Оптический фильтр

Оптический фильтр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к интегральной оптике и более точно касается оптического перестраиваемого фильтра. Оно может быть использовано в качестве перестраиваемого фильтра для частотного уплотнения сигналов в волоконно-оптических системах связи, малогабаритного перестраиваемого оптического спектрометра или фильтрующего элемента в составе аппаратуры считывания данных с волоконных брэгговских датчиков.

Известно устройство - интегральный мульти-отражательный перестраиваемый фильтр (A. V. Tsarev, "Tunable optical filters", United States Patent No 6,999,639, February 14, 2006, Published on February 14, 2006, Foreign Application Priority Data Sep 06, 2001; А.В. Царев, "Мультиплексоры для WDM с нанофотонными отражателями - новый путь к управлению многими сотнями оптических спектральных каналов", Нано- и микросистемная техника, №4, pp. 51-55 (2007)), содержащий канальные оптические волноводы для ввода-вывода оптического излучения и распространения светового пучка, делители светового пучка, расположенные последовательно по ходу излучения в виде наклонных элементарных отражателей, набор соединительных канальных оптических волноводов, для передачи оптического излучения, отраженных от противоположных элементарных отражателей. В данном устройстве фильтрация заданной длины волны оптического спектра осуществляется за счет конструктивной интерференции множества оптических пучков отраженных от наклонных элементарных отражателей, периодически расположенных вдоль канальных оптических волноводов. Перестройка отфильтрованной длины волны света осуществляется за счет контролируемого изменения показателя преломления в фазосдвигающих оптических элементах, расположенных вдоль волноводов, содержащих наклонные отражатели (для тонкой настройки) и набора соединяющих волноводов (для широкой перестройки). Их задача сформировать постоянный сдвиг фаз между двумя любыми оптическими пучками, отраженными от соседних элементарных отражателей. Уровень боковых лепестков в полосе пропускания фильтра можно понизить до уровня больше -20 дБ за счет аподизации, путем изменения коэффициента деления пучка при отражении от элементарных отражателей.

Известен аналогичный тип фильтра (с использованием множества наклонных отражателей), который работает на основе интерференции множества пучков распространяющихся в планарном оптическом волноводе, которые обеспечивают возможность широкой перестройки длины волны за счет акустооптического (АО) эффекта (А.В.Царев. "Акустооптический перестраиваемый фильтр", патент Российской Федерации № 2182347, 10 мая 2002 г., опубликован в Бюл. № 13, от 10.05.2002, A.V.Tsarev “Acousto-optical variable filter”, United States Patent No. 7092139, Published on August 15, 2006, Foreign Application Priority Data August 04, 2000). В данном устройстве делители светового пучка в виде периодически расположенных наклонных элементарных отражателей, пересекающих сердцевину канального волновода, выполнены таким образом, что отраженные пучки распространяются далее по планарному волноводу, а затем вновь поступают на аналогичный канальный волновод с множеством наклонных отражателей, который принято называть, фильтрующим элементом. В данном устройстве фильтрация заданной длины волны оптического спектра также осуществляется за счет конструктивной интерференции множества оптических пучков, поступающих из планарного волновода на наклонные элементарные отражатели, и которые направляют оптическое излучение вдоль оси канального оптического волновода фильтрующего элемента. Причем, для каждой длины волны существует оптимальный угол падающего пучка, для которого работает конструктивная интерференция и осуществляется эффективная фильтрация. Это позволяет осуществлять перестройку длины волны не только изменением показателя преломления, соответствующих канальных волноводов (как и в описанном выше оптическом фильтре), но и за счет поворота фазового фронта при акустооптическом взаимодействии. В этом случае, оптические пучки, которые распространяются по планарному волноводу, взаимодействует с поверхностной акустической волной (ПАВ), возбуждаемой встречно штыревым преобразователем (ВШП). Дифрагированный оптический пучок, отклоняется от падающего пучка на двойной брэгговский угол, и попадает на фильтрующий элемент. В данном устройстве этот угол определяется длиной акустической волны, которая контролируется частотой высокочастотного сигнала (сотни мегагерц), прилагаемого к встречно-штыревому преобразователю.

