波长可调谐的MEMS-法布里-珀罗滤波器制造技术

将一种基于法布里‑珀罗(FP)滤波腔调谐的使用微机电系统(MEMS)的波长可调谐增益介质设置为可调谐激光器。所述系统包括激光腔以及用于波长选择的滤波腔。所述激光腔由如半导体光放大器(SOA)等增益介质、两个准直透镜以及一端部反射镜组成。所述MEMS‑FP滤波腔包括可通过静电力控制的固定反射镜以及可移动反射镜。通过移动MEMS反射镜，能够通过改变FP滤波腔长度来调谐波长。所述MEMS‑FP滤波腔的位移能够通过使用阶梯电压来离散调谐或通过使用连续的驱动电压来连续调谐。用于连续调谐的驱动频率能够为MEMS结构的谐振频率或任何其它频率，并且调谐范围能够覆盖如30nm、40nm以及超过100nm等不同的调谐范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权声明本申请基于35U.S.C.§119(e)要求于2013年11月26日提交的美国临时申请61/909,277的优先权，其全文通过引用并入本文中。
本文所描述的技术一般涉及用于可调谐激光光源中的法布里-珀罗滤波器(Fabry-Perot filter)，更具体地，涉及包括MEMS装置的法布里-珀罗滤波器。
技术介绍
法布里-珀罗(FP)滤波器已经在可调谐激光光源中广泛使用，包括那些具有外腔以及环形腔的激光光源。在此类激光器中，滤波腔处于激光腔外部。FP滤波器使用本领域技术人员公知的经典波长调谐方法，所以这里只做简要描述。详细描述可以参考K.K.Sharma,\OPTICS:Principles and Applications\,Academic Press；1st edition(2006.08.30)，该文献通过引用并入本文中。可调谐FP滤波器的光腔包括通过气隙分开的两个反射镜，即固定反射镜和可移动反射镜。由多种介电材料制成的分布式布拉格反射镜(DBR)由于具有高反射率而通常用作腔体反射镜。FP滤波器的三个关键参数分别为其自由光谱范围(FSR)、腔体精细度以及腔体滤波器带宽，但是这三个参数全部依赖于有效光腔长度以及有效反射率。为了更精确地计算FP滤波器参数，需要使用该滤波器的有效光腔长度。该长度包括腔体反射镜之间的光程以及穿透进介电DBR反射镜的光学穿透深度。光程定义为，光线行进的物理(几何)距离乘以其传播通过的介质/媒介的折射率的乘积。在FP滤波器中，最大传输的波长周期性出现，并且相邻极大值之间的间隔(模间隔)称为自由光谱范围，由符号△λFSR表示。对于给定的设计波长λ，FP滤波器的FSR由腔体反射镜之间的有效光程Leff确定，即由有效光腔长度确定，其表示为： ( Δλ F S R = λ 2 2 L e f f ) - - - ( 1 ) ]]>特别地，该限定关系显示了FSR与光腔长度成反比：因此，腔体越短，FSR越宽。FP滤波器的精细度由FP腔的有效反射率reff如下确定：有效反射率则通过两个反射镜的反射率来确定。该反射率的取值范围为0<reff<1。FP滤波器的FSR与其带宽的比值就是其精细度FFP。这个量比类似于该装置的品质因子(“Q因子”)。因此，对于恒定的FSR，使滤波器带宽变窄可以使得精细度变大。FP滤波器的滤波器带宽δλFP为每一传输峰的锐度。该带宽由干涉仪片的反射率(以及损耗)以及片间距所确定。该带宽还为自由光谱范围(FSR)和精细度(F)的比值，并且由下式给出： δλ F P = Δλ F S R , F P F F P = λ 2 2 L e f f 1 - r e f f π r e f f - - - ( 2 ) ]]>其中λ为设计波长，Leff为FP腔的有效光腔长度。滤波器带宽也是其最小可分辨带宽(即其分辨率)。窄滤波器带宽对于高光传输、低插入损耗以及低波前失真是合乎需要的。可以看出，实现窄滤波器带宽的关键要求是：(1)较长的有效光腔长度；以及(2)较高的FP腔反射镜的反射率。可以通过改变滤波腔长度，来将FP可调谐滤波器调谐至选定的波长。FP滤波器的波长调谐范围Δλ由下式给出： Δ λ = λ Δ L L e f f - - - ( 3 ) ]]>其中Δλ为FP腔的腔长的变化量。