微环谐振滤波器技术详解-串联多环应用

"平行信道串联多环谐振滤波器是一种光学滤波装置，常见于光通信和光信号处理领域。这种滤波器由多个微环谐振器串联组成，每个微环具有特定的半径和耦合系数，形成一个多级的谐振系统。微环谐振器因其低成本、紧凑的尺寸、高集成度、低插入损耗和低串扰等特性，被广泛应用于光波导技术中，如滤波、波分复用、解复用、路由、波长转换、调制和开关等功能。 平行信道串联多环谐振滤波器的结构描述中，每个微环通过耦合点相互连接，且两信道的长度相等。根据环的奇偶性，光的传输方向会有所不同，实线和虚线箭头分别表示奇数环和偶数环中的光传输路径。耦合比率决定了相邻微环之间能量的传递效率。当光经过这些微环时，会在谐振频率处产生大的响应，而在非谐振频率则有较小的响应，从而实现滤波功能。 传递函数是描述这种滤波器性能的关键参数，它定义了相邻微环间振幅的关系。例如，第i个和第i+1个微环之间的耦合可以用复数形式的传递函数表示，该函数描述了光功率如何从一个微环传输到另一个微环。通过这些传递函数，可以计算出整个滤波器的输出光谱特性，如带宽和平坦度。 微环谐振器的自由光谱区(FSR)决定了可用的信道数量，通过串联多个微环可以增加FSR，进而提高信道容量。这种结构形成的近似方形的光谱使得带宽更加平坦，适合于密集型波分复用应用。目前，各种材料如Si/SiO2、GaAs/AlGaAs、GaInAsP/InP已被用于制造微环谐振器，包括单环、并联双环、串联双环、串联多环以及并联串联多环等复杂结构。 尽管微环谐振滤波器的研究取得了显著进展，但在微环谐振波分复用器的开发上仍有待深入。日本研究人员在1999年和2002年报道了基于Si基Ta2O5/SiO2的8信道微环谐振波分复用器，标志着这一领域的实际应用开始发展。在设计和优化微环谐振器时，需要考虑的因素包括微环波导和信道波导的截面尺寸、耦合间距、微环半径、相邻微环的半径差等。同时，谐振级数、FSR、微环半径与波长之间的色散关系、输出光谱、插入损耗和串扰等特性也是重要的考量因素。"