一種帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)濾波器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]可調(diào)光學(xué)濾波器是一種基本光學(xué)元件，其本質(zhì)上為帶通型濾波器，即只允許特定波長信號透射，其他波長信號反射掉，能夠從寬帶光源信號中篩選出一定波長范圍信號?？烧{(diào)光學(xué)濾波器是現(xiàn)代光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中的重要部件之一，在光通訊、光信號處理、光譜學(xué)、遠(yuǎn)程遙感、超光譜/精細(xì)光譜等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。國際上已經(jīng)制作了多種光學(xué)濾波器，如法布里波羅濾波器、薄膜干涉濾波片、馬赫曾德爾干涉儀濾波器、光柵濾波器、波導(dǎo)濾波器等。隨著光通訊技術(shù)和多光譜/精細(xì)光譜技術(shù)的發(fā)展，越來越需要一種帶寬可調(diào)光學(xué)濾波器以滿足未來的發(fā)展需要，因而近年來得到了廣泛的關(guān)注。
[0003]Xinyong Dong 等人在文章〃Bandwidth-tunable filter and spacing-tunablecomb filter with chirped-fiber Bragg gratings, ^Optics Communicat1ns, vol.259,pp.645-648, 2006.中報(bào)道的光學(xué)濾波器，利用光纖光柵實(shí)現(xiàn)了帶寬的大范圍調(diào)諧。但是此類光學(xué)濾波器通常由光纖器件構(gòu)成，體積較大，而且也無法與基于平面工藝的平面光波導(dǎo)回路或集成電路集成，嚴(yán)重限制了系統(tǒng)集成度的提高。
[0004]因此，為了進(jìn)一步促進(jìn)系統(tǒng)集成度的提高，有必要提出新的帶寬可調(diào)的光學(xué)濾波器。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提出一種帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器，以降低器件的面積，提高系統(tǒng)的集成度。
[0007]( 二)技術(shù)方案
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器，包括:一個(gè)主環(huán)形諧振器11 ;兩個(gè)副環(huán)形諧振器分別位于主環(huán)形諧振器11兩側(cè)，作為輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)行諧振器13 ;兩個(gè)加熱器14，分別位于輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13上；兩個(gè)彎曲波導(dǎo)分別位于輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13外側(cè)，作為輸入波導(dǎo)15和輸出波導(dǎo)16。
[0009]上述方案中，所述環(huán)形諧振器11、輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13均由環(huán)形波導(dǎo)構(gòu)成。
[0010]上述方案中，所述加熱器14通過利用熱光效應(yīng)來調(diào)諧所述輸入環(huán)形諧振器12和出環(huán)形諧振器13的諧振波長。
[0011]上述方案中，所述輸入波導(dǎo)15、輸出波導(dǎo)16以及構(gòu)成環(huán)形諧振器11、輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13的環(huán)形波導(dǎo)均采用硅波導(dǎo)，能夠通過熱光效應(yīng)改變波導(dǎo)的折射率。
[0012](三)有益效果
[0013]本發(fā)明提供的帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器，由三個(gè)環(huán)形諧振器和輸入輸出波導(dǎo)構(gòu)成。位于主環(huán)形諧振器11兩側(cè)的輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13可等效為主環(huán)形諧振器11的等效輸入耦合區(qū)和等效輸出耦合區(qū)。因?yàn)榄h(huán)形諧振器具有波長選擇特性，其光譜響應(yīng)在諧振波長(Aci)處呈現(xiàn)一峰值(如圖2所示)，所以由輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13構(gòu)成的等效輸入、輸出耦合區(qū)的等效耦合系數(shù)也成為波長相關(guān)的函數(shù)，在諧振波長處呈現(xiàn)一峰值。通過位于輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13上的加熱器14，利用熱光效應(yīng)改變波導(dǎo)的折射率，可以調(diào)整輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13的諧振波長，使其光譜響應(yīng)發(fā)生平移(λ # Δ λ , λ 0- Δ λ )，等效于改變等效輸入、輸出耦合區(qū)的耦合系數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)帶寬的改變，實(shí)現(xiàn)了帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器，有望應(yīng)用于光通信、光信號處理、光譜學(xué)等領(lǐng)域。
