一種基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件的制作方法
【專利摘要】一種基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件，包括波導(dǎo)基層、輸入直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)、輸出直波導(dǎo)、隔離層和金屬加熱片，輸入直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)并排依次位于波導(dǎo)基層上，波導(dǎo)基層上開有與輸入直波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)垂直并通過微環(huán)波導(dǎo)圓心的掩埋型溝道，隔離層位于輸入直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)上，金屬加熱片沉積于隔離層上；輸入直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)之間具有滿足狹縫波導(dǎo)條件且狹縫耦合區(qū)能量最高的輸入間隔，微環(huán)波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)之間具有滿足狹縫波導(dǎo)條件且狹縫耦合區(qū)能量最高的輸出間隔，金屬加熱片位于輸入間隔和輸出間隔的上方。本實用新型可動態(tài)調(diào)諧、集成度高、結(jié)構(gòu)簡單、帶寬受噪聲影響小、激發(fā)電壓小。
【專利說明】—種基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種集成型光學(xué)器件，尤其是一種集成型的可動態(tài)調(diào)諧帶寬的器件。

【背景技術(shù)】
[0002]人類的生活越來越依賴于高速度、大容量、動態(tài)靈活的光通信網(wǎng)絡(luò)。從最初利用網(wǎng)絡(luò)進行簡單的聲音和數(shù)據(jù)傳遞，到現(xiàn)今在網(wǎng)上進行個人銀行賬戶處理、參與交互式網(wǎng)絡(luò)游戲、參加實時視頻會議等，向著利用網(wǎng)絡(luò)進行動態(tài)的、分布式信息傳輸和交換的方向發(fā)展。這就要求新一代的通信網(wǎng)絡(luò)和城市信息基礎(chǔ)設(shè)施具備高速度、大容量，并可進行動態(tài)帶寬調(diào)諧以適應(yīng)終端用戶動態(tài)的、不同帶寬粒度和不同類型信息的傳輸和交換的需求。因此如何基于光通信技術(shù)進行帶寬的動態(tài)調(diào)諧就成了亟待解決的核心技術(shù)問題，與此同時，研發(fā)可進行帶寬動態(tài)調(diào)諧的光通信器件以滿足新一代通信網(wǎng)絡(luò)的要求也迫在眉睫。
[0003]現(xiàn)有的波長信道帶寬可動態(tài)調(diào)諧的濾波器件，主要利用光纖光柵、馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)、微電機系統(tǒng)(MEMS)和微環(huán)諧振器技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)的缺點主要有尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、帶寬受噪聲影響嚴(yán)重、激發(fā)電壓高等。與本實用新型最接近的是基于微電機系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)和微環(huán)諧振器相結(jié)合的技術(shù)(Yao Jin, Wu Ming C，基于微電機系統(tǒng)驅(qū)動的娃材料微環(huán)面諧振器的帶寬調(diào)諧分插濾波器，Optics Letters, 2009, 34 (17): 2557-2559)，它利用MEMS技術(shù)調(diào)節(jié)微環(huán)的耦合系數(shù)，從而實現(xiàn)了約0.12nm的帶寬調(diào)諧，只是這樣的調(diào)諧方法需要接近40V的激發(fā)電壓。為滿足應(yīng)用領(lǐng)域的迫切需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有帶寬調(diào)諧器件尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、帶寬受噪聲影響嚴(yán)重、激發(fā)電壓高的不足，本實用新型提供一種可動態(tài)調(diào)諧、集成度高、結(jié)構(gòu)簡單、帶寬受噪聲影響小、激發(fā)電壓小的基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件，包括波導(dǎo)基層、輸入直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