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 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
1 光纤通信技术和网络国家重点实验室，湖北 武汉430074
2 武汉光迅科技股份有限公司，湖北 武汉430074
文章介绍了一种基于微电子机械系统(MEMS)技术的可调谐光滤波器(TOF)，分析了其基本原理和光学结构，给出了合理的设计方案及所进行的实验验证。实验结果表明，该滤波器性能优良，20 dB带宽＜0.65 nm，3 dB带宽＜0.24 nm，整个光路的插损控制在2 dB以内。根据该方案设计的滤波器具有体积小、成本低和波长调谐范围大等特点，而且能实现窄带滤波，可以广泛用于光通信系统和传感领域。
微电子机械系统 光栅 可调谐光滤波器 MEMS grating tunable optical filter
1 新一代光纤通信技术和网络国家重点实验室(筹), 武汉 430074
2 武汉光迅科技股份有限公司, 武汉 430074
3 烽火通信股份有限公司, 武汉 430074
光通信系统要求可调谐光滤波器(TOF)隔离度高, 偏振敏感性低, 目前基于角度调谐滤光片技术的TOF 很难满足这一要求。通过膜系仿真分析了此类TOF 透射谱劣化的原因。针对不同偏振态的光束在倾斜入射时中心波长及带宽分离现象, 提出一种对称反转光路对TOF 透射谱进行优化, 可在整个透射范围内(C 波段)将TOF 的隔离度提高到30 dB 以上, 偏振相关损耗减少至0.2 dB 以下。同时由于光路的对称性, 不同偏振光光程相同, 避免了添加额外的波片补偿装置。研制样品经过测试, 实现了C 波段内96 个ITU-T 通道的调谐, 实验所得结果与理论相吻合。
倾斜入射 偏振敏感性 隔离度 可调谐光滤波器 tilted incidence polarization sensitivity isolation TOF
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
提出了一种实时的可调谐光滤波器(TOF)非线性标定方法。基于可调谐光滤波器的输出特性构建了可调谐光滤波器非线性实时标定系统。采用最小二乘多项式拟合法建立了可调谐光滤波器波长电压响应曲线，用于描述光滤波器的非线性特性。采用带波长阻隔的F-P标准具测试了可调谐光滤波器的波长随机误差，结果表明采用参考波长值可使可调谐光滤波器波长随机误差降低37%～95%。将这种实时标定方法应用于气压传感系统，可明显提高传感器的波长定位精度，降低系统误差，实现高灵敏度气压传感。
测量 光纤传感 实时 非线性标定 可调谐光滤波器 F-P标准具
天津大学 精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300072
报道了采用Fabry-Perot(F-P)可调谐光滤波器和掺铒光纤放大器(EDFA)构建混合式光纤物理和化学传感系统。系统具有开环和闭环两种结构,采用1×2光开关进行相互切换,可分别实现物理和化学参量的准分布式、高灵敏度传感。在开环系统中,EDFA作为宽带光源,光纤Bragg光栅(FBG)为传感器,F-P可调谐光滤波器通过波长扫描实现FBG光谱采集,进而解调得到应变、温度等物理量。在闭环系统中,EDFA和F-P可调谐光滤波器构成环腔光纤激光器,将基于C-lens设计的传感气室放入光纤谐振腔内,激光器在EDFA增益带内扫描一个周期可获得气室内多种气体的吸收光谱,从而实现不同种类气体的同时传感。系统用于应变传感时灵敏度优于3 με,用于乙炔气体传感时灵敏度优于75×10-6,同时还可实现气体种类识别。
传感器 光栅 可调谐光滤波器 掺铒光纤放大器 环腔光纤激光器
1 华中科技大学 光电子工程系，湖北 武汉 430074
2 武汉光迅科技股份有限公司，湖北 武汉430074
文章提出了一种基于微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)的新型可调谐光滤波器(OTF)，分析了其基本原理和结构，研究了其光学特性，并制作出了OTF成品。得到的OTF成品体积只有51 mm×16 mm×10 mm，3 dB带宽约为0.3 nm，具有体积小、控制简单和光学性能优良等特点。最后,研究了这种MEMS OTF用于EDFA前置放大器时的特性。
微电子机械系统 可调谐光滤波器 掺铒光纤放大器 MEMS OTF EDFA
1 西南交通大学,信息科学与技术学院,光通信与光器件研究所,四川,成都,610031
2 电子科技大学,光电信息工程学院,四川,成都,610054
结合Mach-Zehnder干涉原理和多模干涉(MMI)耦合器的散射矩阵,从理论上推导出梯形干涉链可调谐光滤波器(LTOF)输出光场的表达式,采用优化算法搜索出不同级联级数下MMI耦合器的最佳分光比,并分析了衍射阶数和电极长度对LTOF调谐输出性能的制约关系.结果表明,对应最大峰值功率,存在随级联级数增加而增大的最佳分光比;增加级联级数会导致峰值功率和3 dB带宽减小,峰值隔离度增大;电极长度为原电极的1.4倍时,可实现LTOF连续双向宽调谐的功能.通过比较,验证了理论模型及分析方法的正确性.
导波光学 可调谐光滤波器 梯形干涉链结构 分光比 连续调谐
中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点实验室,北京,100083
用传输矩阵方法,在简化的光学模型基础上,分别讨论了分布式Bragg反射镜DBR (Distributed Bragg Reflector)的生长精度及镜面起伏对1.55 μm Si基MEMS (Micro-Electro- Mechanical-System)可调谐光滤波器透射谱的影响.计算表明:DBR生长误差仅使主透射峰位置发生变化,而镜面起伏是导致主透射峰性能劣化的主要原因,它使得FWHM增大,透射峰强度下降.理论计算结果能较好地解释实验现像.在此基础上,进一步讨论了引起镜面起伏的多种原因,并提出了可能的解决方法.
可调谐光滤波器 镜面起伏 Fabry-Perot