Достоинство обоих данных типов оптических фильтров и мультиплексоров заключается в принципиальной возможности узкополосной фильтрации и широкодиапазонной перестройки длины волны. Недостатком данных конструкций заключается в сложности изготовления наклонных отражателей, сочетающих малый коэффициент отражения (0.01-0.0001) и низкий уровень паразитного рассеяния. Поэтому данные оптические элементы до сих пор не реализованы в виде экспериментальных устройств. Данные устройства наиболее близко подходят к заявляемому и поэтому приняты за прототип.

Известен также оптический перестраиваемый фильтр на основе кольцевых резонаторов (Magdalena S. Nawrocka, Tao Liu, Xuan Wang, and Roberto R. Panepucci, “Tunable silicon microring resonator with wide free spectral range”, Appl. Phys. Lett. 89, 071110 (2006), которые могут объединяться в группы для улучшения фильтрующих свойств (K. Yamada, T. Shoji, T. Tsuchizawa, T. Watanabe, J. Takahashi, and S. Itabashi, “Silicon-wire-based ultrasmall lattice filters with wide freespectral ranges,” Opt. Lett. 28, 1663-1664 (2003)). Оптическая связь кольцевого резонатора с канальными оптическими волноводами, осуществляющих ввод-вывод оптического излучения, осуществляется за счет туннельной связи данных волноводов с волноводом кольцевого резонатора. Данные фильтры могут быть изготовлены на различных волноводных структурах, например, на основе нитрида кремния, полимеров, ниобата лития или структур кремний-на-изоляторе (КНИ). Наиболее компактные фильтры реализованы на КНИ-волноводах, т.к. высокий контраст показателя преломления (кремний-окисел) позволяет получать малый радиус искривления канальных волноводов (до нескольких микрон). Кроме того, это обеспечивает более широкую (до 40 нм) свободную спектральную зону (FSR-free spectral range), которая определяет рабочий диапазон работы фильтра. Перестройка длины волны таких кольцевых резонаторов осуществляется за счет фазосдвигающих оптических элементов, работающих на основе термооптического эффекта, электрооптического эффекта или изменения концентрации свободных носителей заряда в волноводной области. Недостатком данных фильтров является низкий диапазон перестройки длины волны, которая пропорциональна величине изменения показателя преломления, ограниченной физическими свойствами материала волноводов. Для расширения диапазона перестройки, иногда используют эффект нониуса (Vernier effect), т.е. фильтрация осуществляется согласованным изменением показателя преломления одновременно у двух кольцевых резонаторов, имеющих более узкую и разную величину свободной спектральной зоны (J.Floriot, F.Lemarchand, and M.Lequime. Tunable double-cavity solid-spaced bandpass filter, Opt. Express, 2004, v. 12, p. 6289-6298). Недостатком такого типа фильтров является сложность управления длиной волны, а также наличие паразитных сигналов на длинах волн, кратных величине свободной спектральной зоны каждого из фильтров.

Известен также оптический фильтр (K. Yamada, T. Shoji, T. Tsuchizawa, T. Watanabe, J. Takahashi, and S. Itabashi, “Silicon-wire-based ultrasmall lattice filters with wide freespectral ranges,” Opt. Lett. 28, 1663-1664 (2003)), работающий на основе использования линейки интерферометров Маха-Цандера (Mach-Zehnder (MZ)) и туннельной связи канальных волноводов. Фильтр изготавливается в структурах КНИ с помощью комплементарной металл-оксид-полупроводник (КМОП) совместимой технологии (complementary metal-oxide-semiconductor technology (CMOS)) и имеет постоянную разницу в оптической длине (path-length difference) разных плеч интерферометра (для обеспечения фильтрации) и различную величину туннельной связи (для обеспечения аподизации, необходимой для снижения уровня боковых лепестков). К сожалению, такие фильтры не предназначены для широкополосной перестройки длины волны, поэтому они предпочтительны для использования в качестве фиксированных фильтрующих устройств с малым числом частотных каналов (т.е. с малым набором рабочих длин волн).

Техническим результатом изобретения является создание оптического перестраиваемого фильтра, который бы одновременно имел широкий диапазон перестройки и узкую ширину линии фильтрации, и который можно было бы изготовить на основе существующих и перспективных технологий.

