WNLO首次研制出基于单微盘谐振器双带通光学滤波器

2/17/2012，光纤在线讯 双带滤波器是一种在宽谱范围内具有两个通带或阻带的滤波器，在微波通信领域，双带滤波器常用来滤取两个有用的微波信号并加以合成，这方面技术发展已较为成熟。直到近几年，光学的双带滤波器才开始受到人们关注，结合光子集成技术，它在光调制、光开关、光信号处理与光传感等领域都有良好的应用前景。目前，集成双带光学滤波器主要基于两个级联的微环谐振器实现，而借助于环内光反射作用，单个微环也能得到双带光学滤波特性，使器件尺寸缩小一半，但其弊端是插入损耗较大。

   （WNLO）武汉光电国家实验室光互连及光信号处理团队首次提出并研制出基于单个微盘谐振器的双带光学滤波器，利用微盘双行波模工作特性，解决了双带光学滤波器的结构紧凑、低插入损耗与高隔离度难以兼得的难题。研究结果发表在美国光学学会期刊Optics Letters（2011, Vol.36,Issue 23, pp.4494-4496）上。相关研究得到了国家自然科学基金与光电国家实验室专项经费的支持。
     
   他们还首次基于传输矩阵理论，建立了描述波导耦合双模微盘谐振器光学响应的解析模型，并从物理上阐述了高性能双带滤波是由腔内两行波模式的共存与竞争引起的。与微环不同，微盘是一种多模谐振器结构，要使它保持双行波模工作，就应当有效激发两个低阶模，并强烈抑制其它高阶模式。FDTD方法数值模拟证明，微盘谐振器的半径比较小时，微盘的径向模式阶次数量只有两个，优化设计直波导尺寸及波导与微盘的间距，可以有效激发两个低阶模式，使它们具有相近的光学滤波特性。在SOI衬底上，采用微纳加工手段制出了波导耦合的微盘谐振器，微盘半径为3微米，波导宽度为300纳米，而波导与微盘的间距为170纳米（如图1）。实验测试表明，双带滤波器的光隔离度超过20dB，而插入损耗则小于2dB，实验结果与理论模型相符（如图2）。若利用硅中的等离子色散效应或热光效应，这种双带光学滤波器还可实现可调节功能。

   等离子色散效应是指载流子浓度变化导致材料折射率发生改变的现象，利用该机制实现可调节具有响应速度快、功耗低等特点。同样是基于硅的微盘谐振器，黄庆忠博士、张新亮教授、夏金松教授、余金中教授采用载流子注入手段（如图3），利用硅的等离子色散效应，改变了微盘中折射率分布，成功实现了对微盘光谱响应的有效控制，响应时间仅为2纳秒，相关研究结果发表在Applied Physics B (2011,Vol.105,pp.353-361)上，此项研究同样得到了国家自然科学基金与光电国家实验室专项经费的支持。

图1 基于微盘谐振器的双带光学滤波器的扫描电镜照片

图2 双带光学滤波器的两个输出端口的光谱响应

图3 微盘谐振器上集成载流子注入结构可实现对光谱响应的高速调节