微环谐振器：光波导中的关键技术与应用

微环谐振器是光波导理论中的重要组成部分，近年来在全球范围内引起了广泛的研究热潮，尤其在光信号处理和集成光电子设备领域展现出巨大的潜力。其优势在于低成本、紧凑结构、高集成度、低插入损耗和串扰，这些特性使其在诸如滤波、波分复用、解复用、路由、波长变换、调制和光开关等应用中表现出卓越性能。 微环谐振器的谐振机制主要依赖于环形结构提供的自然光反馈，这种设计特别有利于与其他光电子元件实现单片集成，对于实现密集型波分复用（DWDM）有着天然的优势。国际上已经针对不同材料如Si/SiO2、GaAs/AlGaAs、GaInAsP/InP等进行了大量微环谐振滤波器的研究，涉及单环、双环（并联和串联）、多环以及微环阵列等各种结构。 1999年和2002年，日本的S.T.Chu和S.Suzuki等人在Si基Ta2O5/SiO2材料上实现了8通道的微环谐振波分复用器，标志着这一技术的实质性突破。他们的器件能够实现对不同波长的分离，尤其是在1.55μm中心波长附近，波长间隔为5.7nm时，已经显示出明显的分波效果。 本章详细探讨了微环谐振滤波器和波分复用器的基本原理和功能，包括单环、多环结构的比较，以及如何通过调整微环波导和信道波导的尺寸、耦合间距、微环半径和相邻微环的半径差等参数来优化器件性能。此外，还涵盖了微环的谐振级数、自由光谱区（FSR）、微环半径与光波长之间的色散关系、输出光谱、插入损耗和串扰等关键特性分析。 微环谐振器的基本结构分为滤波器和波分复用器两大类，最常见的单环结构如图10.1所示，可以通过平行信道或竖直信道布局。平行信道滤波器和竖直信道滤波器在设计上有明显的区别，前者适用于结构简洁的应用，后者则可能在更复杂的设计中发挥优势。 总结来说，微环谐振器作为光波导技术的重要元件，其研究和应用不断深化，对于提升光通信系统的性能和密度具有重要意义。随着技术的进一步发展，微环谐振器有望在未来的光电子器件设计中扮演更为重要的角色。