器。
背景技術：
光濾波器在通信系統中有著廣泛的應用，主要有復用解復用器、交叉連接器、分插復用器、色散補償、增益平坦化等。其中，可調諧濾波器以其可重構性強、插入損耗小、結構簡單、體積小、成本低等優勢，成為近年來國內外研究的熱點問題。尋找調諧速度快、精度高，通帶頂部平坦、通帶帶寬和信道間隔可調的光濾波器是當前的研究重點之一。現行的濾波調諧技術主要基于聲光效應、電光效應和熱光效應，改變等效折射率從而控制光的干涉和衍射過程實現可調諧濾波特性。其中，研究較多的、技術較成熟的主要是以聲表面波與聲光材料相互作用改變信號光的偏振態實現波長濾波的聲光可調濾波器 (AOTF)；利用布拉格光柵或長周期光纖光柵對溫度、壓力的敏感性改變來反射波長，實現濾波的可調諧光纖光柵濾波器。專利“聲光可調諧濾波器(CN101672988) ”，公開了一種可以在激光器系統中使用的窄帶可調諧A0TF。它可以減少或消除聲光布拉格衍射帶來的光學頻率偏移，并且體積較小。但與電光可調濾波器相比較，其調諧速度較低；且通帶帶寬和信道間隔不可調。專利“光柵型可調諧濾波器(CN201096983) ”，提出了一種方法，通過轉動反射鏡的轉角選擇任一波長光束反射至光束接收器，實現可調諧波長濾波。該光路簡單，適合批量生產，但是利用機械原理進行調諧，其調諧速度過低。專利“光纖波導型法布里-珀羅光濾波器(CN1^8351) ”，采用單模光纖波導鍍膜結構，克服了反射面不平行對F-P濾波器性能的影響，解決了現有濾波器對腔面平行度要求高、制作難度大、造價高的問題。然而，它的調諧速度僅為毫秒量級，且通帶帶寬不可調。專利“一種高精細度電調諧集成光濾波器(CN18111501) ”，公開了一種高精細度電調諧光濾波器。該發明可以通過泵浦光功率對內增益的影響實現光譜帶寬和輸出增益的調節，可以獲得kHz量級的光譜精細度。但是其通帶帶寬和信道間隔不可調，不能實現大平坦寬度的通帶。電光可調濾波器(EOTF)具有亞微秒級的響應速度，能夠更好的滿足光網絡大容量、高速率的傳輸要求。有限脈沖響應(FIR)數字濾波器具有通帶頂部平坦、阻帶隔離度大等優勢，國外已報道了將HR算法嵌入光濾波器的理念，并得到了矩形度高、隔離度大等濾波特性，如參考文獻“Jinguji K, Kawachi M. Synthesis of coherent two-port lattice-form optical delay-line circuit[J]. J. Lightwave Technol. . 1995,13(1) 73-82”。不過，由于目標傳輸函數確定了該網絡的級聯級數、耦合角等物理參數，所以該濾波網絡不可調諧，靈活度不高
發明內容
為了得到一種響應速度快、邊模抑制比高、矩形度好以及通帶寬度可調諧的光濾波器，增強濾波器在以密集波分復用為基礎的光網絡中的節點中的適用性，從而減少網絡節點的接入損耗，提高信道的利用率，本發明提出一種將有限長脈沖響應(FIR)網絡嵌入到現有的電光偏振轉換器結構中的電光雙向可調HR濾波器，并設計了一種分立電壓的逆向求解方法，實現電光雙向FIR濾波。本發明采用如下的技術方案一種電光雙向可調HR濾波器，該種濾波器由偏振分束器和偏振轉換單元組成， 偏振轉換單元由在X切Y傳的鈦擴散鈮酸鋰波導上利用分立電壓控制的N級周期性分布的叉指電極組級聯結構構成，通過在Y方向上調節各分立電壓產生折射率的周期性微擾，使滿足相位匹配原則的波長發生準TE模與準TM模的偏振轉換，經過偏振分束器實現濾波。本發明同時提供一種上述濾波器的分立電壓確定方法設在y方向上，從波導輸入端口開始，按照Vl，V2, ...Vi, ... Vn的分立電壓順序依次加入到N級叉指電極組中，各級分立電壓按照如下方法確定第一步設定偏振轉換單元的具體物理參數級聯級數N、每級叉指電極組的長度 L。、每級叉指電極組的間隔距離Ld及器件的工作溫度T ；第二步設定所需波段的中心波長λ。，計算準TE模和準TM模的有效折射率nTE和 nTM設c為真空中光速，計算單位相對延時
