基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器制造技术

本发明专利技术属于光电子元器件技术领域，具体涉及一种基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器，包括:透明覆盖层、第一导模共振光栅层、中间介质层、第二导模共振光栅层、透明基底层；本发明专利技术具有以下优点：(1)本发明专利技术所述器件具有频率选择特性与灵敏度高的特点。(3)利用电、光、声、磁、热对中间介质层动态控制，实现类电磁感应透明谐振峰的有效调制。(4)本发明专利技术器件结构简单，采用COMS兼容的微加工工艺实现，易于制备，使用方便，可在常温、常压下运行。

【技术实现步骤摘要】
基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器
本专利技术属于光电子元器件
，具体涉及一种基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器。
技术介绍
导模共振光栅由光栅和平面光波导组成。在光栅的周期性调制下，由入射光与波导所支持的光学模式作用，使得光能量重整分布，并将光从平面光波导中衍射出来形成反射或透射。导模共振光栅通常仅由介电材料组成，因此它可以是高透明的，可广泛用于透射或反射元件，以及各种高功率光电子器件。在先技术中，中国专利技术专利申请“一种基于导模共振效应的传感器”公开日：2018-08-10，该传感器能实现对待测样本折射率微小变化检测。该装置所用的双层导模共振光栅结构设计，两个光栅之间不产生光学模式耦合作用，器件的应用范围和功能作用均有较大局限性。双层导模共振光栅通过光学模式耦合诱导产生类电磁感应透明效应，除了可实现在宽的吸收峰中形成一个陡窄透明峰的光谱结构外，通常还伴随着强烈色散效应，导致光速被极大降低，这为低损耗、超高品质因子光学系统提供了潜在的解决方案，并实现许多重要应用，例如光学滤波器、光学调制器、传感器、慢光传输、光存储器、光缓存器等。目前为止，人们提出了基于Fabry-Perot(F-P)微腔结构、回音壁模式(WGM)结构、光子晶体结构、超材料结构等许多耦合微腔光学系统模拟实现电磁感应透明效应。利用双导模共振光栅层间模式耦合产生的类电磁感应透明效应，为新型微纳光子器件和光子集成器件的设计提供新的思路和新方法。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺点或不足，本专利技术提出一种基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器，可用于实现传感器、光调制器、光开关、滤波器等光电子元器件制备，且器件具有结构简单、可调谐、灵敏度高等特点。本专利技术详细技术方案为：一种基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器,该器件包括:透明覆盖层A、第一导模共振光栅层GMRG1、中间介质层B、第二导模共振光栅层GMRG2、透明基底层C；所述透明覆盖层A为厚度为D1的低折射率介质，用于降低光的反射；所述第一导模共振光栅层GMRG1包括第一光栅层10和第一光波导层11，第一光栅层10材质与第一光波导层11相同，为周期性排列于第一光波导层11上表面的长方体凸起，光栅周期为P，高为H1，光栅脊宽为W1，第一光波导层11为H2厚度的高折射率介质；所述中间介质层B在第一导模共振光栅层GMRG1和第二导模共振光栅层GMRG2之间距离D2固定的情况下，通过改变折射率，可实现对第一导模共振光栅层GMRG1和第二导模共振光栅层GMRG2之间光传输相位调控；所述第二导模共振光栅层GMRG2包括第二光栅层20和第二光波导层21，材质、结构与第一导模共振光栅层GMRG1可以完全相同使得两者的导模共振频率有重叠，第二导模共振光栅层GMRG2与第一导模共振光栅层GMRG1配合，共同实现光模式的相干耦合并产生类电磁感应透明谐振；所述透明基底层C用于支撑器件。进一步地，所述透明覆盖层A为二氧化硅。进一步地，所述透明覆盖层A的厚度D1在400nm-1800nm之间。进一步地，所述第一导模共振光栅层GMRG1和第二导模共振光栅层GMRG2为硅或氮化硅。进一步地，所述第一光栅层10和第二光栅层20，光栅周期P的范围在400nm-800nm之间，光栅脊宽W的范围在80nm-300nm之间，光栅高度H1的范围在30nm-250nm之间。进一步地，所述第一光波导层11和第二光波导层21，厚度H2的范围在250nm-650nm之间。进一步地，所述透明基底层C为二氧化硅。进一步地，所述第一导模共振光栅层GMRG1和第二导模共振光栅层GMRG2之间的距离D2的设定满足传输相位匹配原则，通常在1000nm-8000nm之间。进一步地，所述中间介质层B为电光材料或铁电材料，例如磷酸二氢钾(KDP)、氛化磷酸二氢钾(DKDP)、磷酸二氢铵(ADP)、铌酸锂(LiNbO3)、碘酸锂(LiIO3)、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)、钽酸钾(KTaO3)等，通过电调控该区域的折射率。进一步地，所述中间介质层B为相变材料，例如锗-锑-碲(GST)，通过温度调控该区域的折射率。进一步地，所述中间介质层B为磁光材料，例如钇铁石榴石(YIG)、钆镓石榴石(GGG)、CdCr2S4等，通过磁场调控该区域的折射率。进一步地，所述中间介质层B为声光材料，例如钼酸铅(PbMoO4)、钼酸二铅(Pb2MoO5)、二氧化碲(TeO2)、硫化汞(HgS)、氯化亚汞(Hg2Cl2)，通过声波、机械波、外力等调控该区域的折射率。进一步地，所述中间介质层B为半导体材料，例如砷化镓(GaAs)或碲化锡(CdTe)等，通过光调控该区域的折射率。本专利技术基于以下原理：入射光照下第一导模共振光栅层与第二导模共振光栅层分别产生峰值波长λ1和λ2的两个导模共振峰，两个共振峰的频率有重叠。利用光栅的衍射特性，第一导模共振光栅层与第二导模共振光栅层会向上和向下衍射出光，从而使得有一部分光在两光栅层之间往返反射，当两光栅层间的传输相位匹配产生相干共振耦合，便会形成新的光学模式，即实现窄带类电磁感应透明谐振。中间介质层折射率变化可以改变两光栅层间的传输相位，进而实现类电磁感应透明谐振峰位调控。该器件的类电磁感应透明峰拥有高的品质因子和谐振峰位可调控的优点。本专利技术具有以下优点：(1)利用双导模共振光栅模式耦合诱导类电磁感应透明这一物理效应，具备丰富的物理意义与实际应用价值，可用于滤波器，以及传感器、光调制器、光开关、等诸多光电子元器件制备。(2)类电磁感应透明谐振峰具有很高的品质因子，且谐振峰位可调控，因而器件具有频率选择特性与灵敏度高的特点。(3)利用电、光、声、磁、热对中间介质层动态控制，实现类电磁感应透明谐振峰的有效调制。(4)本专利技术器件结构简单，采用COMS兼容的微加工工艺实现，易于制备，使用方便，可在常温、常压下运行。附图说明图1为基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器的结构图；图2为基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器的等效结构图；图3为基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器的原理图：(a)耦合的双导模共振光栅滤波器与单独GMRG1和单独GMRG2的透过率曲线对比；(b)类电磁感应透明峰附近区域局部放大图；(c)不同波长处器件的电场强度分布图；(d)三能级模型；图4为中间介质层折射率改变对器件透明峰形调控的仿真结果图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器的结构图如图1、等效结构图如图2所示，由透明覆盖层A、第一导模共振光栅层GMRG1、中间介质层B、第二导模共振光栅层GMRG2、透明基底层C构成，区别在于光栅层和光波导层相对位置不同。图2(a)中光栅层均位于光波导层上方；图2(b)中光栅层均位于光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器，其特征在于：包括透明覆盖层(A)、第一导模共振光栅层(GMRG1)、中间介质层(B)、第二导模共振光栅层(GMRG2)、透明基底层(C)；所述透明覆盖层(A)为厚度为D

