CN1700625A

CN1700625A - 用于多波长激光器***的梳状滤波器

Info

Publication number: CN1700625A
Application number: CN 200510025245
Authority: CN
Inventors: 陆海峰; 曹庄琪; 李红根; 沈启舜; 邓晓旭
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2005-11-23
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: CN100413236C

Abstract

一种光通信技术领域的用于多波长激光器***的梳状滤波器。在一介质薄膜上下表面分别镀上上层金属膜和下层金属膜，形成了双面金属包覆介质波导，所述的介质薄膜，薄膜的平行度小于20’，所述的上层金属膜，其工作波长吸收比介质薄膜小的贵金属，所述的下层金属膜，厚度比介质薄膜、上层金属膜厚，信道宽度由介质薄膜的厚度决定，为c/2△_V，其中c为光速，Δv为信道宽度。本发明具有结构简单、制作方便、成本低廉，滤波信号隔离度高，信道平坦性好，工作范围宽，信道宽度可调谐的优点，适合于在多波长激光器中的应用。

Description

用于多波长激光器***的梳状滤波器

技术领域

本发明是一种光通信技术领域的滤波器，尤其是一种用于多波长激光器***的梳状滤波器。

背景技术

随着信息时代的到来，人们对于信息传输量的需求呈指数级增长，尤其是互联网的飞速发展，对通信带宽提出了更高的要求。为了利用现有的光纤网络达到扩容的目的，科学技术人员发展了波分复用(WDM)和密集波分复用(DWDM)技术，基本原理是将多路光信号同时耦合到一根光纤中进行传输。由于WDM和DWDM技术的发展，对激光光源提出了新的要求，迫切需要一种能同时产生多个波长的激光光源。现有的多波长激光器都是基于掺铒光纤(erbium-doped fiber，EDF)的环型光纤激光器(fiber ring laser，FRL)。主要由一个波长为980nm的泵浦激光器，一个波分复用耦合器(WDM coupler)，一根掺铒光纤(EDF)，一个偏振控制器(Polarization controller)，一个梳状滤波器(comb filter)，一个隔离器，一个输出耦合器组成。980nm的激光通过WDM耦合进光纤，泵浦掺铒光纤(增益介质)，其增益谱是一个宽带连续谱。梳状滤波器在此处就起到波长选择的作用，使得只有经过梳状滤波器选择的一些特定波长才能得到增益放大并从耦合器输出。偏振控制器可以调节光纤中激光的偏振状态，隔离器保证了光纤环的单向性。各种多波长激光器的结构组成基本雷同，主要的不同点在于选用何种梳状滤波器。因此，梳状滤波器成为多波长激光器的一个关键部件。梳状滤波器的主要功能就是对波长的周期性调制，就像一把波长的梳子，对输入的某些波长起滤除的作用，使得输出形成了一系列等间隔的波长通道。

经对现有技术文献的检索发现，级连的长周期光纤光栅型(“Wavelength-division multiplexing isolation fiber filter and light source usingcascaded long-period fiber grating”，发表在Optical Letters，Vol.23，No.7上)，马赫-曾得干涉型(“Multi-wavelength operation of an erbium-doped fiberring laser using a dual-pass Mach-Zehnder comb filter”，发表在OpticalCommunication，Vol.169，pp159-165上)，光纤光栅Sagnac loop型(“Fibergrating Sagnac loop and its multiwavelength-laser application”，发表在IEEE Photonics Technology Letters，Vol.12，No.8上)。级连的长周期光纤光栅型是在一根光纤上相隔一定距离制作两个完全相同的长周期光栅，形成类似FP腔的结构。梳状滤波器的信道宽度由两个光栅间的距离控制。这种结构最大的困难之处在于要制作两个完全相同的长周期光栅，在加工中需要很精确的控制技术。马赫-曾得型是将光分成两路，分别经过不同的光程再进行干涉输出。这种结构制作工艺难度也比较大。光纤光栅Sagnac Loop型是将光纤布拉格光栅非对称的置于一个Sagnac Loop中，形成一种Sagnac干涉。这种结构的滤波器具有设计和制作简单，低***损耗的优点，但不具备信道宽度的可调谐性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于多波长激光器***的梳状滤波器，使其通过双面金属包覆介质波导的自由空间耦合技术，激发波导中的共振模，形成对入射光在某些波长上的共振吸收，使得出射光具有梳状滤波的特性。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明在一介质薄膜上下表面分别镀上上层金属膜和下层金属膜，形成了双面金属包覆介质波导，所述的介质薄膜，薄膜的平行度小于20’，所述的上层金属膜，其工作波长吸收比介质薄膜小的贵金属，所述的下层金属膜，厚度比介质薄膜、上层金属膜厚，信道宽度由介质薄膜的厚度决定，为其中c为光速，h为介质薄膜厚度。当一束准直的宽带光以入射度θ入射到波导上层金属膜时，某些特定波长的光与波导中的导模形成共振，被耦合进波导，使得反射光滤除了这些波长，具有了梳状滤波的特性，形成了一系列具有相同宽度的信道，即达到了双面金属包覆介质波导作为梳状滤波器使用的目的。