)、輸出直波導(dǎo)、隔離層和金屬加熱片，所述輸入直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)并排依次位于波導(dǎo)基層上，所述波導(dǎo)基層上開有與輸入直波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)垂直并通過微環(huán)波導(dǎo)圓心的掩埋型溝道，所述隔離層位于輸入直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)上，所述金屬加熱片沉積于隔離層上；所述輸入直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)之間具有滿足狹縫波導(dǎo)條件且狹縫耦合區(qū)能量最高的輸入間隔，所述微環(huán)波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)之間具有滿足狹縫波導(dǎo)條件且狹縫耦合區(qū)能量最高的輸出間隔，所述金屬加熱片位于所述輸入間隔和輸出間隔的上方。
[0007]進一步，所述金屬加熱片有兩片，分別為輸入加熱片和輸出加熱片，所述輸入加熱片位于所述輸入間隔的上方，所述輸出加熱片位于所述輸出間隔的上方。
[0008]再進一步，所述掩埋型溝道的寬度大于所述金屬加熱片的寬度。
[0009]更進一步，所述掩埋型溝道為矩形溝道。
[0010]本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為:利用狹縫波導(dǎo)和熱光效應(yīng)相結(jié)合，進行單信道的帶寬調(diào)諧。當(dāng)滿足狹縫波導(dǎo)條件時，輸入直波導(dǎo)光信號的能量會在耦合進微環(huán)波導(dǎo)時向輸入直波導(dǎo)與微環(huán)波導(dǎo)之間的狹縫耦合區(qū)積聚，利用熱光效應(yīng)動態(tài)地改變波導(dǎo)區(qū)硅材料的折射率，從而改變狹縫耦合區(qū)中的光能量。在狹縫耦合區(qū)中通過金屬片加熱使得硅折射率增加，導(dǎo)致狹縫耦合區(qū)和波導(dǎo)之間的折射率差增加。而折射率差的改變，又會改變狹縫耦合區(qū)中的能量損耗，進一步地，狹縫耦合區(qū)中能量損耗的改變，將改變狹縫耦合區(qū)中的耦合效率，
由公式 ΔΑ = [2/7,,(KRnrll + ILAniil)] ' A2",," |丨-α(? -Κ2))/(π^α(\-K2)))可知，稱合效率的改變，將改變帶寬的大小，因此達到帶寬調(diào)諧的目的。利用在波導(dǎo)基層上制作溝道，降低熱光效應(yīng)對非耦合區(qū)波導(dǎo)折射率的影響，并進而減小熱噪聲對帶寬調(diào)諧的影響。
[0011]本實用新型提出一種結(jié)合狹縫波導(dǎo)和熱光效應(yīng)的可動態(tài)調(diào)諧帶寬的新型濾波器件，具有尺寸小、集成度高、帶寬受噪聲影響小、激發(fā)電壓小的優(yōu)點，即基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件。
[0012]本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:1、利用狹縫波導(dǎo)和熱光效應(yīng)相結(jié)合的技術(shù)，可以比單獨基于熱光效應(yīng)獲得更大的帶寬調(diào)諧量，在激發(fā)電壓低的情況下，獲得了大的帶寬調(diào)諧；2、在波導(dǎo)基層上引入溝道結(jié)構(gòu)，有效降低熱噪聲對帶寬調(diào)諧的影響；3、基于狹縫波導(dǎo)和微環(huán)諧振器技術(shù)的器件具有尺寸小、集成度高的優(yōu)點；4、與以往的濾波器以及基于其的光分插復(fù)用器相比，具有可動態(tài)調(diào)諧、集成度高、結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是一種基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件的俯視圖。
[0014]圖2是一種基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件的剖視圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。
[0016]參照圖1和圖2，一種基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件，包括波導(dǎo)基層6、輸入直波導(dǎo)1、微環(huán)波導(dǎo)2、輸出直波導(dǎo)3、隔離層5和金屬加熱片4,所述波導(dǎo)基層6上開有與輸入直波導(dǎo)I和輸出直波導(dǎo)3垂直并通過微環(huán)波導(dǎo)2圓心的掩埋型溝道7，所述輸入直波導(dǎo)1、微環(huán)波導(dǎo)2和輸出直波導(dǎo)3位于波導(dǎo)基層6上,所述隔離層5位于輸入直波導(dǎo)1、微環(huán)波導(dǎo)2和輸出直波導(dǎo)3上，所述金屬加熱片4沉積于隔離層5上，所述輸入直波導(dǎo)1、微環(huán)波導(dǎo)2之間具有滿足狹縫波導(dǎo)條件且狹縫耦合區(qū)能量最高的輸入間隔，所述微環(huán)波導(dǎo)2和輸出直波導(dǎo)3之間具有滿足狹縫波導(dǎo)條件且狹縫耦合區(qū)能量最高的輸出間隔，所述金屬加熱片4位于所述輸入間隔和輸出間隔的上方。