[0014]此外，由于此帶通型光學(xué)濾波器的主體由結(jié)構(gòu)緊湊的環(huán)形諧振器組成，大大降低了器件的面積與體積，便于與其他外圍器件、電路集成，進(jìn)而顯著提高了系統(tǒng)的集成度。
【附圖說明】
[0015]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體內(nèi)容，其中:
[0016]圖1為本發(fā)明提供的帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明提供的帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器的原理示意圖；
[0018]圖3為依照本發(fā)明實(shí)施例的提供的帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器的光譜響應(yīng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020]如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖，該帶通型光學(xué)濾波器包括:
[0021]一個(gè)主環(huán)形諧振器11;
[0022]兩個(gè)副環(huán)形諧振器分別位于主環(huán)形諧振器11兩側(cè)，作為輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)行諧振器13 ;
[0023]兩個(gè)加熱器14，分別位于輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13上；以及
[0024]兩個(gè)彎曲波導(dǎo)分別位于輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13外側(cè)，作為輸入波導(dǎo)15和輸出波導(dǎo)16。
[0025]在圖1中，環(huán)形諧振器11、輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13均由環(huán)形波導(dǎo)構(gòu)成，加熱器14通過利用熱光效應(yīng)來調(diào)諧所述輸入環(huán)形諧振器12和出環(huán)形諧振器13的諧振波長。輸入波導(dǎo)15、輸出波導(dǎo)16以及構(gòu)成環(huán)形諧振器11、輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13的環(huán)形波導(dǎo)均采用硅波導(dǎo)，能夠通過熱光效應(yīng)改變波導(dǎo)的折射率。
[0026]圖1所示的帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器，采用平面波導(dǎo)回路技術(shù)實(shí)現(xiàn)，只需定義版圖信息即可通過標(biāo)準(zhǔn)平面工藝制作完成，有望與集成電路等其他電子器件單片集成，提高系統(tǒng)集成度。
[0027]主環(huán)形諧振器11、輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13構(gòu)成一個(gè)三階級聯(lián)環(huán)形諧振器，在濾波器輸出端形成一個(gè)帶通濾波器。此帶通型濾波器的帶寬可以通過調(diào)整輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13的諧振波長而改變。
[0028]對于此帶通型濾波器而言，輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13可以等效為主環(huán)形諧振器11與輸入波導(dǎo)15和輸出波導(dǎo)16的等效耦合結(jié)構(gòu)，即輸入環(huán)形諧振器12可以看做濾波器的等效輸入耦合區(qū)、輸出環(huán)形諧振器13可以看做濾波器的等效輸出耦合區(qū)。
[0029]因?yàn)榄h(huán)形諧振器具有波長選擇特性，其光譜響應(yīng)在諧振波長(λ O)處呈現(xiàn)一峰值，如圖2所示，所以由輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13構(gòu)成的等效輸入、輸出耦合區(qū)的等效耦合系數(shù)(kiyut d)也成為波長相關(guān)的函數(shù)，與輸入、輸出環(huán)形諧振器12和13的光譜相同，成一階環(huán)形諧振器帶通響應(yīng)，在諧振波長處呈現(xiàn)一峰值。此時(shí)，通過位于輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13上的加熱器14，利用熱光效應(yīng)改變波導(dǎo)的折射率，可以調(diào)整輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13的諧振波長，使其光譜響應(yīng)發(fā)生平移，等效于改變等效輸入、輸出耦合區(qū)的耦合系數(shù)，使其耦合系數(shù)也發(fā)生平移。此時(shí)整個(gè)濾波器可等效為一個(gè)具有可調(diào)耦合系數(shù)的帶通型濾波器。當(dāng)輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13的波導(dǎo)折射率成相反趨勢變化時(shí)，輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13的諧振波長向相反方向平移(λ-Λ λ、Atl-A λ)，導(dǎo)致等效輸入耦合系數(shù)(kineff)和等效輸出耦合系數(shù)(kout eff)對稱減小，進(jìn)而使帶通型濾波器的帶寬減小。
