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WNLO首次研制出基于單微盤(pán)諧振器雙帶通光學(xué)濾波器

星之球激光 來(lái)源:武漢光電實(shí)驗(yàn)室2012-02-18 我要評(píng)論(0 )   

雙帶濾波器是一種在寬譜范圍內(nèi)具有兩個(gè)通帶或阻帶的濾波器,在微波通信領(lǐng)域,雙帶濾波器常用來(lái)濾取兩個(gè)有用的微波信號(hào)并加以合成,這方面 技術(shù) 發(fā)展 已較為成熟。直到近...

 雙帶濾波器是一種在寬譜范圍內(nèi)具有兩個(gè)通帶或阻帶的濾波器,在微波通信領(lǐng)域,雙帶濾波器常用來(lái)濾取兩個(gè)有用的微波信號(hào)并加以合成,這方面技術(shù)發(fā)展已較為成熟。直到近幾年,光學(xué)的雙帶濾波器才開(kāi)始受到人們關(guān)注,結(jié)合光子集成技術(shù),它在光調(diào)制、光開(kāi)關(guān)、光信號(hào)處理與光傳感等領(lǐng)域都有良好的應(yīng)用前景。目前,集成雙帶光學(xué)濾波器主要基于兩個(gè)級(jí)聯(lián)的微環(huán)諧振器實(shí)現(xiàn),而借助于環(huán)內(nèi)光反射作用,單個(gè)微環(huán)也能得到雙帶光學(xué)濾波特性,使器件尺寸縮小一半,但其弊端是插入損耗較大。 

   (WNLO)武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室光互連及光信號(hào)處理團(tuán)隊(duì)首次提出并研制出基于單個(gè)微盤(pán)諧振器的雙帶
光學(xué)濾波器,利用微盤(pán)雙行波模工作特性,解決了雙帶光學(xué)濾波器的結(jié)構(gòu)緊湊、低插入損耗與高隔離度難以兼得的難題。研究結(jié)果發(fā)表在美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)期刊Optics Letters(2011, Vol.36,Issue 23, pp.4494-4496)上。相關(guān)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金與光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持。 
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   他們還首次基于傳輸矩陣?yán)碚?,建立了描述波?dǎo)耦合雙模微盤(pán)諧振器
光學(xué)響應(yīng)的解析模型,并從物理上闡述了高性能雙帶濾波是由腔內(nèi)兩行波模式的共存與競(jìng)爭(zhēng)引起的。與微環(huán)不同,微盤(pán)是一種多模諧振器結(jié)構(gòu),要使它保持雙行波模工作,就應(yīng)當(dāng)有效激發(fā)兩個(gè)低階模,并強(qiáng)烈抑制其它高階模式。FDTD方法數(shù)值模擬證明,微盤(pán)諧振器的半徑比較小時(shí),微盤(pán)的徑向模式階次數(shù)量只有兩個(gè),優(yōu)化設(shè)計(jì)直波導(dǎo)尺寸及波導(dǎo)與微盤(pán)的間距,可以有效激發(fā)兩個(gè)低階模式,使它們具有相近的光學(xué)濾波特性。在SOI襯底上,采用微納加工手段制出了波導(dǎo)耦合的微盤(pán)諧振器,微盤(pán)半徑為3微米,波導(dǎo)寬度為300納米,而波導(dǎo)與微盤(pán)的間距為170納米(如圖1)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明,雙帶濾波器的光隔離度超過(guò)20dB,而插入損耗則小于2dB,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模型相符(如圖2)。若利用硅中的等離子色散效應(yīng)或熱光效應(yīng),這種雙帶光學(xué)濾波器還可實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)功能。 

   等離子色散效應(yīng)是指載流子濃度變化導(dǎo)致材料折射率發(fā)生改變的現(xiàn)象,利用該機(jī)制實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)具有響應(yīng)速度快、功耗低等特點(diǎn)。同樣是基于硅的微盤(pán)諧振器,黃慶忠博士、張新亮教授、夏金松教授、余金中教授采用載流子注入手段(如圖3),利用硅的等離子色散效應(yīng),改變了微盤(pán)中折射率分布,成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)微盤(pán)光譜響應(yīng)的有效控制,響應(yīng)時(shí)間僅為2納秒,相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Applied Physics B (2011,Vol.105,pp.353-361)上,此項(xiàng)研究同樣得到了國(guó)家自然科學(xué)基金與光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持。 


圖1 基于微盤(pán)諧振器的雙帶光學(xué)濾波器的掃描電鏡照片



圖2 雙帶光學(xué)濾波器的兩個(gè)輸出端口的光譜響應(yīng)


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圖3 微盤(pán)諧振器上集成載流子注入結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜響應(yīng)的高速調(diào)節(jié)
 

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