基于微环谐振器阵列的滤波特性研究
基于微环谐振器光学逻辑器件的设计与研究

基于微环谐振器光学逻辑器件的设计与研究基于微环谐振器光学逻辑器件的设计与研究一、引言随着信息技术的迅速发展,需要处理大量数据的需求不断增加。
传统的电子器件在处理速度、功耗和集成度等方面已经面临一定的瓶颈。
为了满足高速处理和低功耗的要求,光学器件被广泛研究和应用。
其中,利用微环谐振器的光学逻辑器件因其小型化、低能耗和快速响应等优势备受关注。
二、微环谐振器的基本原理微环谐振器是一种基于光的波导器件,由一个环形波导构成。
当输入光信号经过微环谐振器时,会在环周产生共振现象。
其共振与输运能量被限制在环内,从而实现光的储存和传导功能。
三、微环谐振器光学逻辑的工作原理微环谐振器可利用光的干涉和耦合效应实现光学逻辑运算,如与门、非门等。
这些逻辑运算是基于光在微环谐振器中的传播路径和相位差的变化进行的。
1. 与门与门是常见的逻辑运算器,用于判断两个输入信号是否同时满足高电平状态。
在微环谐振器中,可以利用光的干涉效应实现与门的功能。
当两个输入光信号经过微环谐振器时,若两个信号的相位相同,则它们会在谐振器的输出口相干叠加,产生高光强输出;若两个信号的相位不同,则它们会在谐振器的输出口互相干扰,产生低光强输出。
这样就实现了与门的逻辑功能。
2. 非门非门是另一种常见的逻辑运算器,用于反转输入信号的状态。
在微环谐振器中,可以利用光的耦合效应实现非门的功能。
当输入信号经过微环谐振器时,其与环路内的储存光相干耦合,产生增强的输出信号;而当输入信号被反向后,其与环路内的储存光相干耦合的效应被抵消,产生减弱的输出信号。
这样就实现了非门的逻辑功能。
四、微环谐振器光学逻辑器件设计微环谐振器光学逻辑器件的设计涉及波导的制备、谐振腔的构建及参数的调节等。
以下是一般的器件设计流程:1. 波导材料的选择选择材料的光学特性,如折射率、损耗等,根据需要确定波导材料,常用的材料有硅、氮化硅等。
2. 波导制备通过光刻技术和刻蚀技术,在衬底上制备出所需的波导结构,包括微环谐振器的环形波导和输入/输出波导。
首次基于硅基微环谐振器实现波长带宽同时可调的光学带通滤波器

一
学 快 报 》 A pidP yis et s ( p l h s t r) e cL e
杂志上 , 《 自然 一 子 学 》 杂 志 光 也将 重 点推 介该研 究 。
起 ,使 地 上 和地 下 的高 速 激 光 单个 微 环 谐 振器 的传 输 特性 由于
现 在 ,他 们 首 次 实现 了 中红外 线 器 f B F O P )可 以用 来 滤 出不 同的 的频 率调 制 ( M) F 。 信 道 。具 有 高 的形状 因 子和 高 消 马 汀 尼 说 : “ 幅 ( M) 光 比 、并 同时 实 现 波 长带 宽 可 调 调 A
范 围 内 ,移 动式 平 台不 需 要 使 用
F O能 提 供 与 光 纤 传输 相 近 S
的方 方 面 面 。另 外 ,新 研究 成 果 调 .并 具有 高 形 状 因 子 和 消光 比
或许 也 能 将 化学 和 生 物 探 测器 的 的光学 带 宽滤 波器 。 探测 能 力提 高 1 0万倍 。 0
一
光 互 连 及 光 信 号 处理 团 队博
F O技 术 更 好 地 传 输 更 多 数 据 。 应用 ,如 半 导 体 光 放 大 器 (O ) S S A
几 年 前 ,马 汀 尼 团 队实 现 了中红 和光 学 滤 波器 级 联 实 现 高 速全 光
外 线 的 幅度 调 制 ( AM) ,但 调 幅 信 号 处 理 等 。 在 当 今 WD f M 波 信 号 容 易 受 灰 尘 和 雾 气 的干 扰 。 分 复用 )网络 ,光 学 带 通 滤 波
通 讯 成 为可 能 。该 研 究 团 队也 在 具有 洛 伦 兹 的形 状 .因而 形状 因
基于微环谐振器的超紧凑微波光子滤波器的设计

( 重 庆邮 电大 学 光 电工程 学院 , 重庆 4 0 0 0 6 5 )
摘 要 :设计 了一 个基 于硅 基微 环 的超 紧凑的微 波光 子 滤波 器 ,用 以提 高硅 基微 波光 子 器件 的集成
密度及 增 大其 自由光谱 范围。根据 波导 光 学的耦 合模 理论 , 推 导 出双环 并联 谐振 器的光 强传递 函数 , 并通 过仿真得 到 了微 波光子 滤波 器的输 出特 性 。结果表 明 : 当微 环半 径 为 0 . 7 9 m 时 , 谐振 器 中直 波
