專利名稱：超窄帶通濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及光通信領域并且特別涉及呈現(xiàn)出改進特性的窄帶 帶通光濾波器。
背景技術：
透射光的特定波段的光帶通濾波器已經(jīng)在許多光學系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)有 廣泛應用。
由波導光柵路由器構造的光帶通濾波器雖然提供有用的窄帶帶通 特性，但有點笨重，難以制造并因此是昂貴的。
由全通濾波器和Mach-Zehnder結構構造的光帶通濾波器時常對于 波導損耗太敏感。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的原理，超窄帶通濾波器由具有Mach-Zehnder結構的兩 級全通濾波器布置構造。更具體地，級聯(lián)兩個極點/零點濾波器，使得 在沒有困擾現(xiàn)有技術的伴隨損耗的情況下實現(xiàn)期望的響應特性。
有利地，本發(fā)明抑制了單級濾波器中的波導損耗，顯著地改進了光 功率通過量(power throughput)和得到的信噪比而同時允許在沒有引 入濾波器接入損耗(access loss)或與相鄰信道相關的串擾的變化的 情況下實現(xiàn)寬范圍的通帶寬度。


在附圖中
圖1是現(xiàn)有技術的6階極點/零點濾波器的示意圖； 圖2是示出損耗對帶內(nèi)損耗和濾波器形狀的影響的插入損耗對歸— 化頻率的曲線圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的級聯(lián)濾波器的示意圖4是描迷了作為每個濾波器頻率響應的乘積的函數(shù)的總濾波器響 應的曲線圖；圖5示出了描述與根據(jù)本發(fā)明的濾波器的總通帶相對的通帶的曲線 圖(4A);描迷了與組件濾波器F1和F2相關的級聯(lián)濾波器的窄通帶的更 詳細的曲線圖(4B)，以及示出了作為濾波器的乘積FhF2的整體濾波器 的框圖(4C)。
具體實施例方式
下面僅示出了本發(fā)明的原理。因此將明白，本領域技術人員將能夠 設計各種布置，雖然沒有明確地描述或在這里示出這些布置，但是其體 現(xiàn)了本發(fā)明的原理并包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
此外，在這里記栽的所有實例和條件語言清楚地主要意圖為僅出于
技術的概念,并且要、被解釋為不限于這樣的具體所述的實例和條件:
而且，在這里描述本發(fā)明的原理、方面和實施例以及其具體實例的 所有陳述意圖包括其結構的和功能的等價物。另外，意圖在于這樣的等 價物包括現(xiàn)在已知的等價物以及在未來開發(fā)的等價物，即被開發(fā)來執(zhí)行 相同功能的任何元件，而不管結構怎樣。
因此，例如，本領域技術人員將明白，在這里的圖代表體現(xiàn)本發(fā)明 原理的說明性結構的概念視圖。
圖l示出了光學裝置100的示意圖，該光學裝置使用本領域技術人員 稱為Mach-Zehnder結構的結構。Mach-Zehnder結構在光傳輸系統(tǒng)中被廣 泛地使用，并且許多類型是已知和被充分理解的。
繼續(xù)參考圖l,可以觀察到，該裝置的結構包括由一對波導支路 (arm) 110和120光連接的一個或多個輸入波導103、 105以及一個或多 個輸出波導107、 109。因此，施加到榆入波導的光信號在經(jīng)由上支路IIO 和/或下支路120穿過該裝置之后將通過輸出波導退出。
同樣在圖l中示出了多個環(huán)形諧振器130[1] ...130 [6]，其中的某些 環(huán)形諧振器被光耦合到該裝置的上支路1 3 0或下支路14 0 。
這里應當注意，諧振器結構130[1] ... 130[6]被示出為在 Mach-Zehnder結構的外面。本領域技術人員將明白，這樣的諧振器(環(huán) 形諧振器或者其它)也可以在Mach-Zehnder結構內(nèi)。為了本發(fā)明的目的， 只要求這樣的諧振器結構光耦合到該裝置的Mach-Zehnder支路。
當以這種方式配置時，圖1中所描繪的裝置用作6階極點/零點濾波
5器。該裝置(濾波器)使用諧振器U0[1]…130[6]來設計支路110、 120 中的一個(或多個)相位。有利地，這樣的濾波器可以模擬其它已知濾 波器類型(包括Butterworth, Chebyshev和橢圓濾波器)的各種通帶特 性。