所述的介质薄膜，材料可采用光学玻璃、晶体材料、聚合物等，要求对工作波长没有吸收或吸收很小，折射率的虚部小于0.00001。并且薄膜的平行度小于20’。由于采用双面金属包覆介质波导的自由耦合技术(可耦合有效折射率小于1的模式)，因此对薄膜的折射率没有要求。但如果介质薄膜是非各向同性材料，则器件具有偏振相关性。因为不同的偏振光具有不同的折射率，其对应的共振吸收波长也不一样。如果介质薄膜为各向同性材料(如光学玻璃)，那么该滤波器是偏振无关型的。介质薄膜的厚度视具体情况，根据所要求的信道宽度来设定。薄膜越厚，则信道宽度越窄，一般设计为亚毫米量级。

所述的上层金属膜，上层金属膜选用对工作波长吸收较小的贵金属，一般情况下金、银即可。由于采用金、银等贵金属，反射率很高，因此器件的***损耗低。上层金属膜最重要的是厚度的设计，因为金属膜的厚度对波导共振吸收的影响强烈，所以金属膜的厚度直接影响到信道间的隔离度。吸收越强，信道隔离度越高，可以达到15dB以上。厚度的设计跟工作波长、金属在工作波长下的介电常数以及中间层薄膜的厚度有关，可以预先进行理论模拟。一般厚度在15nm-40nm之间。

所述的下层金属膜，不但起到波导包覆层的作用，也起到了耦合层的作用，因此厚度比较薄。而下层金属膜在波导中只起到包覆层的作用，因此厚度较大，以防止光的泄漏。一般大于200nm。材料的选择同上层金属膜。

所述的光源入射角θ，是滤波器可调谐性的关键所在。信道宽度基本上由中间层薄膜的厚度决定，但通过改变入射角θ可以在一定范围内(信道宽度的20％左右)对其进行调谐。

本发明利用波导对入射到其上层金属膜的光具有选择性共振吸收的特性，形成了对入射光的梳状滤波。这种方法具有结构简单、制作方便、成本低廉；滤波信号隔离度高，大于12dB以上；信道平坦性好，不同信道的不平坦性小于0.2dB；工作范围宽，可工作于全波段；信道宽度可调谐的优点，适合于在多波长激光器中的应用。

附图说明

图1本发明的工作原理图

其中：上层金属膜1、介质薄膜2和下层金属膜3。

具体实施方式

如图1所示，本发明在一介质薄膜2上下表面分别镀上上层金属膜1和下层金属膜3，形成了双面金属包覆介质波导，所述的介质薄膜2，薄膜的平行度小于20’，所述的上层金属膜1，其工作波长吸收比介质薄膜2小的贵金属，所述的下层金属膜3，厚度比介质薄膜2、上层金属膜1厚，信道宽度由介质薄膜2的厚度决定，为其中c为光速，h为介质薄膜厚度。

以下结合一具体实例对本发明作进一步说明。

实施例

第一步、滤波器的设计

设滤波器的中心工作波长为1.55μm，信道宽度为100GHz。选择高折射率光学玻璃ZF6(n＝1.7355)作为中间导波层介质(1)，其厚度设计为0.9mm。上层金属膜(2)材料选用金(Au)，厚度设计为25nm。下层金属膜3材料选用同上层金属膜，厚度设计为200nm以上。入射角θ设计为24.2°。则可达到100G信道宽度的要求，如有

偏差可调节入射角。

第二步、滤波器的制作

将ZF玻璃加工成厚为0.9mm的一块薄片并抛光，同时要求其平行度小于20’。采用离子束溅射的方法在ZF玻璃薄片的一面镀上厚25nm的金(Au)，形成上层金属膜(2)。另一面镀上厚约200nm的金(Au)，形成下层金属膜(3)。

第三步、滤波器测试

将一束从ASE光源发出的宽带光以角度24.2°入射到滤波器表面上层金属膜(2)上，用光谱分析仪OSA分析反射光的光谱。得到光谱图如图2所示，满足设计的要求。

Claims

1、一种用于多波长激光器***的梳状滤波器，其特征在于，在一介质薄膜(2)上下表面分别镀上上层金属膜(1)和下层金属膜(3)，形成了双面金属包覆介质波导，所述的介质薄膜(2)，薄膜的平行度小于20’，所述的上层金属膜(1)，其工作波长吸收比介质薄膜(2)小的贵金属，所述的下层金属膜(3)，厚度比介质薄膜(2)、上层金属膜(1)厚，信道宽度由介质薄膜(2)的厚度决定，为

其中c为光速，h为介质薄膜厚度。

2、根据权利要求1所述的用于多波长激光器***的梳状滤波器，其特征是，所述的介质薄膜(2)，选用的材料要求对工作波长折射率的虚部小于0.00001。

3、根据权利要求2所述的用于多波长激光器***的梳状滤波器，其特征是，介质薄膜(2)厚度为亚毫米量级。

4、根据权利要求2所述的用于多波长激光器***的梳状滤波器，其特征是，所述的卜层金属膜(1)，选用金、银即可。

5、根据权利要求2所述的用于多波长激光器***的梳状滤波器，其特征是，上层金属膜(1)厚度在15nm-40nm之间。

6、根据权利要求1所述的用于多波长激光器***的梳状滤波器，其特征是，所述的下层金属膜(3)，厚度大于200nm。

7、根据权利要求1所述的用于多波长激光器***的梳状滤波器，其特征是，下层金属膜(3)材料的选择同上层金属膜(1)。

8、根据权利要求1所述的用于多波长激光器***的梳状滤波器，其特征是，所述的光源入射角θ，在信道宽度的20％的范围内进行调谐。