一种基于槽波导微环谐振器的可调谐光滤波器制造技术

本发明专利技术公开一种基于槽波导微环谐振器的可调谐光滤波器

【技术实现步骤摘要】
一种基于槽波导微环谐振器的可调谐光滤波器


[0001]本专利技术涉及微纳光学和光片上网络
，具体涉及一种基于槽波导微环谐振器的可调谐光滤波器
。

技术介绍

[0002]光互连片上网络采用波导方式传输数据，具有更高的带宽
、
更低的延迟和更好的信噪比等优点
。
光互连片上网络由六个主要的部分组成：光源
、
路由
、
光调制器
、
电光转换驱动器，光子互连网络，以及光电探测器
。
其中光学滤波器主要用于对通过光子互连网络的光波进行解波分复用
。
[0003]光滤波器是硅光子学的重要组成部分，光学滤波器是光片上网络中用于解波分复用的重要器件
。
解波分复用是目前光互连片上网络中用于对光信息进行处理的关键技术，主要用于对多路复用信号进行选择，采用解波分复用技术还可以大幅提升互连的带宽密度，可有效解决电互连技术的关键难题
。
该功能能够通过可调谐的滤波器实现
。
[0004]槽波导是由两个高折射率的介质条和两个高折射率的介质条之间的一个低折射率的缝隙组成的微纳结构
。
由于介电不连续，
TM
光模倾向于高度集中在两个高折射率的介质条之间
。
这样的结构利用横向电场在波导边界的不连续性可以将大部分的光能量限制亚波长量级的中间低折射率层
,
在波导的横向能突破衍射极限
。
同时槽波导的中间层可以填充不同的材料
,
极大地丰富了波导材料的选择范围，也显著提高了作用效率，从而实现不同的功能
。
槽波导不仅可以实现尺寸小的光子器件设计，而且是全介质波导，便于波导的集成
。
[0005]硅相对较弱的自由载流子色散效应限制了整体调制性能，并要求较高的功耗
。
最近电光聚合物
(EO
聚合物
)
作为硅的替代品有着巨大前景
,
因为
EO
聚合物可以在施加电压之下改变其折射率，同时保持可忽略不计的光学损耗
。
[0006][0007]式中
,
Δ
n
E0
为
EO
聚合物折射率的变化，
n
E0
为
EO
聚合物折射率，
r
33
为
EO
聚合物的光电系数，单位为
pm/v
，
V
为施加电压，
d
为电极间距离
。
[0008]光在微环波导中传输的最大特性是发生谐振效应
。
光从入射端口进入，当光传输到耦合区域时发生耦合效应，光从直波导耦合到微环中，光在微环中发生谐振，并耦合到直波导中，在直通端口或下载端口输出
。
其中，当光在环形波导中的传输相位差为2π
的整数倍时，光在微环中形成稳态模式，从直通端或下载端输出；当光在环形波导中的传输相位差为
π
的奇数倍时，光信号发生相干相消，少量光发生耦合，大部分光仍然在原直波导中继续传输
。
因此，微环的基本作用是实现波长的分离
。
[0009]由于微环具有谐振特性，因此利用这种特性可以实现波长选择性滤波功能
。
当光信号在微环中发生谐振现象时，能够稳定存在并传输的波长为谐振波长，由光相干理论可知此时满足以下条件
:
[0010]2π
Rn
eff
＝
m
λ
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0011]式中，
R
为圆环硅波导的半径；
n
eff
为波导有效折射率，
m
为圆环硅波的谐振级数，谐振级数为设定的常量整数，其根据圆环硅波导的周长而定，也就是说等式左边的数值要等于波长的
m
倍，是一个常量；
λ
为光波波长
。
[0012]将槽波导和微环结合得到多层叠加的槽波导微环，在槽波导微环上下侧放置电极，通过外加电场的作用，可以改变
EO
聚合物的折射率，进而调整谐振峰的位置，实现可调谐滤波功能
。

技术实现思路

[0013]本专利技术提供一种基于槽波导微环谐振器的可调谐光滤波器
。
[0014]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0015]一种基于槽波导微环谐振器的可调谐光滤波器，包括绝缘硅基底
、
槽波导微环谐振器；槽波导微环谐振器由2条直槽波导
、1
个槽波导微环组成；2条直槽波导呈横向设置，且2条直槽波导相互平行，环形槽波导位于2条直槽波导之间；上方的直槽波导的左端形成滤波器的光波输入端，上方的直槽波导的右端为光波输出端
OUT1
，下方的直槽波导的左端为另一个输出端
OUT2
，下方的直槽波导的右端悬置
。
[0016]上述方案中，绝缘硅基底由下层的硅基底和上层的二氧化硅基底组成
。
直槽波导由2个高折射率介质硅
(Si)
层
、
中间低折射率二氧化硅
(SiO2)
层垂直上下叠放组成；槽波导微环由电极金属金
(Au)
环
、
高折射率介质硅
(Si)
环
、
二氧化铪
(HfO2)
环
、EO
聚合物环
、
二氧化铪
(HfO2)
环
、
高折射率介质硅
(Si)
环
、
电极金属金
(Au)
环7层垂直从上往下叠放而成；上下两侧电极金属层分别与正
、
负电极相接
。
[0017]上述方案中，直槽波导2个高折射率介质硅
(Si)
层对称
。
[0018]上述方案中，上下直槽波导完全相同，对称放置
。
[0019]上述方案中，两层二氧化铪
(HfO2)
环作为载流子屏障以降低漏电流来提高电光聚合物的极化效率
。
[0020]上述方案中，光波输出端
OUT1
实现功能为带阻滤波器，光波输出端
OUT2
实现功能为带通滤波器
。
[0021]上述方案中，
EO
聚合物环材料为聚合物
AJ404。
[0022]上述方案中，圆环硅波导必须满足的谐振方程为：2π
Rn
eff
＝
m
λ
[0023]式中，
R
为圆环硅波导的半径；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于槽波导微环谐振器的可调谐光滤波器，该调制器由硅基底
(1)
二氧化硅基底
(2)
和两条直槽波导
(3)
和
(4)、
槽波导微环
(5)
五部分组成
。
在本实例中，硅基底
(1)
为
10um
高的硅
(Si)
层，二氧化硅基底
(2)
为
3um
高的二氧化硅
(SiO2)
层；在本实例中，直槽波导
(3)
和
(4)
，上方的直槽波导
(3)
的左端形成滤波器的光波输入端
IN
，上方的直槽波导
(3)
的右端为光波输出端
OUT1
，下方的直槽波导
(4)
的左端为另一个输出端
OUT2
，下方的直槽波导
(4)
的右端悬置
。
两条直槽波导完全相同且对称放置；其中直槽波导
(3)
由2个厚度
300nm
的高折射率介质硅
(Si)
层
(3
‑
1)
和
(3
‑
3)、
厚度
100nm
中间低折射率二氧化硅
(SiO2)
层
(3
‑
2)
垂直上下叠加而成；直槽波导的两个高折射率介质层
、
中间低折射率层均为长条形，高折射率介质层和中间低折射率层的宽度相同，均为
400nm。
在本实例中，槽波导微环
(5)
是由一个横截面为方形的环，由七部分组成；从上而下分别是厚度为
10nm
的上层金属电极金
(Au)
层
(5
‑
1)、
厚度为
280nm
的高折射率介质硅
(Si)
层
(5
‑
2)、
厚度为
10nm
的屏障二氧化铪
(HfO2)
层
(5
‑
3)、
厚度为
100nm
的
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡聪，李越，潘静茹，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：