1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所航天工程部，上海 201800
为适应空间激光通信组网技术，多体制复用的通信方式应运而生。发送端采用强度调制器兼容实现了开/关键控（OOK）和二进制相移键控（BPSK）调制，接收端通过内差探测方式兼容实现了这两种调制信号的解调。在实际工程应用中，激光通信系统中散粒噪声、电子器件热噪声不可避免地会影响通信性能，在此基础上，进一步分析了强度调制器偏压点误差量与光学滤波器带宽大小对于非相干OOK和相干BPSK通信信噪比的影响。仿真结果表明：光学滤波器带宽对非相干OOK通信性能影响较大，接收光功率-46 dBm时，1 nm滤波带宽的非相干OOK信噪比开销约1.26；接收光功率-50 dBm以下时，20 nm滤波带宽的相干BPSK信噪比开销小于0.02。非相干OOK无编码通信灵敏度在1.25 Gbit/s速率时需满足-46 dBm@10-6，光滤波带宽应不大于0.8 nm，强度调制器偏压误差应控制在半波电压的1%以内。在消共模噪声和优化光滤波带宽条件下，1.25 Gbit/s速率的BPSK无编码通信灵敏度满足-55 dBm@10-6。
激光通信 多体制复用 强度调制器 内差解调 光滤波带宽 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706016
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 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 上海交通大学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
宽带、可调滤波器被认为是突破信息处理技术瓶颈的关键器件之一，可以有效提升信息网络的传输容量和频谱效率。提出了一种基于级联啁啾亚波长光栅辅助反向耦合器的超宽带可调滤波器。该滤波器采用绝缘体上硅材料，通过在反向耦合器中使用亚波长光栅和引入啁啾实现超宽带滤波，通过级联反向耦合器实现带宽可调。分析了反向耦合器的传输函数，提出了提高器件带宽的方法。采用单个反向耦合器结构可以实现带宽为64.07 nm，旁瓣抑制比大于10.5 dB，插入损耗约为0.60 dB的超宽带滤波器。通过级联该结构，可实现插入损耗为1 dB，带宽调节范围为44.30~48.92 nm的宽带可调滤波器。该宽带可调滤波器具有超大带宽、可调谐、矩形度高、尺寸小和可实现无中断传输等优势，能被广泛应用于光滤波和信息传输等领域中。
光学学报
2022, 42(14): 1405003
华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
纯相位迭代全息图可以用来设计空间光滤波器。由于介质与空气存在折射率差, 空间光在经过全息干板时, 会产生相位变化。文章以每个像素光刻胶的高度调制相位, 设计出了2.5D灰度全息空间光滤波器。文章还利用电子束光刻机进行灰度曝光, 制备不同高度的光刻胶, 通过干法刻蚀将图案刻蚀到硅片上。对电子束曝光工艺、显影参数、刻蚀工艺等进行了优化, 制备出了高衍射效率空间光滤波器, 并进行了表征。
全息光学 灰度曝光 空间光滤波器 hologram optics grayscale lithography spatial optical filter
1 杭州电子科技大学通信工程学院，浙江 杭州 310018
2 长春理工大学空间光电技术研究所，吉林 长春 130022
利用传输矩阵理论，对一种双Sagnac环滤波器的传输特性进行了理论推导和仿真分析，该滤波器由两段不同长度的保偏光纤(PMF)并联构成。仿真结果表明：该滤波器具有偏振无关和通道间隔可调的特性。对双Saganc环滤波器的传输谱进行了实验测试，通过调节滤波器中的偏振控制器(PC)，可以实现通道间隔的可调操作，调整入射光的偏振态并不会改变光谱形状，与理论分析得到的结论一致。最后，为了验证双Saganc环滤波器在激光器系统中的通道间隔可调特性，设计了一种基于四波混频(FWM)效应和双Sagnac环滤波器的通道间隔可调多波长掺铒光纤激光器。实验结果表明：该激光器可以输出通道间隔为0.9 nm或0.35 nm的多波长激光，这与仿真结果以及测量结果一致。
光纤光学 光滤波器 传输矩阵理论 双Sagnac环 通道间隔可调 偏振无关
1 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
2 大连理工大学 物理学院，辽宁 大连 116024
根据严格耦合波理论(RCWA)，提出了一种基于亚波长的双导模共振(GMR)光栅透射型滤波器的结构设计，其工作原理是利用对称式双GMR光栅将电磁能量全部集中在结构的波导层中，从而产生高效的共振峰。利用两个单GMR光栅串联，光栅间分别为无空气间隙和间隔2.13 ?滋m空气层两种结构。仿真结果表明，无空气间隙的双GMR光栅串联结构可实现在波长1 550 nm处的滤波，其峰值透射率约为100%，半峰宽(FWHM)可达0.012 nm；有空气间隙双GMR光栅串联结构将GMR与法布里-珀罗共振(FPR)相结合，在共振波长1 550 nm处的峰值透射率约为100%，FWHM为0.15 nm，并获得了平顶滤波曲线，平坦度约为0.1 dB，上述两种结构滤波器可用于光信息处理与光传感等领域。
亚波长结构 导模共振光栅 透射滤波器 超窄带光滤波器 sub-wavelength structure guided-mode resonant grating transmission filter ultra-narrow band optical filter 红外与激光工程
2020, 49(S1): 20200134
1 复旦大学通信科学与工程系电磁波信息科学教育部重点实验室, 上海 200433
2 复旦大学上海先进通信与数据科学研究院, 上海 200433
提出了一种采用单个光调制器生成多路无线和有线信号的系统方案,并成功实现了两路5 Gbaud四相相移键控(QPSK)无线信号和一路5 Gb/s二进制振幅开关键控(OOK)基带信号在80 km单模光纤(SMF)中的有效传输。利用双极化马赫-曾德尔调制器(DP-MZM)、功率耦合器、光滤波器等器件,实现了经济高效、结构简单的多路无线、有线双重服务,减小了信号间干扰、光纤色散走离效应等因素的影响,避免了传输距离的限制,提高了系统的可靠性。实验结果表明,5 Gb/s OOK基带有线信号经80 km SMF传输后的功率代价仅为1 dB,承载5 Gbaud QPSK的15 GHz和30 GHz信号经80 km SMF传输后的功率代价分别为2 dB和4 dB。
光纤光学 双极化马赫-曾德尔调制器(DP-MZM) 光纤色散 光滤波器 四相相移键控 光学学报
2020, 40(19): 1906001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间激光传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
提出了一种基于相位调制器(PM)和可调谐光滤波器产生线性调频激光信号的方法。该方法利用带有基频的微波线性调频信号作为相位调制器的驱动信号, 窄线宽的激光种子源经相位调制器调制后产生一系列的宽带线性调频激光信号。通过可调谐光滤波器抑制其他边带保留所需阶次的线性调频激光信号。实验结果表明: 当光滤波器保留正二阶调频激光信号时, 获得了调频带宽为2 GHz、调频速率为6 THz/s的线性调频激光信号。在观测时间为1 ms时, 测得的线性调频激光信号的瞬时线宽为3.2 kHz。该方法结构简单, 易于实现, 并且对调频连续波激光雷达、相干光谱分析等测量应用有重要意义。
激光器 线性调频 相位调制 光滤波器 laser linear frequency modulation phase modulation optical filter 红外与激光工程
2020, 49(2): 0205004