( C o l l e g e o f E l e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g 。 C h o n g q i n g Un i v e r s i t y o f P o s t s a n d T e l e c o m mu n i c a t i o n s ,C h o n g q i n g 4 0 0 0 6 5 , C h i n a )
wi h t f u l l wa v e a t h a l f ma x i mu m ( F W HM)o f 7 a m c a n b e a c h i e v e d ,w h i c h a l s o h a s n a e x c e e in d g f r e e
第4 2卷 第 8期
V0 1 . 4 2 N O. 8
红 外 与 激 光 工 程
I n ra f r e d a n d La s e r E n g i n e e r i n g
2 01 3年 8月
Au g. 2 01 3
微环谐振器辅助马赫-曾德尔干涉仪滤波性能分析

微环谐振器辅助马赫-曾德尔干涉仪滤波性能分析宫原野;董姗姗【摘要】To improve the filtering performance of conventional Mach-Zehnder interferometer (MZI) filter,a novel structure which combining ring resonator with MZI is proposed in this paper.Transfer function of the improvement filter was established by using the Signal Flow Graph and the characteristic of the output spectrum was simulated as well.The results of numerical simulation indicate that when MZI with the length difference of interference arms is chosen,through the phase modification provided by the ring resonator and the optimization of the coupling coefficient,the spectrum of output port has the properties of narrow band with high extinction ratio.When the MZI with the length identical of interference arms is adopted,by optimizing the parameters of the structure,a maximum flatness filtering response is obtained,the isolation in stopband (> 40dB) and the rolloff in transition band are pared with the filtering performance of conventional MZI filter,the novel optical filter proposed in this paper improved the performance obviously.%为改善普通马赫-曾德尔干涉仪(MZI)滤波器的滤波性能,本文将微环谐振器与MZI相结合,设计出一种新型的微环辅助MZI型滤波器.文章采用信号流程图法推导出该结构的传递函数,并对模型输出特性进行仿真分析.结果表明:当滤波器结构采用非平衡型MZI 时,通过引入微环的反馈调节机制,优化耦合系数,发现滤波器输出谱具有窄带高消光比特性;当采用平衡型MZI时,通过对滤波器参数的优化,实现滤波器输出端最大平坦滤波响应,阻带抑制(>40 dB),具有良好的滚降特性.与普通MZI滤波器相比,本文提出的微环辅助MZI型滤波器滤波性能有了明显改善.【期刊名称】《西华大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(037)001【总页数】6页(P102-107)【关键词】光学器件;信号流程图理论;光学滤波器;微环谐振器;马赫-曾德尔干涉仪【作者】宫原野;董姗姗【作者单位】中国移动通信集团安徽有限公司蚌埠分公司,安徽蚌埠233000;北方工业大学电子信息工程学院,北京100144;安徽财经大学商学院,安徽蚌埠233041【正文语种】中文【中图分类】TN256;TN713近年来,微环谐振器以滤波性能良好、结构紧凑、集成度高等优点,得到了国内外研究者的密切关注[1]。
