2/17/2012，光纖在線訊 雙帶濾波器是一種在寬譜范圍內(nèi)具有兩個(gè)通帶或阻帶的濾波器，在微波通信領(lǐng)域，雙帶濾波器常用來濾取兩個(gè)有用的微波信號(hào)并加以合成，這方面技術(shù)發(fā)展已較為成熟。直到近幾年，光學(xué)的雙帶濾波器才開始受到人們關(guān)注，結(jié)合光子集成技術(shù)，它在光調(diào)制、光開關(guān)、光信號(hào)處理與光傳感等領(lǐng)域都有良好的應(yīng)用前景。目前，集成雙帶光學(xué)濾波器主要基于兩個(gè)級(jí)聯(lián)的微環(huán)諧振器實(shí)現(xiàn)，而借助于環(huán)內(nèi)光反射作用，單個(gè)微環(huán)也能得到雙帶光學(xué)濾波特性，使器件尺寸縮小一半，但其弊端是插入損耗較大。

   （WNLO）武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室光互連及光信號(hào)處理團(tuán)隊(duì)首次提出并研制出基于單個(gè)微盤諧振器的雙帶光學(xué)濾波器，利用微盤雙行波模工作特性，解決了雙帶光學(xué)濾波器的結(jié)構(gòu)緊湊、低插入損耗與高隔離度難以兼得的難題。研究結(jié)果發(fā)表在美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)期刊Optics Letters（2011, Vol.36,Issue 23, pp.4494-4496）上。相關(guān)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金與光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持。
     
   他們還首次基于傳輸矩陣?yán)碚�，建立了描述波�?dǎo)耦合雙模微盤諧振器光學(xué)響應(yīng)的解析模型，并從物理上闡述了高性能雙帶濾波是由腔內(nèi)兩行波模式的共存與競(jìng)爭(zhēng)引起的。與微環(huán)不同，微盤是一種多模諧振器結(jié)構(gòu)，要使它保持雙行波模工作，就應(yīng)當(dāng)有效激發(fā)兩個(gè)低階模，并強(qiáng)烈抑制其它高階模式。FDTD方法數(shù)值模擬證明，微盤諧振器的半徑比較小時(shí)，微盤的徑向模式階次數(shù)量只有兩個(gè)，優(yōu)化設(shè)計(jì)直波導(dǎo)尺寸及波導(dǎo)與微盤的間距，可以有效激發(fā)兩個(gè)低階模式，使它們具有相近的光學(xué)濾波特性。在SOI襯底上，采用微納加工手段制出了波導(dǎo)耦合的微盤諧振器，微盤半徑為3微米，波導(dǎo)寬度為300納米，而波導(dǎo)與微盤的間距為170納米（如圖1）。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，雙帶濾波器的光隔離度超過20dB，而插入損耗則小于2dB，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模型相符（如圖2）。若利用硅中的等離子色散效應(yīng)或熱光效應(yīng)，這種雙帶光學(xué)濾波器還可實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)功能。

   等離子色散效應(yīng)是指載流子濃度變化導(dǎo)致材料折射率發(fā)生改變的現(xiàn)象，利用該機(jī)制實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)具有響應(yīng)速度快、功耗低等特點(diǎn)。同樣是基于硅的微盤諧振器，黃慶忠博士、張新亮教授、夏金松教授、余金中教授采用載流子注入手段（如圖3），利用硅的等離子色散效應(yīng)，改變了微盤中折射率分布，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)微盤光譜響應(yīng)的有效控制，響應(yīng)時(shí)間僅為2納秒，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Applied Physics B (2011,Vol.105,pp.353-361)上，此項(xiàng)研究同樣得到了國(guó)家自然科學(xué)基金與光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持。

圖1 基于微盤諧振器的雙帶光學(xué)濾波器的掃描電鏡照片

圖2 雙帶光學(xué)濾波器的兩個(gè)輸出端口的光譜響應(yīng)

圖3 微盤諧振器上集成載流子注入結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜響應(yīng)的高速調(diào)節(jié)