一種基于硅納米線波導的偏振不敏感的微環(huán)濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器。第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器的上方均設有用于調節(jié)諧振波長的加熱電極，第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器均單偏振工作且諧振波長相同，第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器分別用作TM偏振模式和TE偏振模式的濾波并可互換，兩個微環(huán)濾波器各設有一組金屬區(qū)或者設有同一組金屬區(qū)，通過加熱兩組金屬電極或者結合激光氧化波導校正諧振波長。本發(fā)明微環(huán)濾波器具有尺寸小、結構簡單的特點，為解決微環(huán)濾波器的偏振敏感問題提出了一種可行方案。
【專利說明】
一種基于硅納米線波導的偏振不敏感的微環(huán)濾波器
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于集成光電子器件領域，具體涉及一種基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器。
【背景技術】
[0002]微環(huán)濾波器因其尺寸小，結構簡單，功能特性靈活多變等特點而在集成光器件領域倍受青睞?；诮^緣體上娃(Si I icon On Insulator ,SOI)材料平臺的娃納米線波導由于具有超高折射率差，對光場限制能力強，因而能夠實現(xiàn)超緊湊的集成光器件結構，而且具有CMOS工藝兼容的特性。這一系列優(yōu)勢使得基于硅納米線波導的微環(huán)濾波器成為研究者的關注熱點之一。
[0003]硅納米線波導由于具有很強的雙折射特性，即不同偏振態(tài)的光在波導中的有效折射率不同，從而導致不同偏振態(tài)的光在波導中經(jīng)過的光程不同，這就使得基于硅納米線波導的集成光器件具有非常明顯的偏振敏感特性。然而，偏振敏感問題很大程度上限制了集成光器件在光纖光通信系統(tǒng)中的應用。這是因為在光纖光通信中，輸入光的偏振態(tài)是隨時間變化的，對于偏振依賴的微環(huán)濾波器而言，輸入光的偏振態(tài)變化，就會產(chǎn)生額外的譜線，影響其性能。因此，解決基于硅納米線波導的微環(huán)濾波器的偏振敏感問題至關重要。對于微環(huán)濾波器而言，解決偏振敏感問題，主要有以下兩種解決方案。一種方案是所謂的從本質上解決微環(huán)濾波器的偏振敏感性。對于微環(huán)濾波器而言，偏振敏感問題主要有兩個來源，一個是波導的偏振敏感性，一個是耦合區(qū)耦合系數(shù)的偏振敏感性。從本質上解決微環(huán)濾波器的偏振敏感問題的方案，就是從這兩個方面著手，一方面，通過波導尺寸的設計，使波導對于TE和TM偏振態(tài)的光具有相同的有效折射率，從而消除波導的偏振敏感性，另一方面通過采用特殊的偏振不敏感的耦合器消除耦合區(qū)耦合系數(shù)的偏振敏感性。這種方案中，設計復雜往往較為復雜，而且工藝容差非常小。第二種方案則是偏振分集方案。這種方案的思路就是將輸入光分解為兩個正交的偏振態(tài)，分別進行處理。這個方案在很大程度上提高了設計的靈活性。但這種方案，需要引入額外的器件，比如偏振分束器，偏振旋轉器等。在一定程度上，增大了系統(tǒng)的復雜度，也可能存在增大器件尺寸的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了解決【背景技術】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器。
[0005 ]本發(fā)明采用的技術方案是:
[0006]本發(fā)明包括相連接的第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器，第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器的上方均設有用于加熱調節(jié)諧振波長的金屬電極，第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器均單偏振工作且諧振波長相同，其諧振波長通過加熱所述金屬區(qū)進行調節(jié)。
