本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器及其制作方法。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，光子集成技術(shù)是光電子領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，光子集成技術(shù)是將多個分立的光電芯片集成在單個芯片上，環(huán)形器是光子集成芯片中常用的器件，但是因為材料、結(jié)構(gòu)等方面的原因，現(xiàn)有技術(shù)不能單片集成環(huán)形器，這導(dǎo)致了在傳統(tǒng)分立器件中，某些功能性元件不能有效集成在一起，限制了光子集成芯片的使用。比如，光纖光柵在光通訊中是一個常用的器件，其廣泛用于色散補償、分插復(fù)用以及光信號處理等功能。但是因為器件一般基于光纖光柵的反射光響應(yīng)特性，光路中必須使用環(huán)形器，使得反射光從另一端口出射，實現(xiàn)反射光的有效利用。然而，因為無法單片集成環(huán)形器，所以單片集成波導(dǎo)光柵的使用會大為受限，并且目前尚無有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器及其制作方法，解決現(xiàn)有光子集成技術(shù)無法單片集成環(huán)形器的問題。

本發(fā)明實施例提供一種環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器，包含輸入波導(dǎo)，輸出波導(dǎo)，波導(dǎo)光柵，所述輸入波導(dǎo)一端包含輸入光口，另一端與所述波導(dǎo)光柵相連；所述輸出波導(dǎo)一端與所述輸入波導(dǎo)通過耦合段形成非對稱定向耦合器，所述輸出波導(dǎo)另一端包含輸出光口；所述波導(dǎo)光柵用于對所述輸入光實現(xiàn)反射式模式變換，產(chǎn)生反射光；所述非對稱定向耦合器用于實現(xiàn)反射光的模式變換，產(chǎn)生輸出光。

優(yōu)選地，所述波導(dǎo)光柵滿足：β1+β2＝2π/λ，且其中β1、β2分別為入射光、反射光的傳播常數(shù)，λ為光柵周期，neff1、neff2分別為入射光、反射光的有效折射率，λ為光波長。

所述波導(dǎo)光柵的光柵周期為：其中，λ為光柵周期，neff1、neff2分別為入射光、反射光的有效折射率，λ為光波長。

優(yōu)選地，所述波導(dǎo)光柵的結(jié)構(gòu)為傾斜光柵結(jié)構(gòu)或交錯波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述傾斜光柵結(jié)構(gòu)或交錯波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)光柵中間包含π相移結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述傾斜光柵結(jié)構(gòu)或交錯波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)光柵中包含線性啁啾的納米結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述波導(dǎo)光柵為等效傾斜光柵或等效交錯光柵。

進一步地，當(dāng)所述輸入波導(dǎo)為寬波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)為窄波導(dǎo)時，所述入射波導(dǎo)光為0階模、反射光為1階模、所述輸出光為0階模；

當(dāng)所述輸入波導(dǎo)為窄波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)為寬波導(dǎo)時，所述入射波導(dǎo)光為1階模、反射光為0階模、所述輸出光為1階模。

本發(fā)明實施例還提供一種環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器制作方法，包括以下步驟：在平整的絕緣體上硅的晶片上旋涂一層pmma有機物或者其他電子束光刻常用的光刻膠；使用電子束曝光制作波導(dǎo)圖形并顯影，所述波導(dǎo)圖形包括輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)、所述輸出波導(dǎo)與所述輸入波導(dǎo)通過耦合段形成的非對稱定向耦合器；使用電感耦合等離子體刻蝕技術(shù)，選擇性地把顯影區(qū)域的硅刻蝕掉；在硅波導(dǎo)表面制備固定深度的表面光柵。

優(yōu)選地，本發(fā)明實施例還提供一種環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器制作方法，包括以下步驟：使用全息曝光技術(shù)在光刻膠上形成均勻光柵圖案；通過對應(yīng)的具有取樣圖案的光刻版進行普通曝光，把所述光刻版的圖案復(fù)制到晶片的光刻膠上；將所述光刻膠上圖案腐蝕在晶片上形成相應(yīng)的取樣光柵結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明有益效果包括：本發(fā)明一種環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器等效實現(xiàn)了環(huán)形器功能，從而實現(xiàn)了波導(dǎo)光柵在光子集成芯片中的有效使用，同時由于結(jié)構(gòu)上無原路單模反射光，避免了反射光對前端有源器件的干擾，本發(fā)明一種環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器制作方法，在制造方面既可以使用常規(guī)的電子束曝光、納米壓印等方法，也可以使用重構(gòu)等效啁啾技術(shù)實現(xiàn)等效相移、等效啁啾等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，簡化了制造。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為一種環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器裝置結(jié)構(gòu)實施例；