[0030]圖3為依照本發(fā)明實(shí)施例的提供的帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器的光譜響應(yīng)圖。在本實(shí)施例所示的器件中，環(huán)形諧振器的半徑可以在數(shù)微米至數(shù)百微米內(nèi)選擇，波導(dǎo)的尺寸可以在數(shù)百納米至數(shù)十微米范圍內(nèi)選擇，具體的數(shù)值應(yīng)根據(jù)光學(xué)濾波器的工作波長來確定。在本實(shí)施例中，環(huán)形諧振器的半徑為100微米，波導(dǎo)為高220納米、寬I微米、脊高60納米的脊型硅波導(dǎo)，工作波長在1551.6納米，在此波長下波導(dǎo)的折射率為2.767。改變加熱器14產(chǎn)生的熱量，使輸入環(huán)形諧振器12和輸出環(huán)形諧振器13的波導(dǎo)折射率發(fā)生相反的變化，分別變化Anin^ut= ±0.0001、Δη in；out= ±0.0002以及無變化時(shí)，仿真得到帶通型濾波器的光譜響應(yīng)如圖3所示?？梢钥吹?，本實(shí)施例中的帶通型濾波器的帶寬可以從12GHz連續(xù)變化至1.5GHzο
[0031]本發(fā)明提供的這種帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器，由三個(gè)環(huán)形諧振器和輸出入輸出波導(dǎo)構(gòu)成，通過加熱器調(diào)整輸入、輸出環(huán)形諧振器的諧振波長，改變?yōu)V波器的輸入、輸出耦合系數(shù)，實(shí)現(xiàn)帶寬的改變，進(jìn)而有望在光通訊、光信號處理、光譜學(xué)等領(lǐng)域中產(chǎn)生廣泛應(yīng)用。
[0032]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器，其特征在于，包括: 一個(gè)主環(huán)形諧振器(11); 兩個(gè)副環(huán)形諧振器分別位于主環(huán)形諧振器(11)兩側(cè)，作為輸入環(huán)形諧振器(12)和輸出環(huán)行諧振器(13); 兩個(gè)加熱器(14)，分別位于輸入環(huán)形諧振器(12)和輸出環(huán)形諧振器(13)上； 兩個(gè)彎曲波導(dǎo)分別位于輸入環(huán)形諧振器(12)和輸出環(huán)形諧振器(13)外側(cè)，作為輸入波導(dǎo)(15)和輸出波導(dǎo)(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器，其特征在于，所述環(huán)形諧振器(11)、輸入環(huán)形諧振器(12)和輸出環(huán)形諧振器(13)均由環(huán)形波導(dǎo)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器，其特征在于，所述加熱器(14)通過利用熱光效應(yīng)來調(diào)諧所述輸入環(huán)形諧振器(12)和出環(huán)形諧振器(13)的諧振波長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器，其特征在于，所述輸入波導(dǎo)(15)、輸出波導(dǎo)(16)以及構(gòu)成環(huán)形諧振器(11)、輸入環(huán)形諧振器(12)和輸出環(huán)形諧振器(13)的環(huán)形波導(dǎo)均采用硅波導(dǎo)，能夠通過熱光效應(yīng)改變波導(dǎo)的折射率。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶寬可調(diào)的帶通型光學(xué)濾波器，包括：一個(gè)主環(huán)形諧振器(11)；兩個(gè)副環(huán)形諧振器分別位于主環(huán)形諧振器(11)兩側(cè)，作為輸入環(huán)形諧振器(12)和輸出環(huán)行諧振器(13)；兩個(gè)加熱器(14)，分別位于輸入環(huán)形諧振器(12)和輸出環(huán)形諧振器(13)上；兩個(gè)彎曲波導(dǎo)分別位于輸入環(huán)形諧振器(12)和輸出環(huán)形諧振器(13)外側(cè)，作為輸入波導(dǎo)(15)和輸出波導(dǎo)(16)。利用本發(fā)明，通過加熱器改變輸入、輸出環(huán)形諧振器的諧振波長，可以實(shí)現(xiàn)濾波器輸入、輸出端耦合系數(shù)的改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)帶寬可調(diào)的功能。
【IPC分類】G02F1-01
【公開號】CN104765164
【申請?zhí)枴緾N201510169681
【發(fā)明人】陳宏達(dá), 張贊, 黃北舉, 程傳同
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月10日