權利要求
1. 一種電光雙向可調^R濾波器，該種濾波器由偏振分束器和偏振轉換單元組成，偏振轉換單元由在X切Y傳的鈦擴散鈮酸鋰波導上利用分立電壓控制的N級周期性分布的叉指電極組級聯結構構成，通過在Y方向上調節各分立電壓產生折射率的周期性微擾，使滿足相位匹配原則的波長發生準TE模與準TM模的偏振轉換，經過偏振分束器實現濾波；設在 y方向上，從波導輸入端口開始，按照Vl，v2, ...ν,, ...vN的分立電壓順序依次加入到N級叉指電極組中，各級分立電壓按照如下方法確定第一步設定偏振轉換單元的具體物理參數級聯級數N、每級叉指電極組的長度L。、 每級叉指電極組的間隔距離Ld及器件的工作溫度T ；第二步設定所需波段的中心波長λ。，計算準TE模和準TM模的有效折射率ηΤΕ和 ηΤΜ，設c為真空中光速，計算單位相對延時Δ τ = (nTE-nTM)Ld/C和自由光譜范圍FSR= 1/ Δ τ ；第三步根據公式:￡ “ 0 , n^=M分別求取準TE模和準TM模的傳輸常數 [PtmW = 2^ nTM^)I^βΤΕ(λ)和β (λ)，式中，λ取λ ^，并運用Ζ變換，求取在波段中心波長Xci、自由光譜范圍FSR以及通帶寬度與阻帶寬度比下的目標傳輸函數孖(ζ) = (Σ __0α,ζ-")ζΝ12，ak為H(Z)的第k階系數；第四步設X(Z)為ζ的任意函數，定義) ⑴=Χ*(1/ζ*), Χ*(1/ζ*)即為對ζ取復數共軛、取倒數后，對函數X取復數共軛，并設偏振轉換單元的瓊斯矩陣為酉矩陣 (H {z) -F,{z)\S= J7, Λ，則 H(ζ)H*(ζ)+F(ζ)F*(ζ) = 1，據此求得以、h N/2 bkH,(ζ))F(z、= jUz )z ,為F(z)的第k階系數；第五步定義任意數乂m]，表示m級級聯網絡中函數的第η階的系數Pn，其中，η = 0,1,2Lm，根據公式 % ‘ ^1. ^、= 0，1，21^-1，運用待定系數法，求得級數土從 [^ J = a[ J COS^ + " sin Q1N至1時，各個i級級聯器件中H(Z)和F(Z)的展開系數a[i]及b[i]，繼而求得各級耦合角θ^-actm^/^)，其中，才]和矽]分別是i級級聯器件中，傳輸函數為H(Z)和F(Z)的第i階的展開系數；第六步運用電壓Vi與耦合角θ i的關系= tTE = TM)λΙn3TEnTM 751 · /八及 θ i = kiLc求得各級分立電壓K = θ入小iTE=TMLcJn3TEn3TMy5l i = 1，2K N 其中，常數 ΓΤΕ = ΤΜ= 1，y51 = 28X10"12m/Vo
全文摘要
本發明涉及集成光學器件等技術領域，旨在設計一種用于光網絡節點的可調諧濾波器，該種濾波器由偏振分束器和偏振轉換單元組成，偏振轉換單元由在X切Y傳的鈦擴散鈮酸鋰波導上利用分立電壓控制的N級周期性分布的叉指電極組級聯結構構成，通過在Y方向上調節各分立電壓產生折射率的周期性微擾，使滿足相位匹配原則的波長發生準TE模與準TM模的偏振轉換，經過偏振分束器實現濾波。本發明同時提供一種上述濾波器的分立電壓的逆向求解方法，實現了電光雙向FIR濾波。本發明具有響應速度快、邊模抑制比高、矩形度好以及通帶寬度可調諧的優點。
文檔編號H03H17/02GK102324910SQ20111014221
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月30日 優先權日2011年5月30日
發明者劉菲, 李可佳, 金杰 申請人:天津大學