圖2為光柵模式變換器實施例；

(a)為傾斜光柵模式變換器實施例；

(b)為交錯光柵模式變換器實施例；

圖3為模式變換過程中的相位匹配過程實施例；

圖4為混合模式諧振腔實施例；

(a)為傾斜光柵結(jié)構(gòu)的混合模式諧振腔實施例；

(b)為交錯光柵結(jié)構(gòu)的混合模式諧振腔實施例；

圖5基于微結(jié)構(gòu)準相位匹配技術(shù)制作等效光柵模式變換器

(a)為等效傾斜光柵模式變換器實施例；

(b)為等效交錯光柵模式變換器實施例；

圖6為基于微結(jié)構(gòu)準相位匹配技術(shù)的等效光柵混合模式變換器

(a)為傾斜光柵混合模式諧振腔實施例；

(b)為基于等效交錯光柵的混合模式諧振腔實施例；

圖7為非對稱定向耦合器實施例；

圖8為基于等效交錯光柵結(jié)構(gòu)的濾波器陣列實施例；

圖9為一種基于電子束曝光制作絕緣體上硅波導(dǎo)材料體系的濾波器的制作方法流程實施例；

圖10為一種取樣光柵制作方法流程實施例；

圖11為光柵制作過程的實施例；

(a)為基本光柵制作過程；

(b)為取樣光柵制作過程。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實施例及相應(yīng)的附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明基于一種特殊的波導(dǎo)光柵諧振原理，提出了具有類似集成環(huán)形器功能的反射式波導(dǎo)光柵濾波器。在該光柵中利用特殊的光柵形貌實現(xiàn)分布反射式模式變換，同時結(jié)合波導(dǎo)非對稱定向耦合功能，將變換后的模式從另一根波導(dǎo)端口單模輸出，因此整體性能等效實現(xiàn)環(huán)形器的功能，從而實現(xiàn)波導(dǎo)光柵在光子集成芯片中的有效使用。而且該結(jié)構(gòu)無原路單模反射光，所以芯片上集成的激光器不會受到反射光的干擾，確保了激光器單模穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。另外，對于該器件的制造，除開了傳統(tǒng)的電子束曝光、納米壓印以及紫外光刻等方法，這里也提出了使用基于取樣結(jié)構(gòu)的重構(gòu)等效啁啾技術(shù)等效實現(xiàn)光柵的微納精細結(jié)構(gòu)，如相移、啁啾等等，從而實現(xiàn)各種特性的基于波導(dǎo)光柵的光子集成器件。

本發(fā)明在計算耦合強度時引用了j.-p.weber的文獻“spectralcharacteristicsofcoupled-waveguidebragg-reflectiontunableopticalfilter”；本發(fā)明設(shè)計等效傾斜光柵時，引用了專利“微結(jié)構(gòu)準相位匹配實現(xiàn)多維目標(biāo)波導(dǎo)光柵和體光柵的制備方法”，專利申請?zhí)枺?01110104875.2，pctno:pct/cn2011/085067。

以下結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明各實施例提供的技術(shù)方案。

圖1為一種環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器裝置結(jié)構(gòu)實施例。作為一種環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器的實施例，包含輸入波導(dǎo)1，輸出波導(dǎo)3，波導(dǎo)光柵2，所述輸入波導(dǎo)一端包含輸入光口，另一端與所述波導(dǎo)光柵相連；所述輸出波導(dǎo)一端與所述輸入波導(dǎo)通過耦合段形成非對稱定向耦合器，所述輸出波導(dǎo)另一端包含輸出光口；所述波導(dǎo)光柵用于對所述輸入光實現(xiàn)反射式模式變換，產(chǎn)生反射光；所述非對稱定向耦合器用于實現(xiàn)反射光的模式變換，產(chǎn)生輸出光。