雖然像圖l中所示的那樣的現(xiàn)有技術濾波器配置的確利用相對低階 (在該實例中為6階)的布置實現(xiàn)了有些窄帶的、盒狀響應，但是不幸 的是，因為要求陡峭的(sharp)環(huán)形諧振群時延響應(大的(hca/人， 其中Q為在單個環(huán)內(nèi)的光功率的量)所以其對波導損耗敏感。參考圖2可 以明白這樣的理解，圖2示出了插入損耗UB)對歸一化頻率的曲線圖 并示出了損耗對帶內(nèi)損耗和濾波器形狀的影響。圖2中所使用的數(shù)據(jù)是4 階濾波器和10%通帶的數(shù)據(jù)。如可以容易明白的，損耗對通帶有明顯的 影響。
有利地，根據(jù)本發(fā)明，兩個極點/零點濾波器可以被串接 (concatenate)使得實現(xiàn)超窄通帶頻率響應一而沒有困擾現(xiàn)有技術的 伴隨損耗。更具體地，構成整體裝置的這兩個濾波器中的每一個的頻率 響應在期望通帶的每一側標稱地重疊小于50%。因此，通過改變組成該 裝置的組件濾波器，可以產(chǎn)生幾乎任何所需的頻率切片。通過這種方式， 得到的通帶是這兩個濾波器響應的乘積。
現(xiàn)在轉向圖3，其示出了根據(jù)本發(fā)明的包括兩個獨立的多階濾波器 370和380的串接濾波器300。第一濾波器370包括一個或多個輸入波導 303、 305以及一個或多個輸出波導307、 309,其分別由一對波導支路320 和310光連接。因此，施加到輸入波導的光信號將在經(jīng)由上支路320和/ 或下支路310穿過該裝置之后通過輸出波導而退出。最后，第一濾波器 370包括多個環(huán)形諧振器330 [1] ...330 [6]，其中的某些環(huán)形諧振器被光 耦合到濾波器的上支路320或下支路310。
第二濾波器380被類似地配置并包括一個或多個輸入波導313、 315 以及一個或多個輸出波導317、 319,其分別由一對波導支路350和340光 連接。因此，施加到輸入波導的光信號將在經(jīng)由上支路340和/或下支路 350穿過該裝置之后通過輸出波導而退出。與第一濾波器370—樣，第二 濾波器380包括多個環(huán)形諧振器360 [1] ".360 [6],其中的某些環(huán)形諧振 器被光耦合到該第二濾波器的上支路350或下支路340。
濾波器370、 380被串接使得第一濾波器370的輸出波導309光連接到
6第二濾波器380的輸入波導313。當然，本領域技術人員將明白，該光連 接僅是示例性的，并且可替代地第 一 濾波器的另 一 個輸出可以連接到第 二濾波器的另一個輸入。
如可以從圖3觀察到的，進入第 一 濾波器3 7 0的光信號在輸出波導 309處輸出并且然后被引入第二濾波器380的輸入波導313中。有利地， 經(jīng)過濾波的通過信號(through signal) 390在輸出波導317處被輸出而 經(jīng)過濾波的交叉(跌落(drop))信號395在輸出波導319處被輸出。本 領域技術人員將迅速地認識到與具有在單濾波器結構的輸出處可用的 通過信號和跌落信號兩者相關的優(yōu)點，其中該通過信號是那些落在整體 級聯(lián)濾波器的通帶內(nèi)的輸出信號而該跌落信號是那些落在整體級聯(lián)濾 波器的通帶外面的輸出信號。
該串接配置導致各個濾波器的頻率響應的交錯。如先前所述的，在 優(yōu)選實施例中，每一個獨立的濾波器的頻率響應都與期望的通帶重疊基 本上50%的量。如圖4中所描述的，當達到這樣的重疊時，串接結構的 濾波器響應是每 一 個獨立的濾波器的乘積。
更具體地，圖4(A)示出了與本發(fā)明的窄通帶(畫圏的區(qū)域)相對的 總通帶的曲線圖。在圖4(B)中的更詳細的曲線圖中示出了窄通帶，示出
系。最后，、圖4(c'r用圖;出了， #"據(jù)本發(fā);:月而;勾造的濾波器的整體響應
是這兩個組件濾波器F1和F2的乘積，其中通帶-Fl (x)F2。
為了配置該串接濾波器，分別配置每一個獨立的濾波器通帶響應。
如可以明白的，每一個的濾波器通帶可以被設置為允許相對寬的頻率范
圍，其反過來將濾波器損耗最小化。
隨后并根據(jù)本發(fā)明，單獨的濾波器通帶與另一個濾波器的通帶重疊 (參見例如圖4(B))。重疊的寬度決定了期望的級聯(lián)濾波器頻率響應的
寬度，即通帶。
如現(xiàn)在可以明白的，本發(fā)明的特定優(yōu)點是減輕在單級濾波器中所需 要的波導損耗抑制。同樣，顯著地改進了總的光功率通過量并因此改進 了器件的信噪比。另外，在沒有引入濾波器接入損耗變化的情況下可以 實現(xiàn)寬范圍的通帶寬度。最后，明顯減少了與相鄰信道相關的任何串擾。