[0007]第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器分別用作TM偏振模式和TE偏振模式的濾波，兩者可以互換。
[0008]所述的第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器各設有一組金屬區(qū)，分別通過加熱兩組金屬電極對第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器的諧振波長進行調節(jié)，使得兩者相同。
[0009]所述的第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器設有同一組金屬區(qū)，分別通過加熱該組金屬電極并對第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器中的微環(huán)進行激光氧化進而調節(jié)第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器的諧振波長使得兩者相同，實現(xiàn)諧振波長的移動和對準。
[0010]所述的第一微環(huán)濾波器包括第一環(huán)形波導以及對稱置于第一環(huán)形波導兩側的第一彎曲波導和第三彎曲波導，所述的第二微環(huán)濾波器包括第二環(huán)形波導以及對稱置于第二環(huán)形波導兩側的第二彎曲波導和第四彎曲波導;輸入波導與第一彎曲波導的輸入端連接，第一彎曲波導輸出端經(jīng)第一絕熱連接波導與第二彎曲波導的輸入端連接，第二彎曲波導輸出端連接第一輸出波導;第四彎曲波導的輸出端經(jīng)第二絕熱連接波導與第三彎曲波導的輸入端連接，第三彎曲波導的輸出端與第二輸出波導連接，第三彎曲波導的輸出端與第一彎曲波導的輸入端位于第一環(huán)形波導的同一側。
[0011]所述微環(huán)濾波器上方覆有兩組金屬電極:一組金屬電極包括第一微加熱電極連接金屬區(qū)、第一微加熱電極觸點金屬區(qū)和第一微加熱電極加熱金屬區(qū)，第一微加熱電極加熱金屬區(qū)位于第一環(huán)形波導的正上方并設有開口，第一微加熱電極加熱金屬區(qū)對第一環(huán)形波導進行加熱，連接第一微加熱電極加熱金屬區(qū)的兩端分別經(jīng)各自的第一微加熱電極連接金屬區(qū)與兩個第一微加熱電極觸點金屬區(qū)連接;另一組金屬電極包括第二微加熱電極連接金屬區(qū)、第二微加熱電極觸點金屬區(qū)和第二微加熱電極加熱金屬區(qū)，第二微加熱電極加熱金屬區(qū)位于第二環(huán)形波導的正上方并設有開口，第二微加熱電極加熱金屬區(qū)對第二環(huán)形波導進行加熱，第二微加熱電極加熱金屬區(qū)的兩端分別經(jīng)各自的第二微加熱電極連接金屬區(qū)與兩個第二微加熱電極觸點金屬區(qū)連接。
[0012]所述微環(huán)濾波器上方覆有同一組金屬電極，一組金屬電極包括第一微加熱電極連接金屬區(qū)、第一微加熱電極觸點金屬區(qū)和第一微加熱電極加熱金屬區(qū)，兩個第一微加熱電極加熱金屬區(qū)分別位于第一環(huán)形波導和第二環(huán)形波導的正上方并設有開口，兩個第一微加熱電極加熱金屬區(qū)的一端之間通過連接金屬區(qū)連接，兩個第一微加熱電極加熱金屬區(qū)的另一端之間分別經(jīng)各自的第一微加熱電極連接金屬區(qū)與兩個第一微加熱電極觸點金屬區(qū)連接。
[0013]所述的第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器采用級聯(lián)環(huán)結構，微環(huán)結構由多個級聯(lián)的環(huán)形波導耦合構成。級聯(lián)環(huán)結構情況下，所述兩個微環(huán)濾波器上方可以覆有同一組金屬電極或者各自的一組金屬電極。
