论文摘要
大规模集成是光电子器件的发展方向,密集波分复用技术的发展也对滤波器的带宽提出了严格的要求,随着这两个技术的发展,半导体微腔窄带滤波器也迅速发展起来。本文研究的半导体微环窄带滤波器即是微腔窄带滤波器的一种。文章介绍了微环滤波器的研究进展及实际应用,分析了已有的微环窄带滤波器方案。采用微环谐振腔构成窄带滤波器,首先就要了解微环的机制,以及光场在微环中谐振的过程。为此本文在实现窄带滤波之前,采用时域有限差分法(FDTD)对无源微环进行了理论分析,模拟了无源微环滤波器中光场的耦合、传输和谐振过程。通过注入超短高斯脉冲,分析输入频谱、耦合到微环中的高斯脉冲频谱,得到了耦合系数κ的频谱特性曲线;并利用FDTD方法,通过注入超短高斯脉冲,分析输入、输出频谱,得到了FDTD仿真的传输特性曲线。接下来,同样采用时域有限差分法(FDTD)对有源微环进行了理论分析,模拟了有源微环滤波器中光场的耦合、传输和谐振过程。通过注入超短高斯脉冲,分析输入、通路输出和下路输出频谱,得到FDTD方针的传输特性曲线,并与无源微环比较。在了解了微环的滤波原理之后,为实现微环滤波器的窄带滤波,采用传输矩阵法得到M×N微环阵列的通路和下路传输函数。通过分析对比得出合适后面应用的微环阵列滤波器行列数,接下来主要采用了两种方式来实现窄带滤波:一是优化微环阵列滤波器中的耦合系数,通过耦合系数在行列上的高斯分布和最大平坦化分布,大幅度减小了滤波器的半波带宽;二是在微环中加入增益,从前面比较接近实际的时域有限差分法分析中,看到在微环中加入增益可以减小半波带宽,因而在前面耦合系数优化的前提下,再在微环中加入增益介质。最终使微环滤波器的半波带宽达到pm量级。