1 北京交通大学 全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
2 北京交通大学 光波技术研究所，北京 100044
3 光子算数（北京）科技有限责任公司，北京 100080
为了适应滤波、波分复用等不同的应用场景，光子滤波器需要具备可调谐以及滤波形状可变的功能。提出一种集成光子储备池结构的新型可调谐光滤波器。该结构由输入层、储层、读出层三部分组成，输入层由2×1多模干涉仪组成，储层由定向耦合器以及波导组成，按螺旋拓扑规律相互连接组成梅花型网格，匹配粒子群寻优算法进行全光域训练，利用读出层的热光调制器和相移器对光信号的幅度和相位进行调整，实现无限冲激响应型与有限冲激响应型可调谐光滤波器。以无限冲激响应型光滤波器仿真结果为例，分析其自由光谱范围与储层中波导长度的关系，以及定向耦合器分光比对透射端透过率的影响。通过设置储层中波导的相位在0~3/2π范围内变化，实现了光滤波器中心波长在一个自由光谱范围（1.18 nm）内的连续可调。该滤波器采用集成光子储备池与粒子群算法结合方案设计，无需考虑储层光网络传输路径的权重配置，仅对读出层权重进行训练，大大简化了网络训练过程。同时，该滤波器具有尺寸小、功耗低、灵活性高、算法可控滤波参数的优势，广泛应用于集成微波光子学和光通信领域中。
集成光学 可调谐光滤波器 光子储备池 粒子群算法 integrated optics tunable optical filter photonic reservoir computing particle swarm optimization algorithm 红外与激光工程
2023, 52(9): 20220915
1 中央民族大学理学院, 北京 100081
2 北京交通大学电子信息工程学院， 北京 100044
3 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876
光纤激光器在光纤通信、光纤传感、光谱测量等众多领域有着广泛应用。设计并研制了一种基于数字微镜器件（DMD）实现滤波功能并具有多个输出端口的宽带连续可调谐掺铒光纤激光器。用行波速率方程模型对激光器的输出特性进行理论分析和仿真研究；在此基础上，搭建了具有8个输出端口的宽带可调谐掺铒光纤激光器实验系统；结果显示：各端口输出波长范围为50 nm，完整覆盖了整个C波段，并拓展到了S和L波段；激光器的阈值抽运功率为17 mW, 输出激光的3 dB带宽小于0.02 nm，边模抑制比大于50 dB。激光器在100 min内输出稳定性的实验测试结果表明，输出激光的功率波动小于0.4 dB，波长抖动小于0.02 nm。
激光器 光纤激光器 数字微镜器件 可调谐光学滤波器 多端口可调谐激光器 激光与光电子学进展
2018, 55(7): 071403
1 上海大学理学院, 上海 200000
2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室, 上海 200000
为实现调谐范围宽、调谐速度快、带宽窄、驱动电压低以及可批量化生产的可调光学滤波器, 提出了一种新型微机电系统(MEMS)可调光学滤波器。由高反射率可动光学镜面与准直扩束光纤端面组成法布里-珀罗(F-P)腔。通过静电驱动改变F-P腔的腔长以调整滤波器的输出光波长, 分析了可调光学滤波器的波长调谐原理和静电驱动原理, 给出了器件的结构参数和综合设计考虑。利用体硅加工工艺成功制作了可调光学滤波器样品, 并进行了实验测试。实验结果表明, 通过改变准直扩束光纤的初始位置, 3 dB带宽与自由谱域之间具有可调性。该可调光学滤波器兼备了MEMS技术与光纤技术的优点, 并且结构紧凑、工艺简单、驱动电压低, 可用于光通信等场合。
光纤光学 微机电系统 法布里-珀罗腔 可调光滤波器 静电驱动
1 华中科技大学 光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学 下一代互联网接入系统国家工程实验室, 湖北 武汉 430074
设计了一种基于MEMS技术的可调谐光学滤波器, 它通过光栅将输入的宽带光信号色散展开, 以一个MEMS扭镜选择将对应滤波器通带的光信号反射至输出端, 从而实现光学滤波和波长调谐功能。滤波器的输入端采用单模光纤, 输出端采用多模或者少模光纤, 可以实现窄带且平顶的通带特性。经过参数优化, 仿真分析得结果显示, 采用多模/少摸光纤输出的两种滤波器, 其0.5 dB和25 dB带宽分别为0.95 nm/0.29 nm和1.39 nm/0.69 nm, 分别满足100 GHz和50 GHz信道间隔的DWDM系统要求。由于输出端采用多模或者少摸光纤, 从该滤波器输出的光信号不能继续在单模光纤中传输, 只能由光探测器接收, 因此该滤波器一般应用于全光网络节点中的下载端口。
可调谐光学滤波器 密集波分复用 少模光纤 tunable optical filter dense wavelength division multiplexing(DWDM) MEMS Micro-Electro-Mechanical System(MEMS) few mode fiber(FMF) 红外与激光工程
2016, 45(7): 0720001
上海交通大学 电子工程系 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海200240
文章提出了一种基于多级级联延迟干涉结构的可重构光学滤波器, 可实现滤波带宽的调节。该级联干涉结构可重构为两类滤波器: 一类为单次延迟干涉器, 通过增加延迟量可实现滤波周期和带宽的调节; 另一类是多次延迟干涉器, 通过改变级联级数和光开关的分光比可实现固定滤波周期的带宽调节。采用传输矩阵方法建立了该延迟干涉滤波器的理论模型并进行了模拟仿真。二次和三次延迟干涉器测试结果表明, 阻带滤波带宽变化大于1/3个滤波周期。
光学器件 集成光子器件 可调光滤波器 optical device integrated phonic (optics) device tunable optical filter
1 太原理工大学 物理与光电工程学院
2 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 太原 030024
采用传输矩阵法分别模拟了缺陷层厚度、入射角度和膜厚微扰的变化对含空气缺陷的一维光子晶体滤波特性的影响.研究表明:对于空气厚度可调结构,在考虑色散的情况下,空气厚度每增加2 nm透射波长相应向长波方向移动约2 nm,二者基本呈1 :1的线性关系;对于入射角度可调结构,与正入射相比较,入射角度从0°到89°变化时,其全角度禁带分别减小了105 nm(TE模)、600 nm(TM模),TM模禁带受角度的变化影响较大;入射角从0°分别变化到16.9°(TE模)、17.0°(TM模)时实现C波段的可调滤波.同一周期内,两种材料的模厚误差的相互弥补,能够实现小范围的膜厚扰动不敏感,缩小实际滤过峰值与理论值的偏差,可降低制备光子晶体的难度.