優(yōu)選地，所述輸入波導(dǎo)，輸出波導(dǎo)，波導(dǎo)光柵均制作在硅基二氧化硅基晶片上。

進一步地，所述波導(dǎo)光柵為布拉格光柵，所述波導(dǎo)光柵提供了一個光柵矢量，實現(xiàn)不同模式的相位匹配從而達到模式變換。

優(yōu)選地，所述環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器要求的波導(dǎo)是多模波導(dǎo)，具體至少支持2個模式。以0階模和1階模為例，如果所述輸入波導(dǎo)的輸入光為0階模，所述波導(dǎo)光柵產(chǎn)生的反射光為1階模，所述波導(dǎo)光柵產(chǎn)生的透射光為0階模，經(jīng)過所述非對稱定向耦合器所述輸出波導(dǎo)的輸出光為0階模；如果所述輸入波導(dǎo)的輸入光為1階模，所述波導(dǎo)光柵產(chǎn)生的反射光為0階模，所述波導(dǎo)光柵產(chǎn)生的透射光為1階模，經(jīng)過所述非對稱定向耦合器所述輸出波導(dǎo)的輸出光為1階模。

需要說明的是，所述輸入波導(dǎo)的輸入光可以是0階模，1階模，也可以是其它階模式，這里不做具體限定。

還需要說明的是，在本發(fā)明實施例中所述波導(dǎo)光柵為傾斜光柵結(jié)構(gòu)，所述波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)也可以為交錯波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)，或者其它形貌結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明實施例利用在多模集成波導(dǎo)中模式反射式變換的布拉格波導(dǎo)光柵作為濾波器，并在反射端口利用非對稱耦合器從另一根單模波導(dǎo)耦合出基模光。由于該結(jié)構(gòu)無原路返回的導(dǎo)模，消除了反射光的反射串?dāng)_并能增加反射光的利用率，從而實現(xiàn)集成了類似環(huán)形器功能的反射式濾波器，并在相關(guān)的集成性系統(tǒng)中起到替代環(huán)形器或者隔離器的作用。

在本發(fā)明實施例中，所述波導(dǎo)光柵可以設(shè)計成外界信息系統(tǒng)需要的特定光學(xué)響應(yīng)的含有特征碼字的光柵結(jié)構(gòu)，形成信號編碼的功能，并從所述輸出波導(dǎo)的輸出光口耦合出來，與其它功能性光子器件單片集成，外界信號光可以通過光耦合器，如光柵耦合器等，耦合進入芯片，從而實現(xiàn)集成式光信號編碼器。

在本發(fā)明實施例中，所述波導(dǎo)光柵還可以設(shè)計成濾波器、微分器、積分器或者希爾伯特變換器等特定電學(xué)響應(yīng)需要的特定、對應(yīng)的光學(xué)響應(yīng)所需要的光柵結(jié)構(gòu)，形成濾波器、微分器、積分器或者希爾伯特變換器等功能，并從所述輸出波導(dǎo)的輸出光口耦合出來，與其它功能性光子器件單片集成，從而實現(xiàn)集成式微波光子濾波器、微波光子微分器、微波光子積分器以及微波光子希爾布特變換器等集成式的微波光子系統(tǒng)。

在本發(fā)明實施例中，所述波導(dǎo)光柵上可以加載溫度、環(huán)境折射率，如液體折射率、氣體折射率，震動等條件，所述波導(dǎo)光柵的反射光譜特性發(fā)生變化，并從所述輸出波導(dǎo)的輸出光口耦合出來，進入信號處理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)傳感信號的檢測。

在本發(fā)明實施例中，所述環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器可以替代傳統(tǒng)的基于布拉格光柵的光子功能性器件與相關(guān)系統(tǒng)，也可以與其他光電子器件單片集成，比如集成激光器、調(diào)制器、光柵濾波器等，從而實現(xiàn)單片集成功能性芯片。