Технический результат достигается тем, что в оптическом перестраиваемом фильтре, содержащем канальные оптические волноводы для ввода-вывода оптического излучения и распространения светового пучка, делители светового пучка, расположенные последовательно по ходу излучения, средство формирования для передачи оптического излучения, ответвленного с помощью делителей пучка, причем средство формирования выполнено в виде набора соединительных канальных оптических волноводов и/или планарного оптического волновода, согласно изобретению, делители пучка выполнены в виде набора связанных оптических волноводов, взаимное расположение которых выбрано с учетом поддержания на рабочей длине волны излучения разности фаз, по существу кратной 2π, для большинства пучков, ответвленных с помощью различных делителей пучка и прошедших от входа до выхода оптического фильтра. Здесь π = 3.14159… - универсальная константа. Требование, что большинство пучков имеет сдвиг разности фаз, по существу кратный 2π, приводит к тому, что на рабочей длине волны все эти пучки сложатся в фазе и сформируют интенсивный сигнал на выходе устройства. То относительно не большое число пучков, где это условие нарушается, не внесут существенного вклада в величину интенсивности сигнала на рабочей длине волны. Однако, их вклад может быть полезен для формирования нужной формы спектральной характеристики (например, для подавления паразитных сигналов за пределами ширины линии фильтрации).

Основу устройства составляют канальные и/или планарные волноводы. Канальный оптический волновод имеет увеличенное значение показателя преломления как вглубь, так и поперек структуры, т.е. он представляет собой локальную область на/либо под поверхностью твердого тела в виде тонкой полоски шириной от долей до единиц микрон, с показателем преломления выше показателя преломления окружающих его сред. Причем, область с увеличенным значением показателя преломления может быть как однородной, так и неоднородной (случай градиентного оптического волновода). Канальный оптический волновод может поддерживать распространение с низкими потерями узкого и не расходящегося оптического пучка вдоль его оси в окрестности области с увеличенным значением показателя преломления. Количество направляемых (волноводных) волн (мод), которые поддерживает данная структура, и пространственное распределение их оптических полей определяются профилем изменения показателя преломления по глубине и ширине. Для корректной работы данного устройства желательно использовать только одномодовые волноводы, т.е. те в которых распространяется только одна фундаментальная мода для той поляризации, которая используется в работе устройства. Чаще всего это ТЕ-поляризация, т.е. когда электрическое поле оптической волны лежит в плоскости подложки. Иногда используется также ТМ-поляризация, у которой вектор магнитного поля лежит в плоскости подложки. Планарный волновод представляет собой тонкий слой толщиной от долей до нескольких микрон с показателем преломления выше показателя преломления окружающих сред (подложки и окружающего верхнего слоя, в данном случае, воздуха). В планарным оптическим волноводе световой пучок может распространяться внутри данного слоя с очень низкими потерями (меньше 1 дБ/см). Планарные волноводы могут быть как однородными, так и градиентными.

Канальные и планарные волноводы могут быть изготовлены путем диффузии металлов, протонным обменом из расплавов солей, распылением веществ с более высоким показателем преломления, чем у подложки, эпитаксией из газовой или жидкой фазы, модификацией свойств поверхностного слоя за счет облучения, например, электронами и/или фотонами и т.д. Канальный волновод может быть изготовлен путем травления канавок на поверхности планарного волновода. В результате вертикальное ограничение поля волны осуществляется свойствами исходного планарного волновода, а поперечное ограничение, осуществляется за счет скачка показателя преломления на границе вытравленной области. Глубина канавок может частично перекрывать сердцевину планарного волновода и формировать гребенчатый тип канального волновода, или полностью пересекать его сердцевину, тем самым формировать полосковый оптический волновод. Такие волноводы наиболее перспективны для создания данного типа устройств в структурах кремний-на-изоляторе и на ниобате лития. В качестве материалов для изготовления оптических волноводов может быть использован поликремний, смесь (в нужном соотношении) окиси кремния (SiO₂) и окись титана (TiO₂, Titanium dioxide), халькогенидное стекло (As₂S₃), нитрид алюминия (AlN, Aluminium nitride), нитрид кремния (Si₃N₄, Silicon nitride), оксинитрид кремния (SiON, Silicon oxynitride), нитрид галлия (GaN, Gallium nitride), полимеры и др. материалы, широко используемые в фотонике и интегральной оптике.

