對(duì)溫度不敏感的光學(xué)濾波器及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及集成光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對(duì)溫度不敏感的光學(xué)濾波器 及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)濾波器（Optical filter)是集成光電子系統(tǒng)中的重要功能器件，可用于構(gòu) 建波分復(fù)用光通信系統(tǒng)中的波分復(fù)用器/解復(fù)用器。馬赫-曾德型光學(xué)濾波器是一種常 用的光學(xué)濾波器結(jié)構(gòu)，由輸入親合分束器、相移器和輸出親合合束器構(gòu)成。由于馬赫-曾 德型光學(xué)濾波器具有正弦型的頻率傳輸譜，使得波分復(fù)用時(shí)相鄰信道的串?dāng)_較大。為此采 用N級(jí)相移器通過(guò)N+1個(gè)耦合器級(jí)聯(lián)形成的多級(jí)馬赫-曾德干涉結(jié)構(gòu)獲取平頂濾波特性 的頻率傳輸譜。該多級(jí)馬赫-曾德干涉結(jié)構(gòu)已經(jīng)在IBM發(fā)布的25Gbps波分復(fù)用光互連系 統(tǒng)中（A 90nm CMOS Integrated Nano-Photonics Technology for 25Gbps WDMOptical Communications Applications)獲得應(yīng)用。
[0003] 由于大多數(shù)用于構(gòu)建光學(xué)濾波器的光電子材料（如硅、二氧化硅、磷化銦）都具 有一定的熱光效應(yīng)，即材料的折射率會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生變化。這種熱光效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致 光學(xué)濾波器的工作波長(zhǎng)隨著溫度的變化而發(fā)生漂移。為此，業(yè)界人士提出制備對(duì)溫度不敏 感的馬赫-曾德干涉型光學(xué)濾波器，例如，第一種方案是采用負(fù)熱光系數(shù)材料作為波導(dǎo)的 上包層；第二種方案是采用寬窄條形波導(dǎo)組合的方式構(gòu)建相移器，第三種方案是在相移器 的兩波導(dǎo)中引入不同偏振的波導(dǎo)模式。這幾種方案都能實(shí)現(xiàn)溫度不敏感特性，但都無(wú)法在 實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。原因在于第一種方案中：常用的負(fù)熱光系數(shù)材料與現(xiàn)有的微納工藝不兼 容；第二方案中：寬窄條形波導(dǎo)組合的方式其中現(xiàn)有工藝加工的窄波導(dǎo)損耗太大；第三方 案中：不同偏振態(tài)組合方案需要引入片上的偏振旋轉(zhuǎn)器，但目前的片上偏振旋轉(zhuǎn)器工藝容 差性能都很差。為此，如何提供一種對(duì)現(xiàn)有工藝兼容，且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度不敏感的光學(xué)濾波 器成為當(dāng)前需要解決的技術(shù)問(wèn)題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的其中一個(gè)目的在于提供一種對(duì)溫度不敏感的光學(xué)濾波器及裝置，以 解決熱光效應(yīng)所引起的光學(xué)濾波器的工作波長(zhǎng)隨著溫度的變化而發(fā)生漂移的技術(shù)問(wèn)題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種對(duì)溫度不敏感的光學(xué) 濾波器，包括：三級(jí)耦合器與兩級(jí)相移器，其中：
[0006] 第一級(jí)耦合器的信號(hào)輸入端作為光學(xué)濾波器的信號(hào)輸入端，信號(hào)輸出端連接至第 一級(jí)相移器的信號(hào)輸入端；
[0007] 第二級(jí)耦合器的信號(hào)輸入端連接至所述第一級(jí)相移器的信號(hào)輸出端，信號(hào)輸出端 連接至第二級(jí)相移器的信號(hào)輸入端；
[0008] 第三級(jí)耦合器的信號(hào)輸入端連接至所述第二級(jí)相移器的信號(hào)輸出端，信號(hào)輸出端 作為光學(xué)濾波器的信號(hào)輸出端；
[0009] 所述第一級(jí)相移器與所述第二級(jí)相移器均由至少兩種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)組合而成；
[0010] 所述第一級(jí)相移器與所述第二級(jí)相移器均包括兩條光波導(dǎo)。
[0011] 可選地，第一級(jí)親合器包括一個(gè)或兩個(gè)信號(hào)輸入端口，分別與第一端口和/或第 二端口連接；第三級(jí)耦合器包括一個(gè)或兩個(gè)信號(hào)輸出端口，分別與第三端口和/或第四端 口連接。
[0012] 可選地，所述第二級(jí)相移器中兩條波導(dǎo)的光程差是所述第一級(jí)相移器中兩條波導(dǎo) 光程差的2倍；或者，所述第二級(jí)相移器中兩條波導(dǎo)的光程差增加或者減少不超過(guò)一個(gè)工 作波長(zhǎng)長(zhǎng)度后是所述第一級(jí)相移器兩條波導(dǎo)光程差的2倍；