圖2為光柵模式變換器實施例，其中(a)為傾斜光柵模式變換器實施例，(b)為交錯光柵模式變換器實施例。作為一種反射式波導(dǎo)光柵濾波器的實施例，包含輸入波導(dǎo)，輸出波導(dǎo)，波導(dǎo)光柵，所述波導(dǎo)光柵的結(jié)構(gòu)可以是傾斜光柵結(jié)構(gòu)，也可以是交錯光柵結(jié)構(gòu)。

所述傾斜光柵結(jié)構(gòu)的光柵角度與波導(dǎo)有傾斜角，所述交錯光柵結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)上下兩部分光柵周期有180度相位差，得到反對稱的結(jié)構(gòu)。

所述波導(dǎo)光柵的光柵周期為：

其中，λ為光柵周期，neff1為入射光的有效折射率、neff2為反射光的有效折射率，λ為光波長。

優(yōu)選地，0-1模式的耦合強度可表示為：

其中，κ01為0-1模式的耦合強度，ω為入射光和反射光的角速度，ε0為介電常數(shù)，ψ(x)0為0階模的橫向電場分布函數(shù)，ψ(x)1為1階模的橫向電場分布函數(shù)，δε(x)是橫向的介電常數(shù)分布。

以te0/te1雙模式為例，在傾斜結(jié)構(gòu)或交錯結(jié)構(gòu)波導(dǎo)光柵中，當(dāng)所述入射光模式為te0時，所述反射光的模式為te1，當(dāng)所述入射光的模式為te1時，所述反射光的模式為te0。

需要說明的是，所述輸入波導(dǎo)的輸入光可以是te0模，te1模，也可以是tm0模與tm1模，或者其它階模式，這里不做具體限定。

圖3為模式變換過程中的相位匹配過程實施例。

所述波導(dǎo)光柵應(yīng)滿足：

β1+β2＝2π/λ(3)

其中，β1為入射光的傳播常數(shù)、β2為反射光的傳播常數(shù)，λ為光柵周期，neff1為入射光的有效折射率、neff2為反射光的有效折射率，λ為光波長。

以te0/te1雙模式為例，當(dāng)所述入射光模式為te0時，所述反射光的模式為te1，即neff1為te0模的有效折射率，neff2為te1模的有效折射率。

圖4為混合模式諧振腔實施例，其中(a)為傾斜光柵結(jié)構(gòu)的混合模式諧振腔實施例，(b)為交錯光柵結(jié)構(gòu)的混合模式諧振腔實施例。作為一種反射式波導(dǎo)光柵濾波器的實施例，包含輸入波導(dǎo)，輸出波導(dǎo)，波導(dǎo)光柵，所述波導(dǎo)光柵的結(jié)構(gòu)為傾斜光柵結(jié)構(gòu)或交錯波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)，所述傾斜光柵結(jié)構(gòu)或交錯波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)光柵中間包含π相移結(jié)構(gòu)。

進一步地，在所述傾斜光柵結(jié)構(gòu)或交錯波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)光柵中間插入π相移結(jié)構(gòu)，會形成一個窄帶濾波器，由于模式的分布反射式變換，本發(fā)明插入的π相移結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)π相移結(jié)構(gòu)相比有很大的不同，傳統(tǒng)的π相移結(jié)構(gòu)如果入射光是0階模，那么透射光和反射光都是0階模，本發(fā)明插入的π相移結(jié)構(gòu)如果入射光是0階模，透射光也是0階模，而反射光是1階模；傳統(tǒng)的π相移結(jié)構(gòu)如果入射光是1階模，那么透射光和反射光都是1階模，本發(fā)明插入的π相移結(jié)構(gòu)如果入射光是1階模，透射光也是1階模，而反射光是0階模。

需要說明的是，所述輸入波導(dǎo)的輸入光可以是0階模，1階模，也可以是其它階模式，這里不做具體限定。

進一步地，所述傾斜光柵結(jié)構(gòu)或交錯波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)光柵中包含線性啁啾納米結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，所述波導(dǎo)光柵中制作π相移結(jié)構(gòu)，形成窄帶的濾波器，也可以插入多個π相移結(jié)構(gòu)或者其他相移結(jié)構(gòu)。光信號波長對準透射峰，利用電調(diào)制波導(dǎo)光柵的折射率，動態(tài)調(diào)諧光柵的透射峰，形成對光的調(diào)制功能。

