一種低光學(xué)損耗的mems熱光可調(diào)諧濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖通信、光纖傳感與MEMS光器件領(lǐng)域，特別是涉及一種低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]可調(diào)諧光濾波器通常是指光帶通濾波器的中心波長可調(diào)的光學(xué)濾波器，由于其波長調(diào)節(jié)的靈活性，在光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用，是構(gòu)成智能光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件之一。基于MEMS技術(shù)的可調(diào)諧光學(xué)濾波器由于其具有微小型化、集成化和批量制造、成本低等優(yōu)點越來越成為研宄和開發(fā)的重點。
[0003]目前MEMS光可調(diào)諧濾波器主要是基于Fabry-Perot腔干涉原理，波長調(diào)諧機制主要有腔長調(diào)諧和折射率調(diào)諧兩種方案。腔長調(diào)諧方案是通過靜電驅(qū)動或壓電驅(qū)動FP腔的其中一面微反射鏡沿法線方向運動來調(diào)節(jié)FP腔長，實現(xiàn)對諧振波長的調(diào)諧。這種方案波長調(diào)諧范圍大，但需要制作兩個高光學(xué)質(zhì)量的光學(xué)微反射鏡、精準地控制兩個微鏡面的相互平行度，并且在移動鏡面的過程中也需要保持兩個微鏡面具有很高的平行度，因此技術(shù)實現(xiàn)非常困難，且對于外界振動、電壓波動等干擾比較敏感，波長穩(wěn)定性差，同時還存在波長漂移問題，影響其應(yīng)用推廣?；贛EMS技術(shù)Fabry-Perot腔可調(diào)諧濾波器通常只能實現(xiàn)單腔的光干涉濾波器，其光譜曲線為洛倫茨譜線，難以滿足通帶平頂?shù)膽?yīng)用需求，而且其采用單腔結(jié)構(gòu)，也難以解決窄線寬與大調(diào)諧范圍的矛盾。
[0004]針對折射率調(diào)諧方案，已報道的薄膜結(jié)構(gòu)都采用多晶硅或者單晶硅薄膜作為半波長FP腔的波長調(diào)諧材料，利用電阻加熱改變硅折射率來調(diào)節(jié)波長。此方案由于FP腔直接采用薄膜結(jié)構(gòu)，沒有微鏡的機械運動，其波長穩(wěn)定性好，由于光學(xué)薄膜技術(shù)設(shè)備達到很高的水平，采用折射率調(diào)諧方案在制作難易程度上顯著優(yōu)于腔長調(diào)諧方案，而且可以實現(xiàn)窄線寬、通帶平坦的光學(xué)濾光片。實現(xiàn)折射率調(diào)諧方案，目前主要有兩種路徑。一種是基于單層單晶硅膜作為折射率調(diào)諧材料，該單晶硅一般采用SOI材料的頂層硅來制作，厚度為數(shù)微米至數(shù)十微米，其光學(xué)薄膜為單腔的光學(xué)干涉薄膜，因此難以實現(xiàn)平頂?shù)恼瓗V光片。另一種是基于多層的非晶硅或多晶硅薄膜作為折射率熱光調(diào)諧材料，通常采用硅薄膜沉積工藝來制作，厚度為數(shù)百納米，其光學(xué)薄膜為多腔的光學(xué)干涉薄膜，因此可以實現(xiàn)平頂?shù)恼瓗V光片。
[0005]光學(xué)薄膜的制造是成熟的工藝技術(shù)，長期以來采用有限的幾種光學(xué)介質(zhì)材料作為薄膜材料，這主要是因為這些薄膜沉積工藝成熟、光學(xué)薄膜性能好，能減少鍍膜靶材的配備數(shù)量。采用硅材料作為波長調(diào)諧材料的原因是基于硅材料很高的熱光系數(shù)、可以透射1.3-1.6 μ m的光通信波段和硅薄膜工藝的成熟性。但是，以硅作為熱光調(diào)諧的FP腔體材料的窄帶平頂可調(diào)濾光片的光插入損耗高達2-5dB，而且線寬越窄，插入損耗越高，無法滿足光通信系統(tǒng)的要求，這一結(jié)果一直困擾著光通信器件工作者。尋找新的光學(xué)薄膜材料，該薄膜材料既能實現(xiàn)波長的熱光調(diào)諧，又能與現(xiàn)有薄膜制造工藝兼容，同時能大幅降低熱光可調(diào)諧光學(xué)薄膜的光學(xué)損耗，是可調(diào)諧光濾波器研宄長期尋找的目標。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中熱光可調(diào)諧濾波器光學(xué)損耗高的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，所述MEMS熱光可調(diào)諧濾波器包括半波共振腔采用AlN或GaN熱光可調(diào)介質(zhì)薄膜材料的多腔光學(xué)干涉薄膜濾光層、以及微加熱器，通過控制所述微加熱器的工作電流，可以調(diào)節(jié)所述MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的中心波長。
[0008]作為本發(fā)明的低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的一種優(yōu)選方案，所述多腔光學(xué)干涉薄膜濾光層包括采用AlN或GaN熱光可調(diào)介質(zhì)薄膜材料的半波共振腔以及多層介質(zhì)膜交替層疊而成，所述多層介質(zhì)膜由高折射率介質(zhì)膜及低折射率介質(zhì)膜交替層疊而成。