[0014]所述的第一環(huán)形波導和第一彎曲波導之間形成第一彎曲耦合區(qū)，第一環(huán)形波導和第三彎曲波導之間形成第三彎曲耦合區(qū)，第二環(huán)形波導和第二彎曲波導之間形成第二彎曲耦合區(qū)，第二環(huán)形波導和第四彎曲波導之間形成第四彎曲耦合區(qū)，所述的第一彎曲耦合區(qū)、第三彎曲耦合區(qū)、第四彎曲耦合區(qū)和第二彎曲耦合區(qū)均采用彎曲耦合器的耦合結構。
[0015]第一彎曲耦合區(qū)和第三彎曲耦合區(qū)結構對稱相同，第四彎曲耦合區(qū)和第二彎曲耦合區(qū)結構對稱相同。
[0016]所述的輸入波導、第一彎曲波導、第一絕熱連接波導、第二彎曲波導、第一輸出波導、第二輸出波導、第三彎曲波導、第一絕熱連接波導、第四彎曲波導、第一環(huán)形波導和第二環(huán)形波導均為單模傳輸波導，優(yōu)選地，所述第一絕熱連接波導和第二絕熱連接波導均采用漸變波導結構，一端的寬度與另一端的寬度不相同。
[0017]所述的第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器其中之一對TM偏振態(tài)的傳輸損耗達到103dB/cm量級，使得該微環(huán)濾波器的TM偏振諧振被消除，僅存在TE偏振諧振，是工作于TE偏振的單偏振諧振腔。優(yōu)選地，第一微環(huán)濾波器和第二微環(huán)濾波器中，其中一個環(huán)形波導的直徑小于另一個環(huán)形波導的直徑。
[0018]另一個微環(huán)濾波器的耦合區(qū)對TE偏振態(tài)的耦合系數(shù)僅為0.001量級，使得TE偏振諧振被消除、僅存在TM偏振諧振，是工作于TM偏振的單偏振諧振腔。
[0019]本發(fā)明的基本工作原理是，通過設計兩個分別工作在TM偏振態(tài)和TE偏振態(tài)的針對單偏振工作的微環(huán)濾波器，實現(xiàn)當輸入光分別為TM偏振態(tài)和TE偏振態(tài)時，可以將同一波長濾出。
[0020]本發(fā)明兩個單偏振工作的微環(huán)濾波器，其中一個單偏振工作的微環(huán)濾波器只對TM偏振態(tài)的輸入光正常濾波，而對T E偏振態(tài)的輸入光低損耗地通過；另一個單偏振工作的微環(huán)濾波器只對TE偏振態(tài)的輸入光正常濾波，而對TM偏振態(tài)的輸入光低損耗地通過。兩個單偏振工作的微環(huán)的諧振波長調到同一諧振波長處，這樣就可以實現(xiàn)將兩種偏振態(tài)的輸入光的同一波長濾出。
[0021]對單一偏振態(tài)TM偏振態(tài)響應的第一微環(huán)濾波器，通過合理設計彎曲耦合區(qū)的結構尺寸，使從輸入波導輸入的TM偏振態(tài)的光經(jīng)過彎曲耦合區(qū)可以獲得合適的耦合系數(shù)，從而在第一輸出波導和第二輸出波導端口處獲得輸出，即處于諧振波長的光從第二輸出波導輸出，非諧振波長的光從第一輸出波導輸出；從輸入波導輸入的TE偏振態(tài)的光經(jīng)過彎曲耦合區(qū)幾乎不發(fā)生耦合，即使第二輸出波導在諧振波長下無透過輸出，諧振和非諧振波長的光全部從第一輸出波導輸出。這樣當輸入光為TM偏振態(tài)時，微環(huán)濾波器的第二輸出波導可以實現(xiàn)諧振波長的輸出，第一輸出波導實現(xiàn)非諧振波長的輸出，即實現(xiàn)正常的濾波功能;而當輸入光為TE偏振態(tài)時，諧振和非諧振波長的光均從第一輸出波導輸出。因此，這樣設計的對TM偏振光響應的第一微環(huán)濾波器僅對單一偏振態(tài)TM偏振光實現(xiàn)濾波功能。
[0022]對單一偏振態(tài)TE偏振態(tài)響應的第二微環(huán)濾波器，通過合理設計彎曲耦合區(qū)，使TE偏振光可以獲得合適的耦合，從而獲得正常的濾波輸出，即在諧振波長下，從第二輸出波導輸出，在非諧振波長下，從第一輸出波導輸出。而TM偏振光在彎曲親合區(qū)有較小的親合，同時第二環(huán)形波導選取較小的彎曲半徑，使TM偏振光在該彎曲半徑下有較大的彎曲損耗，從而實現(xiàn)從第二輸出波導在諧振波長下幾乎沒有TM偏振光的輸出，諧振波長與非諧振波長的TM偏振光均從第一輸出波導輸出。