在本發(fā)明實施例中，在所述波導(dǎo)光柵中引入線性啁啾等其他復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)，反射光譜特性也和普通線性啁啾光柵一樣，會在反射譜中引入一個線性的時延。這一特性常用于色散補償與脈沖整形中。另外，其他各種光柵納米精細結(jié)構(gòu)都可以引入在波導(dǎo)光柵中，比如非線性啁啾、切趾等等實現(xiàn)各種特殊的光譜響應(yīng)。甚至可以利用光柵的逆算法，比如分層剝離算法(dlp)等，實現(xiàn)所需要的響應(yīng)重構(gòu)光柵結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明實施例，所述波導(dǎo)光柵設(shè)計成外界信息系統(tǒng)需要的特定光學(xué)響應(yīng)的啁啾形貌或者相移結(jié)構(gòu)，形成色散補償或濾波的功能，并從所述輸出波導(dǎo)的輸出光口耦合出來，與其它功能性光子器件單片集成，外界信號光可以通過光耦合器，如光柵耦合器等，耦合進入芯片，從而實現(xiàn)集成式色散補償器與窄帶濾波器。

圖5為基于微結(jié)構(gòu)準相位匹配技術(shù)制作等效光柵模式變換器。其中，(a)為等效傾斜光柵模式變換器實施例，(b)為等效交錯光柵的模式變換器實施例。

作為本發(fā)明一種反射式波導(dǎo)光柵濾波器進一步優(yōu)化的實施例，包含輸入波導(dǎo)，輸出波導(dǎo)，波導(dǎo)光柵，所述波導(dǎo)光柵為等效傾斜光柵或等效交錯光柵。

所述等效傾斜光柵(或等效交錯光柵)包含基本光柵和取樣光柵。

所述等效傾斜光柵是通過微結(jié)構(gòu)準相位匹配技術(shù)實現(xiàn)的，所述等效傾斜光柵的光柵矢量可以由基本光柵的光柵矢量和取樣光柵的光柵矢量計算得到，所述基本光柵為小周期的均勻的種子光柵，在所述基本光柵上面制作大周期的取樣結(jié)構(gòu)，形成所述取樣光柵。所述基本光柵的周期一般為幾百納米，所述取樣結(jié)構(gòu)的周期一般為微米量級。所述取樣光柵的傅里葉展開會有很多傅立葉級次，每個傅里葉級次也都是周期性函數(shù)，因此所述取樣光柵的每一個傅里葉級次也可以看成一個光柵，為傅里葉子光柵。

所述等效傾斜光柵的+1級的子光柵矢量可表示為：

其中，為+1級的傅里葉子光柵矢量，即所述等效傾斜光柵的光柵矢量；為基本光柵的光柵矢量；為取樣結(jié)構(gòu)的傅里葉+1級的光柵矢量；λ1為所述等效傾斜光柵(即+1級的傅里葉子光柵矢量)的光柵周期，為所述等效傾斜光柵(即+1級的傅里葉子光柵)矢量的方向。

所述等效傾斜光柵(即+1級的傅里葉子光柵)矢量中包含了光柵周期和光柵傾斜角度或方向信息，通過設(shè)計基本光柵的光柵矢量和取樣結(jié)構(gòu)的傅里葉+1級的光柵矢量就可以得到等效傾斜光柵結(jié)構(gòu)+1級的傅里葉子光柵矢量，所述等效傾斜光柵(即+1級的傅里葉子光柵)矢量在波導(dǎo)方向的投影的光柵周期等于所述所需要制作的光柵周期，所述等效傾斜光柵(即+1級的傅里葉子光柵)的方向與所需要制作的方向相同，因此通過設(shè)計基本光柵和取樣結(jié)構(gòu)就可以得到所述等效傾斜光柵。

所述等效交錯光柵是通過重構(gòu)等效啁啾技術(shù)實現(xiàn)的，在所述光柵波導(dǎo)的橫向兩側(cè)光柵取樣結(jié)構(gòu)的初相位移動半個取樣周期，即π相位，可得到交錯的等效光柵。