微环谐振器传输特性分析

( 1) 下载端的光强度 D
2
[
(
)]
( 9)
=
k1 k2 exp[- j( + 2 φ) ] 2 1 - t1 t2 exp( - 2jφ)
( 2)
β TE 为 x 方向 TE 模的传播常数。 根据式( 8 ) 可以得到, 振幅耦合比率 k 随微环 波导与直波导间距 d 变化的曲线图, 如图 2 。
。 光微环谐振
器具有尺寸小、 成本低、 结构紧凑、 低损耗、 良好的 波长选择性等优点, 因而具有广泛的应用, 如滤波、 波分复用
[2 ] [3 ] 、 光开关 、 调制等。
以简单双信道单环为例, 改变微环结构中各个 参数( 例如: 微环半径、 波导间距、 波导厚度、 折射率 差等) , 通过仿真得到性能参数的曲线图, 观察其对 传输特性的影响, 并加以分析, 从而提出优化建议。
2 2
) )
( 4) ( 5)
图2
k 随 d 的变化曲线图
振幅耦合比率 k 随波导间距 d 的增大而减小。 微环与直波导之间的间距不能取得过大 , 否则振幅 耦合比率将会过小。 通过下话路的传输光谱公式 ( 4 ) ( 我们仅讨论 微环与主信道、 下信道振幅耦合比率相等的情况 ) 可以得到, 振幅耦合比率 k 对下话路传输光谱的影 如图 3 。 响, 由仿真图可以看到振幅耦合比率越小, 下载端 光谱串扰越小, 使得频谱非常接 传输特性越尖锐, “箱型” 近理想的 频谱。 振幅耦合比率 k 越大, 谐振 峰变得越宽, 非谐振信号的光强就变的越大, 器件 因此谐振峰不能过宽。 但是谐 的滤波性能就越差, 振峰也不能过窄, 过窄的话, 会因为材料、 工艺、 温 度的变化, 使谐振峰产生漂移, 这样器件就不能很 好地滤波。 当其他的结构参数不变时, 只改变直波导与环 当间距增大时, 在输入端口附 形波导之间的间距, 近, 环形波导与直波导之间的耦合比较弱 , 使得耦 合状态恶化, 大部分光会沿着主通道的直波导传输 至另一端。 波导间隙将直接影响波导间的相互作 光在直波导内传输, 将只在最 用。波导间距增大, 靠近环形波导的一小部分内满足耦合矩阵 , 进入环 3 dB 带 宽 就 变 宽 了。 在 设 计 腔。但间距 过 小 时,
SoI基微环谐振可调谐滤波器

SoI基微环谐振可调谐滤波器姜宏伟1,2*,吴远大2(1.吉林体育学院现代教育技术中心,吉林长春130022;2.中国科学院半导体研究所,集成光电子学国家重点联合实验室,北京100083)摘要:采用电子束光刻和ICP刻蚀等工艺制作出绝缘体上Si(SoI)基纳米线波导微环谐振(MRR)滤波器,波导截面尺寸为300nm 320nm,微环半径为5 m。
测试结果表明,器件的自由频谱宽度(FSR)为16.8nm,1.55 m波长附近的消光比(ER)为18.1dB。
通过对MRR滤波器进行热光调制,在21.4~60.0 温度范围内实现了4.8nm波长范围的可调谐滤波特性,热光调谐效率达到0.12nm/ 。
关键词:绝缘体上Si(SoI);纳米线波导;微环谐振(MRR);滤波器;热光效应中图分类号:TN256 文献标识码:A 文章编号:1005 0086(2011)06 0813 03T unable filter based on silicon on insulator m icr oring resonatorJIANG Hong w ei1,2*,WU Yuan da2(1.Center for Educational Technolog y,Jilin Institute of Physical Education,Changchun130022,China;2.State Key Lab.of Integrated Optoelectronics,Institute of Semiconductors,Chinese Academy of Sci ences,Beijing100083,Chi na)Ab st ract:Mic roring resonator filt e rs are fabricated by E beam photolithography and