简介
巴特沃斯、切比雪夫和椭圆带通滤波器设计在通带平坦度或等波纹特性方面是最佳的，本文将介绍精确的光学滤波器设计，并对实际实现的微镜辅助 MZI 进行仿真，利用环形谐振器或反射器（如布拉格光栅或薄膜干涉滤波器）精确有效地实现设计。光学带通滤波器的应用包括波分复用系统中的解复用和上/下 (add/drop)路功能，本章节演示将分立器件所实现的带通滤波器，以硅基光电子技术中的环形谐振器作为基本的过滤组件来精确实现光学滤波器设计，利用PIC Studio工具链的pSim光电芯片仿真器轻松高效地进行仿真。
链路功能说明
无源微环辅助MZI的示意图如图一所示。链路理论﹑工作原理和各器件参数设置请详见Whoscored中文官网的教程课件：”SiPh IC Design with pSim”或是中文版：”硅基光电子芯片设计-使用 pSim”。从光网络分析仪（ONA_1）的op_3端口，使用激光源作为光源发射到光衰减器（ATT_1），从而衰减光功率。PSR是由一个偏振分束器和一个偏振旋转器组成的复合器件。然后，PSR用于将光源分离到两个端口。一个端口连接到终端（TERM_2）。另一个端口连接到直波导（WGD_1）。微环辅助的MZI（my_rmzi_1）是一种需要自建的复合器件，作为连接左右两端的器件引入，由八个微环谐振器组成。激光源从my_rmzi_1的op_0端口注入。终端反射镜（TERM_1）连接到MZI_1的op_1端口，反射率设置为0.0001以反射光信号。
图一 无源微环辅助的MZI示意图
轻松进行仿真
通过 PIC Studio的 pLogic原理图编辑工具，可以创建原理图，设置器件以及仿真参数，其中器件模型可以来自基于量测的S参数数据或是紧凑模型。
步骤1：单击频域，设置仿真设置中的所有参数；
步骤2：创建微环辅助的MZI器件（my_rmzi_1）。在pSim中，用户可以创建自己的复合器件并在仿真链路中使用它们。
图二 搭建无源微环辅助的MZI链路
器件链路的内部连接如图三所示，由两个定向耦合器（C_1、C_2）、两个波导（WGD_1和WGD-2）和八个单总线型环形谐振器（RING_1至RING_1）组成。
图三 无源微环辅助的MZI链路的内部连接
步骤3：选择所需要的所有器件并将其拖动到原理图编辑器窗口中。按照教程课件：”SiPh IC Design with pSim”或是中文版：”硅基光电子芯片设计-使用 pSim”设置每个器件的参数。
步骤4：按照示意图连接每个器件，执行仿真。单击“ONA_1”显示结果。随后，单击鼠标右键打开查看器。模拟结果将显示如图四所示。
图四 无源微环辅助的MZI链路的仿真结果
结论
光学滤波器在现代通信和光电子领域中起着至关重要的作用。设计和实现高性能的光学滤波器对于波分复用系统、光信号处理和光通信系统至关重要。在本文中，我们讨论了一种新的滤波器设计方法，其中微环辅助的MZI被引入作为核心组件，以实现频率响应高度可控的带通滤波器。利用微环谐振器，我们可以通过调整微环的参数来精确控制滤波器的频率响应。通过微环辅助的MZI结构，我们可以有效地实现设计要求，并提供高度定制化的滤波器性能。
pSim光电芯片仿真技术在这一过程中扮演了关键的角色。借助仿真工具，我们可以在设计阶段评估滤波器的性能，优化参数，节省时间和资源，并确保最终产品的性能符合预期。
微环辅助的MZI结构以及pSim光电芯片仿真技术为我们实现更高性能的滤波器提供了新的工具和方法，这将在未来的通信和光电子应用中发挥重要作用。我们期待着看到这些创新如何进一步推动光学滤波器技术的发展，为我们的通信和技术需求提供更多解决方案。
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