所述等效交錯光柵的+1或者-1級的傅里葉子光柵周期可以由基本光柵周期和取樣周期計算得到，所述等效交錯光柵的+1或者-1級的傅里葉子光柵周期可表示為：

其中，λ+1為所述等效交錯光柵的+1級的傅里葉子光柵周期，λ-1為所述等效交錯光柵的-1級的傅里葉子光柵周期，λ0為所述基本光柵周期，p為所述取樣周期。

所述取樣光柵中+1級或者-1級的傅里葉子光柵周期與所需要實際制作的交錯光柵的光柵周期相同，因此通過設(shè)計所述基本光柵和所述取樣結(jié)構(gòu)的光柵周期可以得到所述等效交錯光柵的光柵周期。

需要說明的是，基本光柵為均勻光柵，可以利用利用全息曝光等方法制造，制作容易，成本低。

本發(fā)明實施例中所述等效傾斜光柵或等效交錯光柵中取樣結(jié)構(gòu)的尺度均可以達到微米量級，相比于圖2、4中傾斜光柵結(jié)構(gòu)或交錯波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)，取樣結(jié)構(gòu)的尺度擴大了一個數(shù)量級，便于加工生產(chǎn)。例如，當(dāng)所述傾斜光柵的結(jié)構(gòu)周期為數(shù)百納米時，采用等效傾斜光柵時所述取樣結(jié)構(gòu)周期為數(shù)微米。

圖6為基于微結(jié)構(gòu)準相位匹配技術(shù)的等效光柵混合模式變換器，其中，(a)為傾斜光柵混合模式諧振腔實施例，(b)為基于等效交錯光柵的模式諧振腔實施例。作為一種環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器進一步優(yōu)化的實施例，包含輸入波導(dǎo)，輸出波導(dǎo)，波導(dǎo)光柵，所述波導(dǎo)光柵為等效傾斜光柵或等效交錯光柵，所述等效傾斜光柵中間插入了等效的π相移結(jié)構(gòu)，形成了等效傾斜光柵混合模式諧振腔，所述等效交錯光柵中間插入了等效的π相移結(jié)構(gòu)，形成了等效交錯光柵混合模式諧振腔。

需要說明的是，插入所述π相移結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在所述等效傾斜光柵或等效交錯光柵的結(jié)構(gòu)中在取樣結(jié)構(gòu)中引入一個結(jié)構(gòu)突變。

需要說明的是，所述等效傾斜光柵混合模式諧振腔和所述等效交錯光柵混合模式諧振腔的基本光柵都是均勻光柵，取樣結(jié)構(gòu)一般尺度在微米量級。

以te0/te1雙模式為例，在等效傾斜光柵混合模式諧振腔和所述等效交錯光柵混合模式諧振腔中，當(dāng)所述入射光模式為te0時，所述反射光的模式為te1，透射光的模式為te0；當(dāng)所述入射光的模式為te1時，所述反射光的模式為te0，透射光的模式為te1。

需要說明的是，所述輸入波導(dǎo)的輸入光可以是0階模，1階模，也可以是其它階模式，這里不做具體限定。

本發(fā)明實施例可以通過全息曝光制作的方法制作基本光柵，通過普通光刻的方法制作取樣結(jié)構(gòu)，因此制造成本低。

圖7為非對稱定向耦合器實施例。

所述非對稱定向耦合器用于實現(xiàn)反射光的模式變換與波導(dǎo)間耦合，所述非對稱定向耦合器包含寬波導(dǎo)和窄波導(dǎo)，當(dāng)所述輸入波導(dǎo)為寬波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)為窄波導(dǎo)時，所述入射波導(dǎo)光為0階模、反射光為1階模、所述輸出光為0階模；當(dāng)所述輸入波導(dǎo)為窄波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)為寬波導(dǎo)時，所述入射波導(dǎo)光為1階模、反射光為0階模、所述輸出光為1階模。

進一步地，所述輸入波導(dǎo)為寬波導(dǎo)單模波導(dǎo)，所述波導(dǎo)光柵為雙模波導(dǎo)，所述輸出波導(dǎo)為窄單模波導(dǎo)。所述輸出光一般為0階模，所述反射光為1階模；所述反射光經(jīng)過所述非對稱定向耦合器轉(zhuǎn)變?yōu)?階模，經(jīng)所述輸出波導(dǎo)輸出，因此輸入光和輸出光模式相同。