该波长调谐范围通常小于FP滤波器的FSR。为了实现宽波长调谐范围(例如100nm或100nm以上)，有效光腔长度应当在几微米范围内。人们已经使用微机电系统(MEMS)技术来改变滤波腔长度(并且因此改变有效光腔长度)，以使得能够实现波长调谐。例如，这样一种使用MEMS的可调谐法布里-珀罗滤波器在于2002年4月16日授予Flanders的美国专利6,373，632B1中公开，该专利名称为“Tunable Fabry-Perot Filte”，其通过引用并入本文中。在这个专利中，限定FP腔的两个反射镜位于两个单独的晶元上，两个晶元接着被键合(bonded)到一起。确保反射镜在此工艺完成之后彼此平行是很重要的。运动来自移动FP腔一侧上的膜。滤波器具有一个腔；而另一个相邻的腔则由MEMS限定。尽管将两个芯片键合使得能够灵活配置滤波器光腔长度，从而实现所需的带宽以及FSR，但是将两个芯片键合增加了制备复杂性以及制作成本。
技术实现思路
本专利技术包括使用MEMS的FP滤波器，其中MEMS腔为FP滤波腔的一部分。此种结构从制备的观点来看是有效的，以及在设计上是紧凑的。本专利技术涉及使用一系列半导体制备工艺来制作MEMS-FP滤波器，以取代进行昂贵的并且更复杂的分立组件的键本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐MEMS‑FP滤波器，包括：具有上表面和下表面的半导体或介电衬底；连接至所述衬底下表面的固定反射镜；设置在所述衬底上表面的底部电极，以及设置在所述衬底上表面的AR层；具有上表面和下表面的可移动反射镜，所述可移动反射镜由一个或多个悬挂梁支撑，并且包括MEMS、多层介电DBR反射镜以及设置在所述可移动反射镜上表面的顶部电极，其中在所述可移动反射镜的下表面和所述衬底的上表面之间形成气隙；其中在所述固定反射镜和可移动反射镜之间形成光腔；以及在所述顶部电极和底部电极之间提供电压以改变所述光腔腔长的电压源。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.26 US 61/909,2771.一种可调谐MEMS-FP滤波器，包括：具有上表面和下表面的半导体或介电衬底；连接至所述衬底下表面的固定反射镜；设置在所述衬底上表面的底部电极，以及设置在所述衬底上表面的AR层；具有上表面和下表面的可移动反射镜，所述可移动反射镜由一个或多个悬挂梁支撑，并且包括MEMS、多层介电DBR反射镜以及设置在所述可移动反射镜上表面的顶部电极，其中在所述可移动反射镜的下表面和所述衬底的上表面之间形成气隙；其中在所述固定反射镜和可移动反射镜之间形成光腔；以及在所述顶部电极和底部电极之间提供电压以改变所述光腔腔长的电压源。2.根据权利要求1所述的可调谐MEMS-FP滤波器，其中所述多层DBR反射镜包括：Si/SiO2、Si/Al2O3、SiO2/TiO2或Ta2O5/SiO2。3.根据权利要求1所述的可调谐MEMS-FP滤波器，其中所述衬底包括选自Si、InP、GaAs或GaP的半导体或介电材料。4.根据权利要求1所述的可调谐MEMS-FP滤波器，其中所述固定反射镜包括高反射率(HR)涂层。5.根据权利要求1所述的可调谐MEMS-FP滤波器，其中所述固定反射镜包括多层介电DBR反射镜。6.一种可调谐MEMS-FP滤波器，包括：具有上表面和下表面的半导体或介电衬底；连接至所述衬底下表面的固定反射镜、设置在所述衬底上表面的底部电极以及设置在所述衬底上表面的AR层；具有上表面和下表面的可移动反射镜，所述可移动反射镜由一个或多个悬挂梁支撑，并且包括多层介电DBR反射镜以及设置在所述上表面的顶部电极，其中在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·卡迈勒，T·李，D·尤，漆启年，
申请(专利权)人：英菲尼斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US