光栅型双波带滤波器及波长信号插分复用的实现方法

本发明属于光栅滤波器，具体涉及一种光栅型双波带滤波器及波长信号插分复用的实现方法。

背景技术：

1、光滤波器是一种用于波长选择的仪器，其功能是从多个波长中选取所需的特定波长，同时将其他波长的光束进行阻挡，这种滤波器在多个领域中具有广泛的应用价值，包括但不限于波长选择、光放大器的噪声滤除、增益均衡以及光复用/解复用等。双波带滤波器在光纤模块和系统领域实现了波长范围或通道的优化管理，减少了光学模块的组件数量，提升了性能，并在主要网络的光骨干网中实现了更快速的数据传输，目前应用的双波带滤波器是由分离式元件耦合而成，具有成本高、尺寸大和难封装等缺点，这使得其无法满足下一代大容量、多通道的波分复用传输需求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术问题，利用基于平面光波导的光学滤波器易加工、小尺寸和低成本等特点，本专利提供了一种光栅型双波带滤波器，包括：

2、模式解复用器、脊型波导双光栅、直通波导，所述模式解复用器、脊型波导双光栅和直通波导依次相连；

3、所述脊型波导双光栅包括脊型多模波导双光栅结构，所述脊型多模波导双光栅结构包括反对称结构的底波导的结构齿和脊波导的结构齿，其中脊型波导双光栅中间位置的底波导的结构齿和脊波导的结构齿反对称设置，且过渡到脊型波导双光栅两端位置的底波导和脊波导对称设置；

4、通过模式解复用器输入的基模，在布拉格波长谐振条件附近反向耦合成高阶模，所反射回的高阶模通过模式解复用器输出，未反射的基模通过直通波导输出，从而实现对波长信号的插分复用。

5、可选的，所述模式解复用器包括：输入单模波导、下载单模波导、模式解复用工作区和前连接渐变波导，其中输入单模波导作为输入端口，下载单模波导作为下载端口，输入单模波导的输出端和下载单模波导的输入端分别连接模式解复用工作区的一端，输入单模波导的输入端和下载单模波导的输出端为自由端，模式解复用工作区的另一端连接前连接渐变波导的输入端，前连接渐变波导的输出端连接脊型波导双光栅的输入端。

6、可选的，所述脊型波导双光栅包括依次连接的前转换脊型波导、前渐变脊型光栅、脊型多模波导双光栅、后渐变脊型光栅和后转换脊型波导。

7、可选的，所述脊型波导双光栅的前渐变脊型光栅和后渐变脊型光栅为布拉格光栅结构，包括沿着滤波器输入传播方向的底波导和脊波导，所述底波导和脊波导具有渐变矩形结构齿；所述底波导和脊波导沿滤波器输入的传输方向两侧的各个矩形结构齿的末端高度一致，前渐变脊型光栅和后渐变脊型光栅的渐变矩形结构齿的宽度分别为沿滤波器的输入传输方向和传输反方向按变化函数渐变分布，实现脊型波导模式转换为布拉格光栅波导模式。

8、可选的，所述脊型多模波导光栅的前转换脊型波导和后转换脊型波导具体包括宽度不变的底波导和渐变脊波导，前转换脊型波导和后转换脊型波导的渐变脊波导分别沿滤波器输入的传输方向和传输反方向按变化函数渐变分布，实现条形波导模式转换为脊型波导结构，所述的变化函数为线性函数或二阶函数。

9、可选的，所述脊型多模波导双光栅通过对底波导和脊波导每个布拉格光栅沿滤波器的输入传播方向的错位大小分布，分布按变化函数的渐变分布实现光栅切趾，

10、可选的，所述变化函为高斯函数、汉明函数或正弦函数。

11、可选的，所述脊型多模波导双光栅底波导和脊波导的布拉格光栅满足相位匹配条件：

12、(n0+nm)/2＝λ/λ

13、其中，n0为第0阶模式有效折射率，nm为第m阶模式有效折射率，λ为布拉格波长，λ为光栅齿周期。

14、可选的，所述直通波导包括：后连接渐变波导和直通单模波导，其中直通单模波导作为直通端口。

15、本发明还包括一种采用双波带滤波器的波长信号插分复用的实现方法，包括：

16、通过模式解复用器输入的基模，在布拉格波长谐振条件附近反向耦合成高阶模，所反射回的高阶模通过模式解复用器输出，未反射的基模通过直通波导输出，从而实现对波长信号的插分复用。