【技术特征摘要】
1.一种基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器，其特征在于：包括透明覆盖层(A)、第一导模共振光栅层(GMRG1)、中间介质层(B)、第二导模共振光栅层(GMRG2)、透明基底层(C)；所述透明覆盖层(A)为厚度为D1的低折射率介质，用于降低光的反射；所述第一导模共振光栅层(GMRG1)包括第一光栅层(10)和第一光波导层(11)，第一光栅层(10)材质与第一光波导层(11)相同，为周期性排列于第一光波导层(11)上表面的长方体凸起，光栅周期为P，高为H1，光栅脊宽为W1，第一光波导层(11)为H2厚度的高折射率介质；所述中间介质层(B)在第一导模共振光栅层(GMRG1)和第二导模共振光栅层(GMRG2)之间距离d固定的情况下，通过改变折射率，可实现对第一导模共振光栅层(GMRG1)和第二导模共振光栅层(GMRG2)之间光传输相位调控；所述第二导模共振光栅层(GMRG2)包括第二光栅层(20)和第二光波导层(21)，材质、结构与第一导模共振光栅层(GMRG1)可以完全相同使得两者的导模共振频率有重叠，第二导模共振光栅层(GMRG2)与第一导模共振光栅层(GMRG1)配合，共同实现光模式的相干耦合并产生类电磁感应透明谐振；所述透明基底层(C)用于支撑器件。


2.一种基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器，其特征在于：所述透明覆盖层(A)为二氧化硅，厚度D1在400nm-1800nm之间。


3.一种基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器，其特征在于：所述第一导模共振光栅层(GMRG1)和第二导模共振光栅层(GMRG2)为硅或氮化硅。


4.一种基于双导模共振光栅模式耦合机制的滤波器，其特征在于：所述第一光栅层(10)和第二光栅层(20)，光栅周期P的范围在400nm-800nm之间，光栅脊宽W...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩云鑫，杨俊波，李国锋，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43