Для удобства обсуждения в дальнейшем, канальный волновод с соответствующими делителями пучка, через который производится ввод оптического излучения, будем называть формирующим элементом, а канальный волновод с соответствующими делителями пучка, через который производится вывод оптического излучения, будем называть фильтрующим элементом.

Канальные волноводы, по которым распространяется оптическое излучение между соответствующими делителями пучка разных фильтрующих элементов, будем называть соединительными волноводами. Под термином связанные оптические волноводы понимается общепринятая в научной литературе ситуация, когда энергия оптической волны может перетекать (частично или полностью) между двумя (или более) оптическими волноводами за счет туннельной связи их оптических полей через разделяющее их пространство. Под термином фазосдвигающие оптические элементы понимается общепринятая в научной литературе ситуация, когда фаза оптической волны, которая распространяется по оптическому волноводу, управляется с помощью внешнего сигнала, например, за счет электрооптического или термооптического эффектов, или эффекта электрострикции, или изменения концентрации свободных носителей заряда, или под другим физическим воздействием (деформации, излучения и т.д).

Кроме того, на основе данного изобретения можно получить дополнительные технические результаты, которые обсуждаются ниже.

Целесообразно для обеспечения лучшей фильтрации оптического излучения и уменьшения размеров устройства, в составе делителей пучка и/или средства формирования выполнить изогнутые канальные волноводы и/или канальные волноводы меняющие направление за счет эффекта отражения от области с высоким коэффициентом отражения, например, за счет эффекта полного внутреннего отражения. Это облегчит их соединение с соединительными волноводами и/или формирование в планарном волноводе набора фазированных пучков с учетом поддержания разности фаз на рабочей длине волны излучения по существу кратной 2π.

Целесообразно для обеспечения лучшей фильтрации оптического излучения в составе средства формирования выполнить расширители пучка, которые формируют в планарном волноводе набор фазированных пучков с учетом поддержания разности фаз на рабочей длине волны излучения по существу кратной 2π. Расширители пучка могут быть выполнены в виде адиабатических рупорных элементов и/или суживающихся канальных волноводов.

Целесообразно для уменьшения размеров устройства, волноводы формирующих и фильтрующих элементов выполнить параллельно друг к другу. При этом соединительные волноводы, как правило, выполнены нормально (под прямым углом) к указанным волноводам. Такую конструкцию фильтра будем называть прямоугольной (ортогональной).

Целесообразно для увеличения крутизны перестройки длины волны и/или расширения свободной спектральной зоны, волноводы формирующих и фильтрующих элементов выполнить под углом друг к другу. При этом соединительные волноводы, как правило, выполнены наклонно к указанным волноводам под углом, отличающимся от прямого. Такую конструкцию фильтра будем называть наклонной.

Целесообразно для обеспечения одновременной фильтрации нескольких частотных каналов (функция многоканальный фильтр - multi channel drop filter) выполнить последовательно несколько фильтрующих элементов (по одному на каждый частотный канал), при этом эффективный показатель преломления, и/или угол наклона фильтрующих элементов и/или расположение делителей пучка каждого выполнены с учетом индивидуальной присущей только данному фильтрующему элементу рабочей длины волны, отличной от рабочей длины волны других фильтрующих элементов.

Для осуществления сквозного прохождения широкополосного оптического сигнала (функция прохождения - through) целесообразно последний по ходу излучения фильтрующий элемент выполнить с учетом поддержания для большинства пучков разности фаз по существу кратной 2π в широком спектральном диапазоне, не меньше свободной спектральной зоны фильтра.

Для перестройки длины волны фильтруемого излучения в непосредственной близости по меньшей мере одного канального волновода фильтрующего или формирующего элемента целесообразно выполнить по крайней один набор управляющих электродов в виде полосок проводящего материала, для создания при приложении электрического поля локальных изменений показателя преломления в окрестности указанных волноводов за счет электрооптического или термооптического эффектов, или эффекта электрострикции, или изменения концентрации свободных носителей заряда.