一维光子晶体 传输矩阵法 可调谐光滤波器 膜厚微扰 光子禁带 透射谱 One-dimensional photonic crystal Transfer matrix method Tunable optical filter Thickness perturbation Photonic bandgap Transmittance spectra
大连理工大学物理与光电工程学院光子技术研究中心, 辽宁 大连 116024
提出了一种基于Sagnac环干涉结构的光梳状滤波器。该结构利用保偏光纤双折射效应产生梳状滤波响应，通过控制Sagnac环内相位调制器的驱动信号实现光学滤波器陷波深度与滤波波长的独立调谐。利用Jones矩阵对所提出的Sagnac环光滤波器的滤波响应函数进行研究，通过分析得到光滤波器的陷波深度和滤波波长分别与射频信号和直流偏压之间的关系。在此基础上构建实验链路，验证了系统的理论分析，实现了光滤波器陷波深度在0 dB~30 dB范围内的灵活控制；通过设置直流偏压在0~12 V范围内变化，实现了光滤波器滤波波长在一个自由光谱范围（0.5 nm）内的连续可调，波长调谐效率为0.043 nm/V。
光纤光学 可调光滤波器 Sagnac环形镜 双折射效应 Jones矩阵
1 武汉邮电科学研究院，武汉 430074
2 新一代光纤通信技术和网络国家重点实验室(筹)，武汉 430074
3 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
为了降低可调光滤波器的带宽，采用双光栅结构和基于微机电系统的反射镜相结合的方法，构建了具有波长连续可调谐的超窄带宽滤波器，并进行了理论分析和实验验证，取得了滤波带宽小于0.4nm的数据。结果表明，双光栅结构的光滤波器具有性能稳定、重复性优良的性能特点，并且很好地满足了带宽需求。这种结构显著降低了可调谐光滤波器的滤波带宽，提高了系统的稳定性。
光学器件 可调光滤波器 双光栅 微机电系统 optical devices tunable optical filter double gratings microelectromechanical systems
1 燕山大学信息科学与工程学院，河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 江苏天明机械集团有限公司, 江苏 连云港 222062
提出了一种基于充液毛细管代替多模光纤的可调谐反射式带阻滤波器，滤波器结构中重要组成部分是一段充入了溶液和汞的毛细管。毛细管的一端与单模光纤共轴对接，另一端用热熔胶密封。由于液体折射率大于毛细管折射率并且毛细管芯径较大，因此液体和毛细管相当于形成了一种大芯径的多模光纤。利用汞的高反射率，实现一种反射式的单模多模单模光纤滤波结构。由于毛细管液芯结构对温度的敏感性，在多模干涉原理的基础上，实现可调谐滤波，并从理论仿真和实验证实了可行性。该滤波器具有结构简单、成本低廉等特点，插入损耗为5.12 dB，3 dB带宽为3.3 nm，滤波范围可达到7 nm。
光学器件 多模干涉 毛细管 波分复用 液芯 可调谐滤波器
在 LiNbO3单模波导上利用双光束干涉可形成光折变波导光栅，针对粗波分复用系统提出了通过实时改变双光束之间的夹角进而改变光栅间距，实现可调谐滤波的方案。利用光折变动力学理论，得到光栅调谐时间在毫秒数量级。研究发现，适当提高光强和增加杂质掺杂浓度可提高衍射效率、减少光栅初次建立时间。基于耦合波理论的数值模拟结果表明，增大光栅长度能使衍射效率提高且带宽变小，而增加折射率调制度使衍射效率提高但同时带宽变宽。在折射率调制度为 8×10-5，光栅长度大于 12 mm时，可获得 91%以上的衍射效率和小于 0.08 nm的带宽。
光器件 可调谐滤波器 光折变光栅 光折变动力学 optical devices tunable optical filter photorefractive grating photorefractive dynamics
