本发明专利技术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。本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电子
、集成光学领域与光通信无源器件领域，它特别涉及电光 调谐长周期波导光栅波导滤波方法。
技术介绍
可调谐光滤波器是一种波长(频率)选择器件，它的功能是从许多不同波长(频率)的 输入光信号中，根据需要选择出一个特定波长(频率)的光信号。可调谐滤波器能够在任何 时刻筛选出一个或多个波长信号，实现波长转换、光分插复用(0ADM)和传输性能监测(0PM)， 是波分复用(WDM)系统、密集波分复用(DWDM)系统、动态可重构的WDM系统和光纤传感 系统等光信号传输和处理系统的关键器件。调谐范围、带宽和调谐速度是衡量可调谐光滤波 器性能的关键技术指标。近年来光通信技术及光纤传感技术的迅猛发展，需要同时具备高速 (ns量级)、大范围连续调谐、窄带宽(Gum)特点的可调谐光滤波器。目前的已报导的各 种可调谐光滤波器都不能满足上述要求。如基于法布里一珀罗(Fabry-Perot，简称F-P)腔结构的可调谐光滤波器， 一般通过改变 F-P腔腔长和F-P腔中介质的折射率来实现调谐。普通的F-P滤波器腔长为厘米量级，其调 谐范围非常窄，通常仅为几纳米。光纤间隙型F-P滤波器和MEMS型F-P滤波器将腔长縮 短到微米量级，虽然使其调谐范围能达到约一百纳米左右，但光纤间隙型F-P滤波器通过压 电效应来改变腔长，调谐速度慢(ms量级)；MEMS型F-P滤波器通过静电力作用(见文献 A. Lipsonand E.M. Yeatman， "A 1陽D Photonic Band Gap Tunable Optical Filter in (110) Silicon." Journal of Microelectromechanical Systems, 2007. 16(3): p. 521-527.)、磁电互作用(见文献 Hyung-Kew, L.， K. Kyu-Sang， and Y. Euisik， "A wide-range linearly tunable optical filter using Lorentz force." Photonics Technology Letters, IEEE, 2004.16(9): p. 2087-2089)来改变腔长其调 谐速度最高也只能达到100微秒量级。另外，液晶F-P微腔可调谐滤波器调(见文献L.Jian-Yu and K.M. Johnson, "Analog smectic C* ferroelectric liquid crystal Fabry-Perot optical tunable filter." Photonics Technology Letters, IEEE, 1995. 7(11): p. 1309-1311.)利用电光效应的谐速度 也只能达到几十微秒量级。光纤Bragg光栅滤波器反射的中心波长是Bragg波长光，同时传输其余的光。Bragg波 长满足X-2nA， n表示光纤纤芯的平均折射率,A表示光栅的周期。通常利用机械应力和温 度效应来改变光栅周期A，实现滤波器调谐，调谐速度慢(毫秒量级)。典型的光纤Bragg 光栅滤波器(见文献C. S. Goh, S. Y. Set, and K. Kikuchi, "Widely tunable optical filters based on fiber Bragg gratings," IEEE Photonics Technology Letters, 2002声光可调谐滤波器(AOTF)的原理是利用超声波使晶体的折射率产生周期性的变化， 形成对光束衍射的Bragg光栅，改变声波频率就可以实现调谐。典型的声光可调谐滤波器(见 文献T- Hosoi， S. Mizuta, and M. Kitamura. "Practical integrated acousto-optic tunable filter using a focused acoustic beam on X-cut Y-propagating LiNbO3." in Integrated Optics and Optical Fibre Communications, 11th International Conference on, and 23rd European Conference on Optical Communications (Conf. Publ. No.: 448). 1997)其调谐范围宽lOOnm， 3的dB带宽0. 7腦，但 调谐速度为微秒量级。长周期光纤光栅滤波器将满足相位匹配条件的波长的光从光纤纤芯中耦合入包层中损 耗掉，而其余波长的光仍在光纤纤芯中传输，从而形成一个带阻型的滤波器。虽然长周期光 纤光栅滤波器具有很好的波长选择性，但由于只能用温度和机械应力调谐，调谐速度慢，且 只能实现带阻滤波输出(见文献A. A. Abramov， B. J. Eggleton, J. A. Rogers, R. P. Espindola, A. Hale, R. S. Windeler， and T. A. Strasser, "Electrically tunable efficient broad-band fiber filter," Photonics Technology Letters, IEEE 11， 445-447 (1999).)。总之，目前的各种可调谐光滤波器都不能同时具有高速(ns量级)、大范围连续调谐、 窄带宽(〈1咖)滤波的能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，它具有高速(ns量级)、 大范围(几十nm)连续调谐、窄带宽(〈lnm)、实现互补的带通和带阻滤波等特点。 为了方便地描述本
技术实现思路
，首先做术语定义 定义1有效折射率法有效折射率法(effective index method)是通过引入导模等效折射率概念来求解三维矩 形介质光波导传播常数的一种近似解法。利用它可以求出己知材料和几何尺寸的矩形介质光 波导传播常数、导模有效折射率，也可以用它来对波导进行设计。等效折射率法的详细介绍 见教材(佘守宪，导波光学物理基础，北京北方交通大学出版社2002， ISBN7-81082-072-9)第四章。定义2 Marcatili法Marcatili法是以其创始人名字命名的用来求解三维矩形介质光波导电磁场的一种近似解法。 利用它可以求出已知材料和几何尺寸的矩形介质光波导传播常数、导模场分布、导模有效折 射率，也可以用它来对波导进行设计。Marcatili法的详细介绍见教材(Kenji Kawano，Tsutomu Kitoh， Introduction to Optical Waveguide Analysis:Solving Maxwell's Equations and the Schrodinger Equation ， John Wiley & Sons, Inc. 2001, ISBNs:0-471-40634-l)第二章。 定义3消逝场耦合系数计算公式两个相互平行相距很近的介质光波导的导模的消逝场彼此渗透到对方的芯区而引起的 光本文档来自技高网...
【技术保护点】
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：用传统的有效折射率法或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λ↓［０］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中矩形波导包式中ｎ↓［ｃｏ］为波导的材料折射率，γ↓［３３］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ΔＴ＝ｎ↓［ｃｏ］Ｌ↓［ｍｉｎ］／ｃ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λ↓［０］以外的所有光从矩形波导（１）的输出端输出；在矩形波导（２）的输出端输出带通输出结果，所述的带通输出结果是指：矩形波导（２）仅输出波长为λ↓［０］的光。层的几何尺寸，并计算出在静态谐振波长λ↓［０］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λ↓［０］＝（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...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永，张谦述，刘永智，张尚剑，廖进昆，李和平，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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