Для перестройки длины волны фильтруемого излучения одновременно всех оптических каналов и для расширения диапазона перестройки длин волн света оптического фильтра, в непосредственной близости от набора соединительных канальных оптических волноводов целесообразно выполнить по крайней один набор управляющих электродов в виде полосок проводящего материала, для создания при приложении электрического поля локальных изменений показателя преломления в окрестности указанных волноводов за счет электрооптического или термооптического эффектов или эффекта электрострикции, или изменения концентрации свободных носителей заряда, причем длину управляющих электродов и величину приложенного к ним напряжения выбирают такими, чтобы иметь одинаковый или отличающийся на четное число π сдвиг фаз для соседних пучков, ответвленных различными делителями пучка и прошедших от входа до выхода оптического фильтра.

Для сокращения числа управляющих электрических сигналов оптического фильтра с расширенным диапазоном перестройки длин волн света целесообразно в непосредственной близости от набора соединительных канальных оптических волноводов выполнить многосекционные электродные структуры. Приложение электрического поля к электродным структурам должно обеспечить линейное нарастание сдвига фаз для соседних пучков (с учетом возможного сдвига фазы на четное число π).

Для сокращения числа управляющих электрических сигналов оптического фильтра с расширенным диапазоном перестройки длин волн света целесообразно в непосредственной близости от набора соединительных канальных оптических волноводов выполнить многосекционные электродные структуры, причем по крайней два ряда этих структур расположить последовательно по ходу оптического пучка. Приложение электрического поля к первому ряду электродных структур с переменной длиной электродов обеспечивает линейное нарастание сдвига фаз для соседних пучков, а одновременное приложение электрического поля ко второму ряду электродных структур с постоянной длиной электродов обеспечивает линейное (с учетом возможного сдвига на четное число π) изменение сдвига фаз по всему набору полосковых волноводов.

В двух последних случаях для обеспечения сквозного прохождения широкополосного оптического сигнала (функция прохождения - through) необходимо на участке между последним и предпоследним фильтрующим элементом разместить аналогичный набор электродных структур, причем длина электродов и величина приложенного напряжения к каждому из электродов выбирают такими, чтобы иметь нулевой или отличающийся на четное число π сдвиг фаз для соседних пучков, ответвленных различными делителями пучка, и прошедших от входа до выхода оптического фильтра.

Для обеспечения широкой перестройки длины волны целесообразно выполнить, по крайней мере, один источник акустических волн для возбуждения акустической волны, способной взаимодействовать со световыми волнами оптических пучков, распространяющихся через средство формирования.

Следует отметить, что в случае, когда оптический фильтр содержит планарный волновод и источник акустических волн, то сквозное прохождение широкополосного оптического сигнала (функция through) осуществляется для всех длин волн, кроме тех, которые были отклонены с помощью акустооптической волны. Часть отклоненных световых пучков, на заданных длинах волн, будут отфильтрованы с помощью одного или нескольких фильтрующих элементов. Однако, желательно, чтобы все оставшиеся (не отфильтрованные) длины волн получили возможность для сквозного прохождения через устройство. Для этой цели оптический фильтр целесообразно изготовить с, по крайней мере одним, дополнительным источником акустических волн, выполненным с возможностью генерировать акустическую волну, направленную встречно акустической волне основного источника и способную взаимодействовать со световыми волнами пучка на участке между последним и предпоследним фильтрующими элементами.

Путем оптимизации величины коэффициента деления, фазы и положения каждого из делителей пучка формирующего и/или фильтрующих элементов могут быть скорректированы как форма линии пропускания, так и ее огибающая в спектральном диапазоне работы фильтра. Например, для обеспечения существенного подавления (больше 20 дБ) боковых лепестков, делители пучка целесообразно выполнить с разными коэффициентами деления. Это обеспечивается за счет изменения величины туннельной связи, которая выбирается такой, чтобы обеспечить оптимальную амплитуду пучков и/или фазу волн, ответвленных различными делителями пучка. При этом на выходе устройства вклад в результирующий сигнал от разных пучков, как правило, уменьшается от средней части формирующего и фильтрующего элементов к их концам. Следует отметить, что под термином «аподизация» понимется общепринятый в научно-технической литературе случай, когда варьируется амплитуды и/или фазы различных составляющих сигнала, суммирование которых формирует спектральный отклик устройства. Поэтому аподизация может быть амплитудной, фазовой или смешанной (амплитудно-фазовой). Большинство интерференционных оптических устройств использует аподизацию для улучшения их технических характеристик.

