基于PLC级联Mach-Zehnder干涉仪的O波段400GHz平顶梳状滤波器设计

基于PLC级联Mach-Zehnder干涉仪的O波段400GHz平顶梳状滤波器设计

摘要

本文提出并详细设计了一款基于平面光波电路（PLC）技术的级联Mach-Zehnder干涉仪（MZI）型平顶梳状滤波器，工作于O波段（1260-1360 nm），信道间隔为400 GHz。针对下一代数据中心内部高速光互连和短距离波分复用系统的应用需求，本文采用两级级联非平衡MZI结构实现通带平顶响应，通过Y分支替代传统定向耦合器以降低波长相关性。文章从基础理论出发，系统阐述了级联MZI梳状滤波器的工作原理、参数设计方法、传输矩阵建模、平顶响应优化策略，并提供了完整的MATLAB仿真代码及详细解释。仿真结果表明，所设计的400 GHz间隔梳状滤波器实现了40 GHz以上的0.5 dB平顶通带宽度，通道隔离度优于22 dB，插入损耗小于1.5 dB。本文还讨论了聚合物PLC材料的选型、波导结构设计、工艺容差分析以及热光调谐方案，为O波段高密度波分复用系统的核心无源器件研制提供了完整的设计参考。

关键词：平面光波电路；级联Mach-Zehnder干涉仪；梳状滤波器；O波段；平顶响应；Y分支

1. 引言

1.1 研究背景

随着云计算、大数据、人工智能等技术的快速发展，数据中心内部的光互连带宽需求呈现指数级增长。传统的并行光互连方案面临光纤数量激增、功耗上升、管理复杂等问题，波分复用（WDM）技术因其能够有效提升单根光纤的传输容量而成为数据中心光互连的重要发展方向