折射率介質(zhì)膜交替層疊而成。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S1 2。
[0055]所述多腔光學干涉薄膜濾光層I為由N個級聯(lián)的光學干涉腔形成的窄帶光學干涉濾光片，其中，10另外，當N>1時，所述多腔光學干涉薄膜濾光層I可以實現(xiàn)光波的帶通平坦化。
[0056]另外，所述多腔光學干涉薄膜濾光層I可根據(jù)濾波特性需求進行優(yōu)化設計，以3腔結構為例，各膜層結構排列為:
[0057]air | (HL) 34T (LH) 3L (HL) 34T (LH) 3L (HL) 34Τ (LH)31 air
[0058]其中，H表示多層介質(zhì)膜10中的高折射率介質(zhì)膜的1/4波長厚度，L表示多層介質(zhì)膜10中的低折射介質(zhì)膜層的1/4波長厚度，T表示熱光材料AlN或GaN的1/4波長厚度，(LH)3表示高折射率介質(zhì)膜及低折射率介質(zhì)膜為交替層疊3次。
[0059]所述多腔光學干涉薄膜濾光層I中，半波共振腔材料為GaN或AlN或其他大熱光系數(shù)、低消光系數(shù)的薄膜材料，相對于常規(guī)光學介質(zhì)材料S1J莫的熱光系數(shù)，AlN和GaN的熱光系數(shù)高出一個數(shù)量級。當通過微加熱器2改變光學濾光片溫度時，由于半波共振腔材料的折射率發(fā)生相對較大的變化，從而可以實現(xiàn)薄膜中心波長數(shù)納米至數(shù)十納米的調(diào)節(jié)。所述多腔光學干涉薄膜濾光層I可以采用現(xiàn)有的工藝進行制備，各層材料可依次沉積，其厚度通過在線監(jiān)控精確控制，因而可以根據(jù)應用需求實現(xiàn)平頂窄帶的濾波特性。與硅材料相比，雖然AlN和GaN的熱光系數(shù)稍低，但AlN和GaN的禁帶寬度很高，具有相對更低的消光系數(shù)，所以在窄帶干涉濾光片中能夠獲得更低光學損耗，同時波長調(diào)諧范圍或調(diào)諧功耗仍能滿足某些光通信應用的要求。
[0060]另外，所述的熱光可調(diào)諧濾波器可以應用于可調(diào)諧光接收機、可調(diào)諧激光器、DffDM光性能監(jiān)測器、光上/下復用器中。
[0061 ] 本實施例中的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器可以基于SOI硅片或者體硅襯底，采用MEMS體硅加工工藝制作，以體硅襯底為例，其主要制作過程如下:1)采用電子束蒸發(fā)工藝、濺射工藝或其它薄膜沉積工藝于所述體硅襯底表面制備多腔光學干涉薄膜濾光層I ;2)通過金屬濺射，光刻，濕法腐蝕等工藝，在多腔光學干涉薄膜濾光層I上表面依次制作微加熱器2、微溫度傳感器3和引線焊盤8 ;3)在體硅襯底下表面光刻出刻蝕圖形，并利用刻蝕或腐蝕技術將不需要的體硅襯底層去除，直至露出所述多腔光學干涉薄膜濾光層1，形成通光孔。
[0062]如上所述，本發(fā)明提供一種低光學損耗的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11的多腔光學干涉薄膜濾光層1、以及微加熱器2，通過控制所述微加熱器2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)諧濾波器存在的光學損耗大且濾波波形不能滿足應用的問題，在光通信、光傳感領域具有良好的應用前景。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有熱光可調(diào)諧濾波器技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0063]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種低光學損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，其特征在于，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。
2.根據(jù)權利要求1所述的低光學損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，其特征在于:所述多腔光學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。
3.根據(jù)權利要求2所述的低光學損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，其特征在于:所述多腔光學干涉薄膜濾光層為由N個級聯(lián)的光學干涉腔形成的窄帶光學干涉濾光片，其中，N多I。
4.根據(jù)權利要求3所述的低光學損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，其特征在于:當N>1時，所述多腔光學干涉薄膜濾光層可以實現(xiàn)光波的帶通平坦化。
5.根據(jù)權利要求1所述的低光學損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，其特征在于:所述微加熱器為由金屬膜條或半導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。
6.根據(jù)權利要求1所述的低光學損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，其特征在于: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。
7.根據(jù)權利要求1所述的低光學損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，其特征在于:通過控制微加熱器的工作電流，可以實現(xiàn)所述多腔光學干涉薄膜濾光層中心波長Onm?50nm的光譜調(diào)諧。
8.根據(jù)權利要求1所述的低光學損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，其特征在于:所述多腔光學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，構成隔熱微結構來降低熱傳導，從而降低電熱調(diào)諧功耗。
9.根據(jù)權利要求8所述的低光學損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，其特征在于: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增透膜。
10.根據(jù)權利要求8所述的低光學損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，其特征在于:所述通光孔的尺寸大于工作光束的光斑尺寸。
11.根據(jù)權利要求1所述的低光學損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，其特征在于:所述多腔光學干涉薄膜濾光層可以形成于硅襯底之上，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干涉薄膜濾光層。
12.根據(jù)權利要求1所述的低光學損耗的MEMS熱光可調(diào)諧濾波器，其特征在于:所述的熱光可調(diào)諧濾波器可以應用于可調(diào)諧光接收機、可調(diào)諧激光器、DWDM光性能監(jiān)測器、光上/下復用器中。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種低光學損耗的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作為光學干涉薄膜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)諧濾波器存在的光損耗大且濾波波形不能滿足應用的問題，在光通信、光傳感領域具有良好的應用前景。
【IPC分類】G02F1-01
【公開號】CN104714311
【申請?zhí)枴緾N201510167742
【發(fā)明人】吳亞明, 徐靜, 江火秀
【申請人】上海新微技術研發(fā)中心有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年4月9日