С целью обеспечения разного коэффициента деления пучка у формирующего и/или фильтрующего элементов, целесообразно выполнить делители пучка с разным расстоянием между связанными волноводами и/или разной эффективной длиной связи.

С целью упрощения технологии изготовления, делители пучка и/или канальные волноводы формирующего и/или фильтрующего элементов и/или соединительные волноводы могут быть выполнены в одном слое.

С целью улучшения характеристик оптического фильтра, делители пучка и/или канальные волноводы формирующего и/или фильтрующего элементов, и/или соединительные волноводы и/или планарные волноводы могут быть выполнены в разных слоях.

Для уменьшения паразитных сигналов целесообразно свободные концы канальных волноводов соединить с демпфирующими областями, имеющие большие оптические потери на распространение. Такими демпфирующими областями могут быть части структуры с высокой концентрацией свободных носителей заряда, и/или содержащие рассеивающие центры, и/или субмикронные дифракционные решетки, и/или суживающиеся (клиновидные) канальные волноводы с плавно уменьшающимся сечением сердцевины (чтобы проходящее по ним излучение увеличило свой пространственный размер (расширилось) и покинуло область оптического фильтра).

С целью уменьшения размеров фильтра, делители пучка и/или, канальные волноводы формирующего и/или фильтрующего элементов и/или соединительные волноводы выполнены в структурах кремний-на-изоляторе.

С целью уменьшения размеров фильтра и улучшения параметров устройство выполнено в волноводных структурах на основе ниобата лития.

С целью улучшения параметров фильтра канальные волноводы, формирующие делители пучка, имеют одинаковые или близкие эффективные показатели преломления.

Конструктивная реализация оптических фильтров может содержать множество пересечений канальных волноводов формирующего и/или фильтрующего элементов с соединительными волноводами. Для уменьшения паразитных сигналов целесообразно выполнить пересечение указанных канальных волноводов с минимальными потерями на рассеяние, например, за счет описанного в научной литературе метода многослойного пересечения с использованием вертикальной связи, например, на основе суживающихся канальных волноводов (см. например, K.Watanabe, Y. Hashizume, Y. Nasu, Y. Sakamaki, M. Kohtoku, M. Itoh, and Y. Inoue, “Low-loss three-dimensional waveguide crossings using adiabatic interlayer coupling,” Electron. Letters 44, 1356-1357 (2008); R. Sun, M. Beals, A. Pomerene, J. Cheng, Ching-yin Hong, L. Kimerling, and J. Michel, "Impedance matching vertical optical waveguide couplers for dense high index contrast circuits," Opt. Express 16, 11682-11690 (2008); или Andrei V. Tsarev, "Efficient silicon wire waveguide crossing with negligible loss and crosstalk," Opt. Express 19, 13732-13737 (2011)).

Работа оптического фильтра поясняется на следующих фигурах, которые имеют сплошную нумерацию, дополнительно поясняемую по ходу изложения.

Фиг.1 изображает принципиальную схему одноканального оптического фильтра на связанных волноводах (ортогональная ориентация), согласно изобретению изометрия; где 1 - твердотельная подложка, 2 - канальный оптический волновод формирующего элемента, 3 - канальный оптический волновод фильтрующего элемента, 7-12 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка формирующего элемента, 13-18 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка фильтрующего элемента, 30-32 - изогнутые канальные оптические волноводы, 36-41 - соединительные канальные оптические волноводы, 60 - суживающийся канальный оптический волновод, 61 - вход оптического фильтра, 62 - выход оптического фильтра для первого спектрального канала, 66 - выход оптического фильтра для контроля входного излучения, 70 - оптические пучки, ответвленные делителями пучка.