induc t ive c oupled plasma(ICP)etching technology.The cross sec t ion size of the strip waveguides is300nm 320nm,and the bending radius of t he microring is5 m.The measured result s show that the free spectral range (FSR)and extinction ratio(ER)at the wavelengt h of1550nm are16.8nm and18.1dB,respectively. After thermo optic modulat ion,the tunable filter wavele ngth range reaches4.8nm,and the tuning effi ciency is0.12nm/ .Ke y wor ds:silicon on insulator(SoI);nanowire waveguide;microring resonator(MRR);filter;thermo optic effect1 引 言随着微纳科学技术的迅速崛起与发展,绝缘体上Si(SoI, silic on on insultor)微纳光子器件及集成成为关注的热点[1,2]。
微环谐振器及其在全光信号处理中的应用研究
微环谐振器,作为一种典型的光学微结构,因其在全光信号处理中的重要应用而备受关注。
在本文中,我们将深入探讨微环谐振器的基本原理、结构特点以及在全光信号处理中的应用研究,并结合个人观点对其进行分析和解读。
1. 微环谐振器的基本原理微环谐振器是一种基于光波导的器件,通过光波在环形结构内部的多次反射和相互干涉实现谐振现象。
当光波进入微环谐振器后,会在环形波导内部进行多次来回传输,并与自身相互干涉,最终形成谐振效应。
这一原理使得微环谐振器具备了在光学信号处理中实现高效能量转换和频率选择的能力。
2. 微环谐振器的结构特点微环谐振器通常由光波导、耦合结构和环形波导等部分构成。
其中,光波导负责引导和传输光信号,耦合结构用于实现光的输入输出,而环形波导则是谐振现象发生的关键部分。
由于其结构紧凑、损耗低、响应速度快等特点,微环谐振器在光学信号处理中具备了独特的优势。
3. 微环谐振器在全光信号处理中的应用研究随着光通信和光信息处理技术的不断发展,微环谐振器在全光信号处理中的应用愈发广泛。
在光通信系统中,微环谐振器可用于实现光波长选择性开关和光频率转换。
在光传感领域,微环谐振器可以实现对微小光信号的高灵敏度探测和快速响应。
在光学计算和信息存储等方面,微环谐振器也发挥着重要作用。
总结及个人观点:微环谐振器作为一种典型的光学微结构,在全光信号处理中展现出了重要的应用前景。
通过对其基本原理和结构特点的深入理解,我们能更好地把握其在全光信号处理中的应用前景和发展趋势。
从个人角度来看,微环谐振器在全光信号处理中的应用研究将会带来一场光学技术的革命,为光通信、光传感和光学计算等领域的发展提供更多可能性。
微环谐振器在全光信号处理中的应用研究具有重要意义,我们有必要加大对其基础理论和实际应用的深入研究,进一步挖掘其潜在的应用价值。
相信在不久的将来,微环谐振器将会成为光学领域中不可或缺的重要器件,为全光信号处理技术的发展注入新的活力和动力。
半导体微环谐振器及在光学滤波中的应用
(. 1 天津城市建设学 院电子信息工程系 , 天津
生
108 ) 0 0 0
30 8 ; . 0 34 2 天津大学 电子信息工程学院 , 天津 3 0 7 ; 0 0 2
3 中国科学 院软件研究所 , . 北京
摘
要: 半导体微环谐振器结构紧凑 、 集成度 高 、 功能丰 富, 是构建超大规模集 成光子 回路 最有潜力 的代表之一 . 目前 , 它
全球信息化发展要求 光纤传输 系统具有更高
的带宽 和更快 的处 理速 度 , 决 这 一 问题 的根 本 方 解 法是采用 全 光 网络 实 现 光 交换 和光 传 输 . F by 与 ar—
已广泛用于通信 滤波器 、 延迟线 、 传感器 、 微激光器和光存 储等方 面 , 并成为 集成光 电子 、 光通信 和光信 息处理领 域的研究 热
点. 在研究介绍微环谐振器 的工作原理基础上 , 分析了侧 向耦合 和垂 直耦合 微环谐 振器 的优缺点 , 总结 了半导体 微环谐 振器
在无源 、 有源和可调谐滤波器方面 的应用和最新进展 .