[0013] 或者，所述第一級(jí)相移器中兩條波導(dǎo)的光程差是所述第二級(jí)相移器中兩條波導(dǎo)光 程差的2倍；或者，所述第一級(jí)相移器中兩條波導(dǎo)的光程差增加或者減少不超過(guò)一個(gè)工作 波長(zhǎng)長(zhǎng)度后是所述第二級(jí)相移器兩條波導(dǎo)光程差的2倍。
[0014] 可選地，所述第一級(jí)相移器與所述第二級(jí)相移器中所選用的兩種或者兩種以上的 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為條形波導(dǎo)、溝道波導(dǎo)、脊型波導(dǎo)和條形-溝道混合型波導(dǎo)中的兩種或者兩種以 上類型；
[0015] 或者，
[0016] 所述第一級(jí)相移器與所述第二級(jí)相移器中所選用的兩種或者兩種以上的波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)為條形波導(dǎo)、溝道波導(dǎo)、脊型波導(dǎo)和條形-溝道混合型波導(dǎo)中的任意一種，且該兩種或者 兩種以上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有不同的尺寸參數(shù)。
[0017] 可選地，第一級(jí)相移器與第二級(jí)相移器中的波導(dǎo)采用條形波導(dǎo)與條形-溝道混合 型波導(dǎo)組合而成；且條形波導(dǎo)與條形-溝道混合型波導(dǎo)采用波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器連接。
[0018] 可選地，第一級(jí)相移器與第二級(jí)相移器中所包含的兩種類型波導(dǎo)的長(zhǎng)度差 為：AL1、AL11;與兩種類型波導(dǎo)分別對(duì)應(yīng)的有效熱光系數(shù)
滿足
[0019] 可選地，所述波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器為多模干涉型波導(dǎo)模式轉(zhuǎn)換器；該多模干涉型波導(dǎo) 模式轉(zhuǎn)換器包括：多模波導(dǎo)區(qū)域、寬度漸變的條形-溝道混合型波導(dǎo)區(qū)域；
[0020] 其中，所述多模波導(dǎo)區(qū)域的一端用于連接條形波導(dǎo)，另一端連接所述寬度漸變的 條形-溝道混合型波導(dǎo)區(qū)域的一個(gè)波導(dǎo)端面；所述寬度漸變的條形-溝道混合型波導(dǎo)區(qū)域 的另一波導(dǎo)端面用于連接條形-溝道混合型波導(dǎo)，所述寬度漸變的條形-溝道混合型波導(dǎo) 區(qū)域中的溝道與所述條形-溝道混合型波導(dǎo)的溝道一一對(duì)應(yīng)。
[0021] 可選地，所述對(duì)溫度不敏感的光學(xué)濾波器采用非良導(dǎo)體材料波導(dǎo)或者非良導(dǎo)體材 料表面覆蓋一層金屬的表面等離子體波導(dǎo)制成。
[0022] 可選地，所述非良導(dǎo)體材料為二氧化硅、二氧化鈦、氧化鎵、硅、鍺、氮化硅、磷化銦 或者氮化鎵。
[0023] 第二方面，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了一種對(duì)溫度不敏感的光學(xué)濾波裝置，由多 個(gè)上文所述的對(duì)溫度不敏感的光學(xué)濾波器級(jí)聯(lián)制成，其中：
[0024] 上一級(jí)光學(xué)濾波器的輸出端口與下一級(jí)光學(xué)濾波器的輸入端口連接。
[0025] 本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種對(duì)溫度不敏感的光學(xué)濾波器及裝置，利用條形波導(dǎo) 與條形-溝道混合波導(dǎo)組成多個(gè)相移器，通過(guò)設(shè)置兩種類型的波導(dǎo)長(zhǎng)度，使得第二級(jí)相移 器與第一級(jí)相移器的相位差成預(yù)設(shè)關(guān)系，進(jìn)而使得本實(shí)用新型提供的對(duì)溫度不敏感的光學(xué) 濾波器可以在保持平頂濾波特性的同時(shí)大幅降低溫度變化引起的光學(xué)濾波器工作信道漂 移。另外，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的對(duì)溫度不敏感的光學(xué)濾波器結(jié)構(gòu)中，需加工的最小線寬 可以彡200nm，可以采用目前已經(jīng)普及商用的中低端0. 18μπι微納加工工藝完成批量加工 生產(chǎn)，具有低成本的特點(diǎn)，在集成光電子領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 通過(guò)參考附圖會(huì)更加清楚的理解本實(shí)用新型的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不 應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行任何限制，在附圖中：
[0027] 圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的一種對(duì)溫度不敏感的光學(xué)濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的條形波導(dǎo)與條形-溝道混合型波導(dǎo)的截面示意 圖；
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