17、综上内容，本申请所述的光栅型双波带滤波器具有如下优点：

18、1、本发明通过引入脊型多模波导双光栅的结构，实现了波长信号的插分复用，具有灵活的带宽调节范围，可以实现各种不同带宽需求的滤波器，并且可实现平坦化、低损耗的光谱响应；

19、2、本发明通过利用脊型波导光栅及相应的切趾方式，显著降低了切趾中光栅本地折射率的变化，实现了高边模抑制比的光栅滤波器，并能实现具有大自由频谱范围限制的滤波器，满足下一代大容量、多通道的波分复用传输需求；

20、3、本发明引入了高阶模的反射信号及模式复用器，具有容差大、损耗小的优势，实现了双波带的插分复用；

21、4、本发明可以用平面集成光波导工艺制作，工艺简便、成本低，损耗小，与传统cmos工艺兼容，具有大规模生产的潜力。

技术特征：

1.一种光栅型双波带滤波器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的光栅型双波带滤波器，其特征在于，所述模式解复用器包括：输入单模波导、下载单模波导、模式解复用工作区和前连接渐变波导，其中输入单模波导作为输入端口，下载单模波导作为下载端口，输入单模波导的输出端和下载单模波导的输入端分别连接模式解复用工作区的一端，输入单模波导的输入端和下载单模波导的输出端为自由端，模式解复用工作区的另一端连接前连接渐变波导的输入端，前连接渐变波导的输出端连接脊型波导双光栅的输入端。

3.如权利要求1所述的光栅型双波带滤波器，其特征在于，所述脊型波导双光栅包括依次连接的前转换脊型波导、前渐变脊型光栅、脊型多模波导双光栅、后渐变脊型光栅和后转换脊型波导。

4.如权利要求3所述的脊型波导双光栅，其特征在于，所述脊型波导双光栅的前渐变脊型光栅和后渐变脊型光栅为布拉格光栅结构，包括沿着滤波器输入传播方向的底波导和脊波导，所述底波导和脊波导具有渐变矩形结构齿；所述底波导和脊波导沿滤波器输入的传输方向两侧的各个矩形结构齿的末端高度一致，前渐变脊型光栅和后渐变脊型光栅的渐变矩形结构齿的宽度分别为沿滤波器的输入传输方向和传输反方向按变化函数渐变分布，实现脊型波导模式转换为布拉格光栅波导模式。

5.如权利要求3所述的光栅型双波带滤波器，其特征在于，所述脊型多模波导光栅的前转换脊型波导和后转换脊型波导具体包括宽度不变的底波导和渐变脊波导，前转换脊型波导和后转换脊型波导的渐变脊波导分别沿滤波器输入的传输方向和传输反方向按变化函数渐变分布，实现条形波导模式转换为脊型波导结构，所述的变化函数为线性函数或二阶函数。

6.如权利要求1所述的光栅型双波带滤波器，其特征在于，所述脊型多模波导双光栅通过对底波导和脊波导每个布拉格光栅沿滤波器的输入传播方向的错位大小分布，分布按变化函数的渐变分布实现光栅切趾。

7.如权利要求4所述的光栅型双波带滤波器，其特征在于，所述变化函为高斯函数、汉明函数或正弦函数。

8.如权利要求1所述的光栅型双波带滤波器，其特征在于，所述脊型多模波导双光栅底波导和脊波导的布拉格光栅满足相位匹配条件：

9.如权利要求1所述的光栅型双波带滤波器，其特征在于，所述直通波导包括：后连接渐变波导和直通单模波导，其中直通单模波导作为直通端口。

10.一种采用如权利要求1所述的光栅型双波带滤波器的波长信号插分复用的实现方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明属于光栅滤波器技术领域，具体涉及一种光栅型双波带滤波器及波长信号插分复用的实现方法。所述光栅型双波带滤波器包括模式解复用器、脊型波导双光栅、直通波导，本发明通过引入脊型波导双光栅及切趾技术，实现双波带的插分复用。获得了具有高灵活带宽调节范围、高边模抑制比、低损耗、平顶型光谱的片上波导型双波带插分滤波器，具有工艺简单、性能优异等优点。技术研发人员：刘大建,戴道锌,张龙,贺江豪,朱明愚受保护的技术使用者：浙江大学杭州国际科创中心技术研发日：技术公布日：2024/5/27