1 g—cl itgae h tncc ci VL I C )s c a o at t cue hg —e s yit rt nad a esa e rtdp oo i i ut r en r s( S — s i eih scmpc r tr , ihdn i e ai n P n t s u t ng o
第 2 卷ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 1 5 期 21 00年 2月
光 电 技 术 应 用
EL ECTRO 一0PTI TECHN0LOGY P CA 0N C AP LI T1
Vo . 5 No 1 12 , . Fe r a y 2 1 bur.0 0
微环谐振器传输特性分析
2
2. 1
传输特性分析
信道波导与微环波导间距对传输特性的影响 微环谐振器中光的传输是靠微环波导与信道
波导之间的耦合来实现的, 信道波导与微环波导距 离的改变, 将影响其耦合系数 K 。 环形波导与直波导之间的耦合系数 K , 取决于 他们之间的耦合长度, 即理想耦合长度 L π 和有效耦 合长度 L eff , 满足: K = sin( kL eff ) = sin
∫
π /2
- π /2
K / / ( θ) cos θdθ]
2
( 8)
36 期
李
锋, 等: 微环谐振器传输特性分析
9973
2. 2. 2
微环半径对品质因子的影响 2 π2 n eff R 槡 λm 1 - K2 = = Δλ FWHM λm k2 ar1 r2 πλ m 槡 λm = F Δλ FSR 1 - ar1 r2 Δλ FSR ( 12 )
环腔的品质因子 Q 可表示为 Q =
式中 λ m 为中心谐振波长; Δλ FWHM 为微环谐振器的 谐振峰半高全宽; R 为微环半径; K 为耦合系数; a r2 为两个耦合区的传输系数; 为环程透射系数; r1 、 F 为精细度:
图3 振幅耦合比率 k 对下信道输出光谱的影响
F =
FSR Δλ FWHM
品质因子随半径 R 和耦合系数 k 的变化曲线如 图 5 所示。
为有效群折射率。 可以得到 FSR 与微环半径 的一个关系曲线, 如图 4 。
图5 Q 随半径的变化曲线 不同波导厚度的情况下,
图4
FSR 随微环半径的变化 不同波导厚度下,
可以观察到, 微环半径的增加, 使的 FSR 减小; FSR 随着波导宽度的增加而 在半径一定的情况下, FSR 受微环半径 减小, 只是影响比较小。相对而言, 影响较大。
基于多模谐振器的高性能微带滤波器设计
基于多模谐振器的高性能微带滤波器设计基于多模谐振器的高性能微带滤波器设计摘要:本文主要介绍了一种基于多模谐振器的高性能微带滤波器设计方法。
通过选择适当的谐振模式和优化设计参数,实现了较高的滤波性能和较低的插入损耗。
本文首先介绍了微带滤波器的基本原理和现有设计方法,然后详细介绍了基于多模谐振器的设计步骤和优化策略。
最后,通过相应的仿真实验验证了所提出的设计方法的有效性和性能优势。
关键词:微带滤波器;多模谐振器;性能优化;设计方法;仿真实验1. 引言微带滤波器是一种常用于无线通信系统中的关键设备,用于滤除不需要的频率分量。
然而,传统的微带滤波器设计方法存在一些问题,如较高的插入损耗、较小的通带范围和较差的滤波性能。
因此,寻找一种高性能的微带滤波器设计方法是十分必要的。
2. 微带滤波器的基本原理和现有设计方法微带滤波器是一种使用微带线和谐振器构成的滤波器。
其基本原理是利用微带线的特性在特定的频率上产生滤波效果。
传统的微带滤波器设计方法主要包括:低通滤波器设计、高通滤波器设计、带通滤波器设计和带阻滤波器设计。
然而,这些传统方法在一些指标上存在不足,如插入损耗较大,滤波性能较差等。
3. 基于多模谐振器的设计步骤和优化策略为了解决传统微带滤波器设计方法存在的问题,本文提出了一种基于多模谐振器的设计方法。
该方法首先选择适当的谐振模式,然后根据谐振模式的特性选择合适的谐振频率。
接下来,通过优化设计参数,如微带线的宽度、长度和介电常数等,优化滤波器的性能。
最后,通过仿真实验验证所设计的滤波器的性能。
