带宽与谐振波长同时可调双环滤波器设计与分析 - 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

第47卷第6期通信技术 Vol.47 No.6
2014年6月 CommunicationsTechnology Jun. 2014
带宽与谐振波长同时可调双环滤波器设计与分析
刘 辉,郑加金,徐 林
南京邮电大学光电工程学院,江苏南京210046
摘 要:文中提出了种基于双波导双微环MZ干涉仪的简单、新颖的带宽和谐振波长同时可调的
带通滤波器。通过耦合模理论,推导了此结构的透射率公式,利用MATALAB软件编写程序,模拟了
微环温度的改变、不同环之间的温度差、耦合器的分束比对谐振波长和带宽可调性的影响。结果表
明微环温度的改变会使谐振波长移动,不同环之间的温度差会影响滤波器的带宽,耦合器的分束比
会使透射谱出现不对称性。这些结果对微环谐振滤波器的开发与应用具有重要指导意义。
关键词:微环滤波器;环形谐振腔;可调谐滤波
中图分类号:TP0413 文献标志码:A 文章编号:1002-0802201406-0623-03
可调谐性。
0 引 言
此前,国内外众多研究者已经对光学微环谐振
光学微环谐振器由于其结构简单,尺寸小且可
器进行了大量而卓有成效的研究 ,但大多数研
实现功能多,在大规模集成光学中作为种基本元
究者仅从有源或可调谐方面进行研究,其研究的微
器件可被应用于半导体激光器、光波导滤波器、光波
环结构大多不能同时实现带宽与谐振波长可调谐滤
导调制器等之中,而利用微环设计的可调谐滤波器
波 。文中提出了种基于双波导双微环
在WDM和DWDM中也有重要应用 。如果利用
MZ干涉仪的简单、新颖的带宽和谐振波长同时可
组成微环材料的热光效应,改变微环的有效折射率,
调的带通滤波器,并通过微加热装置,使其同时具有
可使滤波器的滤波波段改变,从而实现器件滤波的
收稿日期:2013-06-21;修回日期:2014-05-09 Receiveddate:2013-06-21;Reviseddate:2014-05-09
623第47卷第6期通信技术 Vol.47 No.6
ww2w01.4txj年szz6.c月om Commu通nic信at技ion术sTechnology Ju n.22001144年
带doi宽:1与0.谐39振69波j.长is可sn.调10谐02性-能08。02在.20此14过.0程6中.00重8点分析移动,这是因为,当加热时,其有效折射率会改变使
并讨论了微环温度的改变对滤波器的带宽以及谐振得光传播有效路径亦随着改变,如果有效折射率增
波长的影响,以及构成微环的材料的热光效应对滤加,则光传播有效路径就会增加,谐振波长就会发生
波功能的影响。文中工作有望为进步研究和开发红移。
带宽与谐振波长同时可调双环滤波器设计与分析
此类滤波器提供可靠的理论与实验依据。
刘 辉,郑加金,徐 林
1 理论模型
南京邮电大学光电工程学院,江苏南京210046
文中的模型是在两个单环分别为环1与环2
双直摘波 导要通:过文并中联提并出结了合种个基于MZ双干波涉导仪双构微成环。输MZ干涉仪的简单、新颖的带宽和谐振波长同时可调的
入光带经通过滤总波线器波。导通与过微耦环合波模导理之论间,的推耦导合了进此入结微构环的透射率公式,利用MATALAB软件编写程序,模拟了
谐振微腔环中温,微度环的谐改振变腔、不中同的环光之再间经的过温微度环差波、耦导合与器总的分束比对谐振波长和带宽可调性的影响。结果表
线波明导微之环间温的度耦的合改返变回会输使出谐总振线波波长导移中动。,光不从同输环入之间的温度差会影响滤波器的带宽,耦合器的分束比
端经3dB分束器分别进入两个微环中,通过微加热
会使透射谱出现不对称性。这些结果对微环谐振滤波器的开发与应用具有重要指导意义。
装置与来调谐两个单微环的谐振波长,进而可以使
关键词:微环滤波器;环形谐振腔;可调谐滤波
图1 温度差对滤波器光谱带宽的影响
得两个下载端的传递函数可以有部分的重叠。 MZ Fig.1Temperaturedifferenceinfluenceon
中图分类号:TP0413 文献标志码:A 文章编号:1002-0802201406-0623-03
干涉仪其中个臂上的微加热装置是用来使光场产
生个θ的相移,这样就可以让两臂中的光场产
进步通过精确数计算,可以发现谐振波长会
生相消干涉,从而达到增强下载端输出的光强的
随着两环升高温度分别从10K、12K至20K、25K时
目的。
发生的红移量,即谐振波长会从1507.01nm、
通过调节两个下载端传输函数中的偏移θ可
1509.24nm分别漂移至1518.30nm、1522.74nm,
以达到调节滤波器带宽的目的。除了热调谐以外,
即谐振波长会朝着长波方向移动,且随着温度的进
PN结中的载流子注入或载流子消耗也可以用来调
步升高,红移增加。同理如果微环纤芯是由具有
谐微环中谐振波长。但是热调谐的范围要比后者大
负热光系数的材料构成,DROP端谐振波长会发生
许多。
蓝移,且随着温度的升高,蓝移增加。蓝移是因为有
利用耦合模理论,可以分别推导出单环以及该
效折射率的增加使得光传播有效路径减少所致。上
结构的透射率公式为:
面两种情况,都会随着温度的进步升高,谐振波长
会重新回到原谐振波长。
从图1也可以看到,光谱的带宽也在发生变化。
即随着双环温度升高,其光谱带宽会变宽,蓝色、红
色、绿色光谱的3dB带宽分别为2.3nm、3.1nm、
式中,i1,2,t是两个单微环DROP端透射率,φ
4.8nm。即在两环温度差大小差别不大时,升高的
是MZ干涉仪两臂之间的相位差,其可以通过微加
温度越高,其带宽越宽。
热器被调谐到π,κ是光场的耦合系数,θ和a分别
从图1中还可以看到,随着温度差的增大,其光
可调谐性。
0 引 言
是绕环相移和光场传输系数。
谱带宽会变宽。引起这种现象的原因是当两环升高
此前,国内外众多研究者已经对光学微环谐振
光学微环谐振器由于其结构简单,尺寸小且可
的温度不同时,其有效光程差会有不 6-8同 ,即相位失谐
器进行了大量而卓有成效的研究 ,但大多数研
2实 现结功果能多与,分在析大规模集成光学中作为种基本元
量不同,从而导致两个单环光谱的谐振波长与带宽
究者仅从有源或可调谐方面进行研究,其研究的微
器件可被应用于半导体激光器、光波导滤波器、光波
下面首先分析采用此种双环结构的透射率光谱
不同,合成的双环光谱图的带宽也就会不同。具体
环结构大多不能同时实现带宽与谐振波长可调谐滤
导调制器等之中,而利用微环设计的可调谐滤波器
与单环光谱之间的不同之处。计算中参数设置如
点就是,随着两环谐振波长的间隔增大,其合成的
波 。文中提出了种基于双波导双微环
在WDM和DWDM中也有重要应用 。如果利用
下:t t 0.2,a0.99,微环半径为30μm,令环1光谱带宽就会变宽。
MZ干涉仪的简单、新颖的带宽和谐振波长同时可
组成微环材料的热光效应,改变微环的有效折射率,
与环2升高的温度分别12K、15K,13K、18K,16K、
图2仿真计算了分束器具有不同分束比时,其
调的带通滤波器,并通过微加热装置,使其同时具有