Фиг.2 изображает принципиальную схему оптического одноканального фильтра на связанных волноводах (ортогональная ориентация, случай пересечения с соединительными волноводами), согласно изобретению, изометрия; где 1 - твердотельная подложка, 2 - канальный оптический волновод формирующего элемента, 3 - канальный оптический волновод фильтрующего элемента, 7-12 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка формирующего элемента, 13-18 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка фильтрующего элемента, 30-32 - изогнутые канальные оптические волноводы, 36-41 - соединительные канальные оптические волноводы, 60 - суживающийся канальный оптический волновод, 61 - вход оптического фильтра, 62 - выход оптического фильтра для первого спектрального канала, 66 - выход оптического фильтра для контроля входного излучения, 70 - оптические пучки, ответвленные делителями пучка.

Фиг.3 изображает принципиальную схему одноканального оптического фильтра на связанных волноводах (наклонная ориентация), согласно изобретению, изометрия; где 1 - твердотельная подложка, 2 - канальный оптический волновод формирующего элемента, 3 - канальный оптический волновод фильтрующего элемента, 7-12 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка формирующего элемента, 13-18 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка фильтрующего элемента, 30-32 - изогнутые канальные оптические волноводы, 36-41 - соединительные канальные оптические волноводы, 60 - суживающийся канальный оптический волновод, 61 - вход оптического фильтра, 62 - выход оптического фильтра для первого спектрального канала, 66 - выход оптического фильтра для контроля входного излучения, 70 - оптические пучки, ответвленные делителями пучка, θ - угол ориентации волноводов формирующего и фильтрующего элементов, измеряемый относительно нормали к соединительным волноводам.

Фиг.4 изображает принципиальную схему двухканального оптического фильтра на связанных волноводах, согласно изобретению, изометрия; где 1 - твердотельная подложка, 2 - канальный оптический волновод формирующего элемента, 3 и 4 - канальные оптические волноводы фильтрующих элементов, 7-12 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка формирующего элемента, 13-18 и 19-24 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка фильтрующих элементов, 30-32 - изогнутые канальные оптические волноводы, 36-41 - соединительные канальные оптические волноводы, 60 - суживающийся канальный оптический волновод, 61 - вход оптического фильтра, 62 и 63 - выход оптического фильтра для первого и второго спектральных каналов, 66 - выход оптического фильтра для контроля входного излучения, 70 - оптические пучки, ответвленные делителями пучка.

Фиг.5 изображает принципиальную схему одноканального оптического фильтра-мультиплексора на связанных волноводах, согласно изобретению, изометрия; где 1 - твердотельная подложка, 2 - канальный оптический волновод формирующего элемента, 3 и 6 - канальные оптические волноводы фильтрующих элементов, 7-12 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка формирующего элемента, 13-18 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка фильтрующего элемента, 71-76 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка фильтрующего элемента для функции прохождения, 30-32 - изогнутые канальные оптические волноводы, 36-41 - соединительные канальные оптические волноводы, 60 - суживающийся канальный оптический волновод, 61 - вход оптического фильтра, 62 - выход оптического фильтра для первого спектрального канала, 65 - выход оптического фильтра для функции прохождения, 66 - выход оптического фильтра для контроля входного излучения, 70 - оптические пучки, ответвленные делителями пучка.

Фиг.6 изображает принципиальную схему трехканального оптического фильтра-мультиплексора на связанных волноводах, согласно изобретению, изометрия; где 1 - твердотельная подложка, 2 - канальный оптический волновод формирующего элемента, 3-6 - канальные оптические волноводы фильтрующих элементов, 7-12 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка формирующего элемента, 13-18, 19-23, 54-58 - связанные канальные оптические волноводы делителей пучка фильтрующих элементов разных спектральных каналов, 71-76 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка фильтрующего элемента для функции прохождения, 30-32 - изогнутые канальные оптические волноводы, 36-41, 44-48, 49-53, 54-58 - соединительные канальные оптические волноводы, 60 - суживающийся канальный оптический волновод, 61 - вход оптического фильтра, 62-64 - выходы оптического фильтра для разных спектральных каналов, 65 - выход оптического фильтра для функции прохождения, 66 - выход оптического фильтра для контроля входного излучения, 67-69 - входы оптического фильтра для добавления разных оптических длин волн в канал прохождения, 70 - оптические пучки, ответвленные делителями пучка.