[0023]如圖1所示，該偏振不敏感微環(huán)濾波器采用了兩個加熱電極。通過對微加熱電極施加電壓，可通過分別調節(jié)兩個單偏振工作的微環(huán)濾波器的諧振波長，實現(xiàn)兩微環(huán)濾波器諧振波長的嚴格的對準。如圖2所示，該偏振不敏感微環(huán)濾波器也可以采用單個加熱電極。通過在電極的設計過程中對兩個單偏振工作的微環(huán)濾波器上的微加熱電極的加熱金屬區(qū)的電阻進行設計，實現(xiàn)只使用單個電極即可對偏振不敏感微環(huán)濾波器的調諧功能。采用單個加熱電極的方案，也可以通過激光氧化的方法，實現(xiàn)兩個單偏振工作的微環(huán)濾波器的諧振波長的對準，然后通過電極加熱，將偏振不敏感微環(huán)濾波器的諧振波長移至需要的波長處。
[0024]本發(fā)明具有的有益的效果是:
[0025]本發(fā)明偏振不敏感微環(huán)濾波器，由于采用的兩個單偏振工作的微環(huán)濾波器分別只對單一偏振態(tài)響應，而不受其他偏振態(tài)的影響，解決了輸入偏振態(tài)隨機對微環(huán)濾波器輸出響應的影響。
[0026]本發(fā)明偏振不敏感微環(huán)濾波器，相比與傳統(tǒng)的偏振分集方案，沒有引入額外的偏振分束器，偏振旋轉器，大大減小了器件的復雜度，提高了設計的靈活性。
[0027]本發(fā)明偏振不敏感微環(huán)濾波器，可對任意偏振態(tài)的輸入光實現(xiàn)濾波功能。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明微環(huán)濾波器的第一種實施結構示意圖。
[0029]圖2是本發(fā)明微環(huán)濾波器的第二種實施結構示意圖。
[0030]圖3是本發(fā)明微環(huán)濾波器的第三種實施結構示意圖。
[0031]圖4是圖1的局部放大示意圖。
[0032]圖5是實施例微環(huán)濾波器當輸入光為TE偏振態(tài)時的傳輸譜線。
[0033]圖6是實施例微環(huán)濾波器當輸入光為TM偏振態(tài)時的傳輸譜線。
[0034]圖中:I為輸入波導，2為第一彎曲波導，3為第一絕熱連接波導，4為第二彎曲波導，5為第一輸出波導，6為第二輸出波導，7為第三彎曲波導，8為第二絕熱連接波導，9為第四彎曲波導，10為第一環(huán)形波導，11為第二環(huán)形波導，12連接為第一微加熱電極連接金屬區(qū)，13為第一微加熱電極觸點金屬區(qū)，14為第二微加熱電極連接連接金屬區(qū)，15為第二微加熱電極觸點金屬區(qū)，16為第一彎曲耦合區(qū)，17為第二彎曲耦合區(qū)，18為第三彎曲耦合區(qū)，19為第四彎曲親合區(qū)，20為第一微環(huán)濾波器，21為第二微環(huán)濾波器，22為第一微加熱電極加熱金屬區(qū)，23為第二微加熱電極加熱金屬區(qū)，24為連接金屬區(qū)。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖1和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0036]實施例一
[0037]如圖1所示，實施例一包括相連接的第一微環(huán)濾波器20和第二微環(huán)濾波器21和金屬電極，第一微環(huán)濾波器20包括第一環(huán)形波導10以及對稱置于第一環(huán)形波導10兩側的第一彎曲波導2和第三彎曲波導7，其中的微環(huán)采用單個第一環(huán)形波導10，所述的第二微環(huán)濾波器21包括第二環(huán)形波導11以及對稱置于第二環(huán)形波導11兩側的第二彎曲波導4和第四彎曲波導9，其中的微環(huán)采用單個第二環(huán)形波導11。其中的第一環(huán)形波導10和第二環(huán)形波導11采用單個微環(huán)結構。
[0038]輸入波導1、第一彎曲波導2、第一絕熱連接波導3、第二彎曲波導4和第一輸出波導5首尾相連，位于第一環(huán)形波導10和第二環(huán)形波導11的同一側;第二輸出波導6、第三彎曲波導7、第二絕熱連接波導8和第四彎曲波導9也首尾相連，位于第一環(huán)形波導10和第二環(huán)形波導11的另一側。
