一种电光调谐的长周期波导光栅滤波方法

摘要

本发明提供了一种电光调谐的长周期波导光栅滤波方法，它是通过构造带有长度为Lmin调谐电极和长周期波导光栅的耦合结构，利用耦合波导结构的波长选择性的光耦合功能，完成了对谐振波长λ0的滤波和实现带通滤波和带阻滤波；在调谐电极上施加调谐电压，利用电光效应实现滤波器的高速的连续调谐。它具有高速连续的线性调谐能力、大调谐范围和窄带宽的特点，具有同时实现互补的带通和带阻滤波双输出功能。本发明为建设下一代超大容量传输光网络、可重构智能光网络及智能光纤传感系统提供有力的技术支撑，具有广泛的应用前景。

主权项

1.一种电光调谐的长周期波导光栅滤波方法，其特征是它包含以下步骤：步骤1波长选择步骤1a：用有效折射率法或Marcatili法确定出针对在所要滤波光的波长范围单模工作的矩形波导的几何尺寸、导模的参数，所述的导模的参数包括：导模传输常数β，导模沿x方向的传输常数K_x，导模在包层中沿x方向的衰减系数p_x；并计算出在静态谐振波长λ₀下的导模的等效折射率N_co；步骤1b：用有效折射率法或Marcatili法确定计出步骤1a中矩形波导包层的几何尺寸，并计算出在静态谐振波长λ₀下矩形波导包层的n阶包层模式的等效折射率N_cl，n，n＝1，2，3...，n为包层模序数；步骤1c：根据导模的等效折射率N_co、n阶包层模式的等效折射率N_cl，n，利用长周期波导光栅的相位匹配条件λ₀＝(N_co-N_cl，n)Λ，选择n阶包层模式中的基模的等效折射率N_cl，n，此时n＝1，确定长周期波导光栅的周期Λ值；步骤2滤出光的空间分离步骤2a：根据步骤1确定出的单模矩形波导的几何尺寸和长周期波导光栅的周期Λ值，在两路波导上刻蚀长周期波导光栅；将已刻蚀长周期波导光栅的两路波导平行放置、间距为d，构成耦合波导结构；并用消逝场耦合系数计算公式计算出消逝场耦合系数小于0.01m^-1所需的波导间距d；步骤2b：采用Marcatili法得到波导的导模场分布；采用Marcatili法确定步骤1c中选择出的包层模式的场分布；再用模式耦合系数计算公式计算出导模和该包层模式在光栅区域的耦合系数K；步骤2c：利用步骤2b得到的耦合系数K，用公式计算出长周期波导光栅的最短光栅长度Lmin；步骤2d：将耦合波导结构中的长周期波导光栅的长度设计为Lmin；步骤3波长连续调谐步骤3a：上调谐电极制作根据步骤1b中确定出的包层几何尺寸在耦合波导结构中的两路波导上制作包层(3)，并在包层(3)上制作长度、宽度与包层的几何尺寸相等的上缓冲层(4)；再在上缓冲层(4)上两个矩形波导(1、2)正上方分别制作宽度与步骤1a中波导宽度相等、长度为长周期波导光栅的最短光栅长度Lmin的两个矩形波导对应的上调谐电极(6)，；步骤3b：底电极制作在耦合波导结构中的两个矩形波导(1、2)正下方制作下缓冲层(5)，再在下缓冲层(5)下方制作与步骤1b中两个矩形波导(1、2)的包层的几何尺寸相同的底电极；步骤3c：在上调谐电极(6)上连续地改变调谐电压，滤出光的波长λ₀随调谐电压连续地改变，从而实现滤出光波长的连续调谐；调谐范围由计算出，式中n_co为波导的材料折射率，γ₃₃为波导材料的电光系数，Λ为长周期波导光栅的周期Λ，D为上调谐电极与底电极间距；V_in为调谐电压；长周期波导光栅滤波器上调谐电极长度等于最短长周期波导光栅长度Lmin，由光渡越时间公式计算出光渡越时间ΔT，式中，n_co为波导的材料折射率，c为真空中的光速，从而可以计算出调谐速度1/ΔT；步骤4带通输出与带阻输出在所述两个矩形波导中第一矩形波导(1)的输出端输出带阻输出结果，所述的带阻输出结果是指：在所要滤波光的光波长范围内除波长λ₀以外的所有光从所述两个矩形波导中第一矩形波导(1)的输出端输出；在所述两个矩形波导中第二矩形波导(2)的输出端输出带通输出结果，所述的带通输出结果是指：所述两个矩形波导中第二矩形波导(2)仅输出波长为λ₀的光。