Фиг.7 изображает принципиальную схему одноканального оптического фильтра на связанных волноводах (ортогональная ориентация с термооптическим управлением), согласно изобретению, где 1 - твердотельная подложка, 2 - канальный оптический волновод формирующего элемента, 3 - канальный оптический волновод фильтрующего элемента, 7-12 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка формирующего элемента, 13-18 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка фильтрующего элемента, 36-41 - соединительные канальные оптические волноводы, 60 - суживающийся канальный оптический волновод, 61 - вход оптического фильтра, 62 - выход оптического фильтра для первого спектрального канала, 66 - выход оптического фильтра для контроля входного излучения, 101-106 - электроды для нагрева термооптических фазосдвигающих элементов широкой перестройки, 107 и 108 - набор электродных структур с постоянной длиной, 109 и 110 - набор электродных структур с линейно изменяемой длиной, 111-112 - электроды для нагрева термооптических фазосдвигающих элементов тонкой перестройки, 113 - изогнутые канальные оптические волноводы за счет эффекта полного внутреннего отражения.

Фиг.8 изображает принципиальную схему одноканального оптического фильтра с акустооптическим управлением на связанных волноводах (с адиабатическим расширением канальных волноводов рупорного типа), согласно изобретению, изометрия; где 1 - твердотельная подложка, 2 - канальный оптический волновод формирующего элемента, 3 - канальный оптический волновод фильтрующего элемента, 13-18 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка фильтрующего элемента, 30-32 - изогнутые канальные оптические волноводы, 59 - планарный оптический волновод формирующего элемента, 60 - суживающийся канальный оптический волновод, 61 - вход оптического фильтра, 62 - выход оптического фильтра для первого спектрального канала, 76 - оптические пучки, ответвленные делителями пучка, 77 - оптические пучки, отклоненные с помощью ПАВ, 79 - поглотитель ПАВ, 80 - адиабатический расширитель канального волновода рупорного типа, 82 - ПАВ, 83 - встречно-штыревой преобразователь для возбуждения ПАВ, 84 - источник высокочастотного сигнала для возбуждения ПАВ.

Фиг.9 изображает принципиальную схему одноканального оптического фильтра с акустооптическим управлением на связанных волноводах (двухслойный вариант с адиабатическим расширением оптического пучка на основе суживающегося канального волновода), согласно изобретению, изометрия; где 1 - твердотельная подложка, 2 - канальный оптический волновод формирующего элемента, 3 - канальный оптический волновод фильтрующего элемента, 13-18 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка фильтрующего элемента, 30-32 - изогнутые канальные оптические волноводы, 59 - планарный оптический волновод формирующего элемента, 60 - суживающийся канальный оптический волновод, 61 - вход оптического фильтра, 62 - выход оптического фильтра для первого спектрального канала, 76 - оптические пучки, ответвленные делителями пучка, 77 - оптические пучки, отклоненные с помощью ПАВ, 77 - оптические пучки, прошедшие фильтрующий элемент, 79 - поглотитель ПАВ, 81 - адиабатический расширитель оптического пучка на основе суживающегося канального волновода, 82 - ПАВ, 83 - встречно-штыревой преобразователь для возбуждения ПАВ, 84 - источник высокочастотного сигнала для возбуждения ПАВ, 85 - адиабатический расширитель оптического пучка на основе суживающегося канального волновода на выходе фильтрующего элемента.

Фиг.10 изображает принципиальную схему моделирования одноканального оптического фильтра на связанных волноводах (ортогональная ориентация с термооптическим управлением), где 1 - твердотельная подложка, 2 - канальный оптический волновод формирующего элемента, 3 - канальный оптический волновод фильтрующего элемента, 7-12 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка формирующего элемента, 13-18 связанные канальные оптические волноводы делителей пучка фильтрующего элемента, 30-32 - изогнутые канальные оптические волноводы, 36-41 - соединительные канальные оптические волноводы, 61 - вход оптического фильтра, 62 - выход оптического фильтра для первого спектрального канала, 66 - выход оптического фильтра для контроля входного излучения, 70 - оптические пучки, ответвленные делителями пучка, 91-95 - FDTD мониторы, 97 - демпфирующая область, d - ширина зазора щели, R - радиус кривизны изогнутых волноводов, LL - длина фазосдвигающих оптических элементов на соединительных волноводах, A - период расположения соединител