[0017]進一步，所述金屬加熱片4有兩片，分別為輸入加熱片和輸出加熱片，所述輸入加熱片位于所述輸入間隔的上方，所述輸出加熱片位于所述輸出間隔的上方。
[0018]再進一步，所述掩埋型溝道7的寬度大于所述金屬加熱片4的寬度。
[0019]所述掩埋型溝道為矩形溝道。
[0020]所述輸入直波導(dǎo)I兩端均可輸入復(fù)用光信號，所述復(fù)用光信號通過耦合傳輸入微環(huán)波導(dǎo)2，所述微環(huán)波導(dǎo)2作為微環(huán)諧振腔，將滿足諧振條件的諧振波長光信號篩選出來作為單信道信號波長，所述諧振波長光信號通過耦合進入輸出直波導(dǎo)3并輸出。所述波導(dǎo)基層6作為本實用新型帶寬調(diào)諧濾波器的襯底，所述隔離層5隔離熱量并作為金屬加熱片4的襯底材料，所述金屬加熱片4通入電流發(fā)熱，并通過熱光效應(yīng)調(diào)節(jié)波導(dǎo)與波導(dǎo)基層6之間的相對折射率差，由此完成對單信道的帶寬調(diào)諧。
[0021]所述波導(dǎo)基層6和隔離層5材料為二氧化硅；所述輸入直波導(dǎo)1、微環(huán)波導(dǎo)2、輸出直波導(dǎo)3為硅材料；所述金屬加熱片4材料為鋁、銅、鎳、鈦等材料；
[0022]所述輸入直波導(dǎo)I與微環(huán)波導(dǎo)2之間的輸入間隔、微環(huán)波導(dǎo)2與輸出直波導(dǎo)3之間的輸出間隔均滿足狹縫波導(dǎo)條件且狹縫耦合區(qū)能量最高。
[0023]所述輸入間隔和輸出間隔均為60nm，滿足狹縫波導(dǎo)條件且狹縫耦合區(qū)能量最高。所述隔離層厚度為I微米；所述金屬加熱片的尺寸為長4微米，寬I微米。
[0024]所述可動態(tài)調(diào)節(jié)的帶寬調(diào)諧量用公式
ΔΑ = [2/-- {nRncn + 2LAnd,)] 'λ"nell ((I ~α(1 -Κ,))/(τζ:^/α(1.- K-)))計算，其中八入代表市覽調(diào)諧量、ng代表群折射率、nrff代表有效折射率、R代表微環(huán)波導(dǎo)的半徑、L代表加熱片長度、α代表衰減系數(shù)、K代表滿足狹縫波導(dǎo)條件時的交叉耦合系數(shù)、λ代表諧振波長。
【權(quán)利要求】
1.一種基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件，其特征在于:包括波導(dǎo)基層、輸入直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)、輸出直波導(dǎo)、隔離層和金屬加熱片，所述輸入直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)并排依次位于波導(dǎo)基層上，所述波導(dǎo)基層上開有與輸入直波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)垂直并通過微環(huán)波導(dǎo)圓心的掩埋型溝道，所述隔離層位于輸入直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)上，所述金屬加熱片沉積于隔離層上；所述輸入直波導(dǎo)、微環(huán)波導(dǎo)之間具有滿足狹縫波導(dǎo)條件且狹縫耦合區(qū)能量最高的輸入間隔，所述微環(huán)波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)之間具有滿足狹縫波導(dǎo)條件且狹縫耦合區(qū)能量最高的輸出間隔，所述金屬加熱片位于所述輸入間隔和輸出間隔的上方。
2.如權(quán)利要求1所述的基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件，其特征在于:所述金屬加熱片有兩片，分別為輸入加熱片和輸出加熱片，所述輸入加熱片位于所述輸入間隔的上方，所述輸出加熱片位于所述輸出間隔的上方。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件，其特征在于:所述掩埋型溝道的寬度大于所述金屬加熱片的寬度。
4.如權(quán)利要求1或2所述的基于微環(huán)的掩埋溝道式帶寬調(diào)諧器件，其特征在于:掩埋型溝道為矩形溝道。
【文檔編號】G02F1/01GK204129368SQ201420530488
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】平均芬, 陳立建, 朱小明, 周雪, 錢芳 申請人:平均芬