[0009]作為本發(fā)明的低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的一種優(yōu)選方案，所述高折射率介質(zhì)膜的材料包括Ti02、Si3N4、及Ta2O5中的一種，所述低折射率介質(zhì)膜的材料包括S120
[0010]作為本發(fā)明的低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的一種優(yōu)選方案，所述多腔光學(xué)干涉薄膜濾光層為由N個級聯(lián)的光學(xué)干涉腔形成的窄帶光學(xué)干涉濾光片，其中，N多I。
[0011]進一步地，當N>1時，所述多腔光學(xué)干涉薄膜濾光層可以實現(xiàn)光波的帶通平坦化。
[0012]作為本發(fā)明的低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的一種優(yōu)選方案，所述微加熱器為由金屬膜條或半導(dǎo)體膜條制成的電阻加熱器，所述的微加熱器位于工作光束的光斑之外，以工作光束中心為對稱點呈中心對稱分布。
[0013]作為本發(fā)明的低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的一種優(yōu)選方案，所述MEMS熱光可調(diào)諧濾波器還包括微溫度傳感器，所述微溫度傳感器是由金屬膜條或半導(dǎo)體膜條制成的電阻式溫度傳感器，其位于工作光束的光斑之外，所述的微溫度傳感器可以為調(diào)諧波長的閉環(huán)反饋提供干涉濾光片的溫度信號。
[0014]作為本發(fā)明的低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的一種優(yōu)選方案，通過控制微加熱器的工作電流，可以實現(xiàn)所述多腔光學(xué)干涉薄膜濾光層中心波長Onm?50nm的光譜調(diào)諧。
[0015]作為本發(fā)明的低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的一種優(yōu)選方案，所述多腔光學(xué)干涉薄膜濾光層形成于單晶硅支撐薄膜之上，所述的單晶硅支撐薄膜與硅襯底通過單晶硅懸掛梁連接，所述硅襯底刻蝕有通光孔，構(gòu)成隔熱微結(jié)構(gòu)來降低熱傳導(dǎo)，從而降低電熱調(diào)諧功耗。
[0016]進一步地，所述單晶硅支撐薄膜的厚度為3 μπι?100 μm，所述單晶硅支撐薄膜的背面沉積有光學(xué)增透膜。
[0017]進一步地，所述通光孔的尺寸大于工作光束的光斑尺寸。
[0018]作為本發(fā)明的低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的一種優(yōu)選方案，所述多腔光學(xué)干涉薄膜濾光層形成于硅襯底之上，所述硅襯底刻蝕有通光孔，所述通光孔處直接露出所述多腔光學(xué)干涉薄膜濾光層。
[0019]作為本發(fā)明的低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的一種優(yōu)選方案，所述的熱光可調(diào)諧濾波器可以應(yīng)用于可調(diào)諧光接收機、可調(diào)諧激光器、DWDM光性能監(jiān)測器、光上/下復(fù)用器中。
[0020]如上所述，本發(fā)明提供一種低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，所述MEMS熱光可調(diào)諧濾波器包括半波共振腔采用AlN或GaN熱光可調(diào)介質(zhì)薄膜材料的多腔光學(xué)干涉薄膜濾光層、以及微加熱器，通過控制所述微加熱器的工作電流，可以調(diào)節(jié)所述MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的中心波長。本發(fā)明采用AlN、GaN作為FP腔中半波共振腔的腔體材料，其既具有較高的熱光系數(shù)，又具有較低的消光系數(shù)，可以大幅度降低窄帶可調(diào)諧濾波器的光學(xué)損耗。本發(fā)明可以有效改善現(xiàn)有MEMS熱光調(diào)諧濾波器存在的損耗大且濾波波形不能滿足應(yīng)用的問題，在光通信、光傳感領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0021]圖1?圖3顯示為本發(fā)明實施例1中的低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4?圖5顯示為本發(fā)明實施例2中的低光學(xué)損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]元件標號說明
[0024]I多腔光學(xué)干涉薄膜濾光層
[0025]11AlN或GaN熱光可調(diào)介質(zhì)薄膜材料
[0026]10多層介質(zhì)膜
[0027]2微加熱器
[0028]3微溫度傳感器
[0029]4單晶硅支撐薄膜
[0030]5光學(xué)增透膜
[0031]6單晶