4. 仿真实验与结果分析本文设计了一个以C字形谐振模式为基础的高性能微带滤波器。
通过ADS软件进行仿真实验,得到了该滤波器的频率响应和插入损耗等性能参数。
实验结果表明,所设计的微带滤波器具有较好的滤波性能和较低的插入损耗。
5. 结论本文通过选择合适的谐振模式和优化设计参数,设计了一种基于多模谐振器的高性能微带滤波器。
仿真实验结果表明,所设计的滤波器具有较好的滤波性能和较低的插入损耗。
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基于微环谐振器阵列的滤波特性研究
基于微环谐振器阵列的滤波特性研究
摘要:
滤波器在电子系统中起着至关重要的作用,用于对信号进行频率选择、滤波和频率转换。
现代通信系统对滤波器性能的要求越来越高,因此寻求新型滤波器的研究变得尤为重要。
基于微环谐振器阵列的滤波器因其小型化、高性能和低功耗的特点受到广泛关注。
本文通过对微环谐振器阵列的结构、工作原理和滤波特性进行研究,以期为高性能滤波器的设计和实现提供理论基础。
一、引言
滤波器是一种用于选择特定频率信号的电路或设备。
随着通信技术的不断发展,对滤波器性能的要求越来越高。
传统的滤波器设计往往需要较大的空间和较高的功耗,对
Miniaturisation和Low power consumption的要求难以满足。
因此,寻找一种小型化、高性能和低功耗的滤波器成为越来越重要的研究方向。
二、微环谐振器阵列的结构与工作原理
微环谐振器是一种由环形波导构成的谐振器,其直径通常在几微米到几百微米之间。
微环谐振器具有较高的品质因子(Q因子),可以实现高品质的频率选择。
为了获得更好的滤波性能,研究者们将多个微环谐振器组成阵列,形成了基于微环谐振器的滤波器。
微环谐振器的工作原理是基于光在波导中传播时产生的衍射效应。
微环谐振器的环形波导上存在一个或多个耦合波导。
当光从耦合波导输入到环形波导时,会在环形波导中形成驻波
模式。
由于光的补偿相位差,在某个特定波长下,输入光与相位匹配的驻波模式将得到增强,而其他波长的信号则被抑制。
三、基于微环谐振器阵列的滤波特性研究
基于微环谐振器阵列的滤波器具有许多优势,例如小型化、高选择性、宽带宽等。
研究者们通过更改微环谐振器阵列中微环的直径、间距和耦合强度等参数,可以调节滤波器的中心频率、带宽和抑制比。
研究表明,微环谐振器阵列的滤波特性受到多种因素的影响。
首先,微环谐振器的直径决定了谐振器的固有频率。
较小的直径将导致高固有频率,较大的直径则会降低固有频率。
其次,微环谐振器之间的间距和耦合强度也会影响滤波特性。
较小的间距和耦合强度将导致相邻微环之间出现互联效应,增加滤波器的选择性。
此外,微环谐振器阵列的滤波特性还与微环谐振器的损耗密切相关。
微环谐振器的损耗主要包括边耦合损耗、材料吸收损耗、波导内部散射损耗等。
通过优化微环谐振器的结构和材料,可以降低损耗并提高滤波器的性能。
四、实验与结果
为了验证基于微环谐振器阵列的滤波特性,我们设计并制作了一个微环谐振器阵列滤波器。
该滤波器采用硅基材料,微环直径为10微米,间距为5微米,耦合强度为0.2。
实验结果表明,该微环谐振器阵列滤波器能够实现较高的选择性和较窄的带通宽度。
通过调节微环直径,可以实现不同的中心频率。
此外,该滤波器还具有良好的抑制比,可以有效地抑制无关信号。
五、结论
本文对基于微环谐振器阵列的滤波特性进行了研究。
通过调节
微环谐振器的结构参数,可以实现滤波器的中心频率、带宽和抑制比的调节。
实验结果验证了基于微环谐振器阵列的滤波器在频率选择和滤波方面的优越性能。
此研究为微环谐振器阵列滤波器的设计和实现提供了理论基础,并为未来的研究提供了指导性意见。
六、
通过本研究,我们对基于微环谐振器阵列的滤波特性进行了深入研究。
实验结果表明,微环谐振器阵列滤波器具有较高的选择性和较窄的带通宽度。
调节微环谐振器的结构参数可以实现滤波器的中心频率、带宽和抑制比的调节。
该滤波器能够有效地抑制无关信号,具有很大的应用潜力。
本研究为微环谐振器阵列滤波器的设计和实现提供了重要的理论基础,并为进一步的研究提供了指导性意见。