一种热光可调谐并具有平顶型输出响应的三阶微环滤波器制造技术

本发明专利技术涉及一种热光可调谐并具有平顶型输出响应的三阶微环滤波器，属于半导体器件光滤波技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种热光可调谐并具有平顶型输出响应的三阶微环滤波器


[0001]本专利技术属于半导体器件光滤波
，特别是指一种热光可调谐并具有平顶型输出响应的三阶微环滤波器
。

技术介绍

[0002]伴随着虚拟现实
、
人工智能
、
大数据
、
海量视频及物联网等技术的不断兴起，对通信系统提出了低成本
、
大带宽和高速率的发展需求
。
在过去几十年里，微电子芯片支撑着通信产业的发展，但其面临着能耗过大
、
散热困难
、
量子隧穿效应导致的绝缘失效
、
高频段损耗急剧增大及易受电磁干扰等问题，越来越难以满足上述发展需求
。
因此，全光互联通信系统在业内得到越来越多的关注
。
[0003]光子集成技术可以将光子器件
、
电子器件和光电器件
(
包括激光器
、
调制器
、
光波导器件
、
探测器
、
驱动温控模块等集成到一个芯片上，实现对信息的发射
、
调制
、
传输
、
处理和探测，具有集成度高
、
功耗低和重量轻等优势
。
[0004]在全光互联通信系统中，光学滤波器是一类非常重要的无源器件，用于选择特定波长的光信号使其通过，并滤除其他波长的光信号
。
其应用十分广泛，是全光信号处理和波分复用系统中的重要器件
。
微环谐振器结构紧凑，对波长敏感，是制作片上滤波器的优选结构
。
然而单个微环谐振器的洛伦兹线型，对工作波长的变化的容忍度很低，从而造成光功率的衰减，限制了其应用范围
。
通过级联微环谐振器可以改善以微环结构为基础的滤波器的滤波特性，通常情况下有着更好的平顶效果和更高的带外抑制比
。
此外，为满足光通信系统中对波长选择的灵活可重构性的需求，还要求滤波器能实现中心波长的可调谐
。
但是高阶微环滤波器在制备过程中容易受工艺误差影响，造成微环谐振峰漂移，因此需要严格控制工艺过程或者在制备完成后采取特殊的补偿手段
。
[0005]薄膜铌酸锂
(TFLN)
是一种多功能集成光学材料，具有非常优异的电光效应
、
压电效应
、
声光效应
、
热光效应
、
光弹效应以及非线性效应等，建立完善的
TFLN
集成光学器件库是目前集成光学方向的研究热点之一
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术的发展，提供一种热光可调谐并具有平顶型输出响应的三阶微环滤波器，能够提高对工作波长的变化的容忍度和可重构性
。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种热光可调谐并具有平顶型输出响应的三阶微环滤波器，包括：
[0009]衬底1；
[0010]位于衬底之上的埋氧层2；
[0011]位于埋氧之上，通过刻蚀形成的脊波导3，用于光传输；
[0012]位于脊波导之上的包层4，用于保护波导并隔离波导和电极；
[0013]位于包层之上的热光电极5，用于产生热量，该热量传递到波导中，会引起波导有
效折射率的改变，从而补偿工艺误差造成的谐振峰偏移，实现滤波通带中心可调
。
[0014]进一步地，所述衬底1的材料为硅，埋氧层2的材料为二氧化硅
。
[0015]进一步地，所述脊波导3的材料是单晶铌酸锂薄膜；其中，单晶铌酸锂薄膜的其厚度为
500nm
，脊波导的刻蚀深度为
240
～
280nm
，脊波导的宽度为
1.0
～
1.4
μ
m
；
[0016]脊波导3的刻蚀结构包括：输入光波导
6、
直通输出光波导
7、
上载输入光波导
8、
下载输出光波导9和三个尺寸完全相同的跑道型微环谐振腔
10
；输入波导6和直通输出波导7的连接部与第一个微环谐振腔之间形成第一个耦合区域
11
，第一个微环谐振腔和第二个微环谐振腔之间形成第二个耦合区域
12
，第二个微环谐振腔和第三个微环谐振腔之间形成第三个耦合区域
13
，上载输入波导8和下载输出波导9的连接部与第三个微环谐振腔之间形成第四个耦合区域
14
；其中，第一个耦合区域
11
和第四个耦合区域
14
的耦合间距相同，第二个耦合区域
12
和第三个耦合区域
13
的耦合间距相同
。
[0017]进一步地，所述包层4的材料为二氧化硅
。
[0018]进一步地，所述热光电极5的材料为钛，其宽度为2～4μ
m
，厚度为
200
～
300nm。
[0019]通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0020]1、
本专利技术提供的热光可调谐并具有平顶型滤波响应的微环滤波器，一方面，耦合区采用直波导和直波导倏逝耦合的方式，增大了对工艺误差的容忍度；另一方面，可以通过改变耦合区的长度可灵活实现对耦合系数的调节，进而改变滤波器的带宽
。
[0021]2、
本专利技术提供的热光可调谐并具有平顶型滤波响应的微环滤波器，通过合理设计耦合区的耦合系数，可以实现所需要的滤波器带宽
、
消光比
、
矩形系数和平顶带通的滤波效果，提高了对工作波长的变化的容忍度
。
[0022]3、
本专利技术提供的热光可调谐并具有平顶型滤波响应的微环滤波器，可以利用铌酸锂的热光效应实现有效折射率的改变
。
一方面，可以补偿工艺误差，解决由工艺误差引入的微环谐振峰漂移问题；另一方面，实现滤波器通带中心波导的调节，满足光通信系统中对波长选择的灵活可重构性的需求
。
附图说明
[0023]为了使本专利技术的目的
、
技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术做详细描述，其中：
[0024]图1为本专利技术实施例中在单晶铌酸锂薄膜上刻蚀形成的输入输出波导
、
微环谐振腔和热光电极位置的示意图
。
[0025]图2为本专利技术实施例中所提供的热光可调谐并具有平顶型滤波响应的微环滤波器的截面示意图
。
[0026]图3为本专利技术实施例中所提供的滤波器在入射光模式为
TE
模
(
横电模
)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种热光可调谐并具有平顶型输出响应的三阶微环滤波器，其特征在于，包括：衬底
(1)
；位于衬底之上的埋氧层
(2)
；位于埋氧之上，通过刻蚀形成的脊波导
(3)
，用于光传输；位于脊波导之上的包层
(4)
，用于保护波导并隔离波导和电极；位于包层之上的热光电极
(5)
，用于产生热量，该热量传递到波导中，会引起波导有效折射率的改变，从而补偿工艺误差造成的谐振峰偏移，实现滤波通带中心可调
。2.
根据权利要求1所述的一种热光可调谐并具有平顶型输出响应的三阶微环滤波器，其特征在于，所述衬底
(1)
的材料为硅，埋氧层
(2)
的材料为二氧化硅
。3.
根据权利要求1所述的一种热光可调谐并具有平顶型输出响应的三阶微环滤波器，其特征在于，所述脊波导
(3)
的材料是单晶铌酸锂薄膜；其中，单晶铌酸锂薄膜的其厚度为
500nm
，脊波导的刻蚀深度为
240
～
280nm
，脊波导的宽度为
1.0
～
1.4
μ
m
；脊波导
(3)
的刻蚀结构包括：输入光波导
(6)、
直通输出光波导
(7)、
上载输入光波导
(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁跃迪，马向，于文琦，李少波，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：