需要說明的是，所述輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)與所述非對稱耦合器的寬波導(dǎo)和窄波導(dǎo)的連接，需要根據(jù)所述輸入光的模式進行選擇。

圖8為基于等效交錯光柵結(jié)構(gòu)的濾波器陣列實施例。

一種環(huán)形反射式波導(dǎo)光柵濾波器，包含輸入波導(dǎo)，輸出波導(dǎo)，波導(dǎo)光柵，所述波導(dǎo)光柵為等效交錯光柵，所述等效交錯光柵是通過重構(gòu)等效啁啾技術(shù)實現(xiàn)的，在所述光柵波導(dǎo)的橫向兩側(cè)光柵取樣結(jié)構(gòu)的初相位移動半個取樣周期，即π相位，可得到交錯的等效光柵。

進一步地，如果取樣結(jié)構(gòu)的初相位移動其他相位值，可以得到不完全的交錯結(jié)構(gòu)，+1或者-1級的子光柵周期與基本光柵周期和取樣周期可以表示為：

其中，λ+1為+1級的子光柵周期，λ-1為-1級的子光柵周期，λ0為基本光柵周期，p為取樣周期。

例如，圖8中p1、p1、p3分別對應(yīng)于工作波長為λ1、λ2、λ3的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明實施例不僅可以實現(xiàn)單波長光的反射式模式變換，還可以利用取樣光柵技術(shù)實現(xiàn)多波長濾波器陣列。

圖9為一種基于電子束曝光制作絕緣體上硅波導(dǎo)材料體系的濾波器的制作方法流程實施例。

本實施例提供一種基于電子束曝光制作絕緣體上硅波導(dǎo)材料體系的濾波器的制作方法，包括以下步驟：

步驟101，在平整的絕緣體上硅的晶片上旋涂一層pmma有機物或者其他電子束光刻常用的光刻膠。

步驟102，使用電子束曝光制作波導(dǎo)圖形并顯影，所述波導(dǎo)圖形包括輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)、所述輸出波導(dǎo)與所述輸入波導(dǎo)通過耦合段形成的非對稱定向耦合器。

步驟103，使用電感耦合等離子體刻蝕技術(shù)，選擇性地把顯影區(qū)域的硅刻蝕掉。

步驟104，在硅波導(dǎo)表面制備固定深度(如40nm)的表面光柵。

需要說明的是，步驟104，可以通過添加曝光側(cè)壁光柵的圖形，并使用電子束曝光制作所述光柵的圖形并顯影來實現(xiàn)。

圖10為一種取樣光柵制作方法流程實施例。

本實施例提供一種基于全息曝光制備特殊結(jié)構(gòu)的取樣光柵，本發(fā)明的光柵器件與傳統(tǒng)光柵制作兼容，都可以利用電子束曝光、納米壓印等方法。對于等效技術(shù)制作光柵，本發(fā)明中波導(dǎo)光柵器件一般應(yīng)用與硅、氮化硅、iii-v族化合物半導(dǎo)體材料，二氧化硅等，制造關(guān)鍵在做取樣光柵結(jié)構(gòu)，包括以下步驟：

步驟105，使用全息曝光技術(shù)在光刻膠上形成均勻光柵圖案；

圖11為光柵制作過程的實施例示意圖，其中(a)為基本光柵制作過程；如圖11中(a)所示，用兩束紫外光形成干涉條紋，在光刻膠上生成基本光柵(種子光柵)圖案；

步驟106，通過對應(yīng)的具有取樣圖案的光刻版進行普通曝光，把所述光刻版的圖案復(fù)制到晶片的光刻膠上；

如圖11中(b)所示為取樣光柵制作過程，通過光掩模，紫外光作用下，在光刻膠上生成取樣光柵圖案；

步驟107，將所述光刻膠上的圖案腐蝕在晶片上形成相應(yīng)的光柵結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，步驟105和步驟106的順序可以調(diào)換?？梢缘玫饺鐖D5～6所示的等效傾斜和等效交錯取樣光柵以及相應(yīng)的含有等效π相移的光柵。

還需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。