應當注意，如果諸如根據(jù)本發(fā)明的窄通帶通過使用單MZ結構來嘗 試，將需要諧振器的非常高的Q值(~>100, 000 )。另外，也將需要非常
7低損耗的環(huán)形諧振器。
相反，根據(jù)本發(fā)明構造的器件大大放松了這些要求從而增強了它們 的可重復性、制造簡易性和相對低的成本。更具體地，大大小于先前提
到的IOO, OOO的Q值對于本發(fā)明是有效的。實際上，大約20, 000-50， 000 的Q值是特別有用和有效的。本發(fā)明的特定優(yōu)點是可以改變整體通帶一 而無需改變單個諧振器的單個Q特性。
另外，雖然已經(jīng)使用示例性數(shù)目的環(huán)形諧振器(即，在單獨的MZ結 構的每一個支路中為3)來示出和描述了本發(fā)明，但是本領域技術人員 將明白諧振器的數(shù)目可以改變，這取決于特定的通帶要求。特別是，對 于可預見的應用，少至總共三(3)個諧振器或者多至每個MZ結構十(10) 個諧振器是有用的。當然，當在MZ結構中諧振器的總數(shù)目是奇數(shù)時，那 么MZ結構是"不平衡的"一即在組成特定MZ結構的每一個支路中存在不 相等數(shù)目的諧振器。最后，組成整體裝置的兩個級聯(lián)濾波器中的諧振器 的數(shù)目也不需要相等。因此，本發(fā)明在其實現(xiàn)方案和應用上相當靈活。
最后，本發(fā)明特別有利的方面是它可以由各種已知材料(包括但不 限于硅、鈮酸鋰等)來構造。更具體地，它可以由任何具有不同于包層 折射率(cladding index )的核心折射率(core index )的材料來構造，_
乃至其中"包層折射率"是由空氣或其它周圍環(huán)境提供的。
這里，雖然已經(jīng)通過使用一些具體的實例來示出和描述本發(fā)明，但 是本領域技術人員將認識到該教導不被限制于此。因此，本發(fā)明應該僅 由附于此處的權利要求書的范圍來限定。
權利要求
1、一種光濾波器，包括第一Mach-Zehnder光學結構，其包括一對支路，其每一個支路都具有輸入端口和輸出端口以及光波導，該光波導將該輸入端口光互連到該輸出端口；第二Mach-Zehnder光學結構，其包括一對支路，其每一個支路都具有輸入端口和輸出端口以及光波導，該光波導將該輸入端口光互連到該輸出端口；特征在于該第一Mach-Zehnder結構的輸出端口中的一個光連接到該第二Mach-Zehnder結構的輸入端口；兩個Mach-Zehnder光學結構中的每一個支路都包括光耦合到其的一個或多個諧振器；以及在將輸入光信號施加到該第一Mach-Zehnder結構的輸入端口中的一個后，通過(THROUGH)輸出信號在該第二Mach-Zehnder結構的輸出端口中的一個輸出端口處是可用的并且跌落(DROP)輸出信號在該第二Mach-Zehnder結構的另一個輸出端口處是可用的。
2、 根據(jù)權利要求l的光學裝置，特征還在于 所述第一和第二Mach-Zehnder結構具有相等數(shù)目的諧振器。
3、 根據(jù)權利要求l的光學裝置，特征還在于 至少其中一個Mach-Zehnder結構具有奇數(shù)數(shù)目的諧振器。
4、 根據(jù)權利要求l的光學裝置，特征還在于 至少其中一個Mach-Zehnder結構具有偶數(shù)數(shù)目的諧振器。
5、 根據(jù)權利要求l的光學裝置，特征還在于 所述諧振器呈現(xiàn)出小于IOO, OOO的Q值。
6、 根據(jù)權利要求l的光學裝置，特征還在于該諧振器中的一個或多個呈現(xiàn)出基本與其它諧振器中的 一個或多個 不同的Q值。
7、 根據(jù)權利要求l的光學裝置，特征還在于在不改變單獨的諧振器的Q值的情況下該整體濾波器的通帶特性是可 調(diào)的。
8、 根據(jù)權利要求l的光學裝置，特征還在于每一個諧振器的Q值大于20， 000而小于1 00,000。
全文摘要
一種表現(xiàn)出超窄特性的帶通濾波器，其包括一對級聯(lián)的Mach-Zehnder(MZ)光波導結構(370，380)，該結構中的每一個都包括多個光耦合到該MZ結構的支路的每一個上的諧振器(330，360)。
文檔編號G02B6/293GK101495895SQ200780028749
公開日2009年7月29日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權日2006年7月29日
發(fā)明者M·拉斯拉斯 申請人:盧森特技術有限公司