[0039]第一微環(huán)濾波器20和第二微環(huán)濾波器21上方分別設有第一組金屬電極和第二組金屬電極。
[0040]第一組金屬電極包括第一微加熱電極連接金屬區(qū)12、第一微加熱電極觸點金屬區(qū)13和第一微加熱電極加熱金屬區(qū)22，第一微加熱電極加熱金屬區(qū)22位于第一環(huán)形波導10的正上方并設有開口，第一微加熱電極加熱金屬區(qū)22呈帶開口的環(huán)形，第一微加熱電極加熱金屬區(qū)22對第一環(huán)形波導10進行加熱，第一微加熱電極加熱金屬區(qū)22的兩端分別經(jīng)各自的第一微加熱電極連接金屬區(qū)12與兩個第一微加熱電極觸點金屬區(qū)13連接，第一微加熱電極觸點金屬區(qū)13位于微環(huán)濾波器外部；
[0041]第二組金屬電極包括第二微加熱電極連接金屬區(qū)14、第二微加熱電極觸點金屬區(qū)15和第二微加熱電極加熱金屬區(qū)23，第二微加熱電極加熱金屬區(qū)23位于第二環(huán)形波導11的正上方并設有開口，第二微加熱電極加熱金屬區(qū)23呈帶開口的環(huán)形，第二微加熱電極加熱金屬區(qū)23對第二環(huán)形波導11進行加熱，第二微加熱電極加熱金屬區(qū)23的兩端分別經(jīng)各自的第二微加熱電極連接金屬區(qū)14與兩個第二微加熱電極觸點金屬區(qū)15連接，第二微加熱電極觸點金屬區(qū)15位于微環(huán)濾波器外部。
[0042]如圖1所示，各個波導均采用單模波導；第一彎曲波導2和部分第一環(huán)形波導10共同組成基于2X2的彎曲方向耦合器的第一彎曲耦合區(qū)16;第三彎曲波導7和部分第一環(huán)形波導10共同組成基于2X2的彎曲方向耦合器的第一彎曲耦合區(qū)17。第四彎曲波導9和部分第二環(huán)形波導11共同組成基于2 X 2的彎曲方向耦合器的第四彎曲耦合區(qū)18。第二彎曲波導4和部分第二環(huán)形波導11共同組成基于2X2的彎曲方向耦合器的第一彎曲耦合區(qū)19。第一彎曲波導2，第一環(huán)形波導10和第三彎曲波導7共同構成第一微環(huán)濾波器20。第二彎曲波導4，第二環(huán)形波導11和第四彎曲波導9共同構成第二微環(huán)濾波器21。
[0043]如圖1所示，第一彎曲耦合區(qū)16，第三彎曲耦合區(qū)17，兩個耦合區(qū)關于第一環(huán)形波導10對稱分布。第四彎曲耦合區(qū)18，第二彎曲耦合區(qū)19，兩個耦合區(qū)關于第二環(huán)形波導11對稱分布第一彎曲耦合區(qū)16將從輸入波導I輸入的TM偏振態(tài)的光以合適的比例分配至第一絕熱連接波導3和第一環(huán)形波導10;第一彎曲親合區(qū)16將從輸入波導I輸入的TE偏振態(tài)的光全部分配至第一絕熱連接波導3;第三彎曲耦合區(qū)17將第一環(huán)形波導10中的TM偏振態(tài)的光以合適的比例分配至第二輸出波導6和第一環(huán)形波導10中。第二彎曲耦合區(qū)19將從輸入波導I輸入經(jīng)過第一絕熱連接波導3的TE偏振態(tài)的光以合適的比例分配至第一輸出波導5和第一環(huán)形波導11中；第二彎曲耦合區(qū)19將從輸入波導I輸入經(jīng)過第一絕熱連接波導3的TM偏振態(tài)的光的絕大部分分配至第一輸出波導5;第四彎曲耦合區(qū)18將第二環(huán)形波導11中的TE偏振態(tài)的光以合適的比例分配至第二絕熱連接波導5和第二環(huán)形波導11中。
[0044]實施例二
[0045]如圖2所示，實施例二包括相連接的第一微環(huán)濾波器20和第二微環(huán)濾波器21和金屬電極，第一微環(huán)濾波器20包括第一環(huán)形波導10以及對稱置于第一環(huán)形波導10兩側的第一彎曲波導2和第三彎曲波導7，其中的微環(huán)采用單個第一環(huán)形波導10，所述的第二微環(huán)濾波器21包括第二環(huán)形波導11以及對稱置于第二環(huán)形波導11兩側的第二彎曲波導4和第四彎曲波導9，其中的微環(huán)采用單個第二環(huán)形波導11。其中的第一環(huán)形波導10和第二環(huán)形波導11采用單個微環(huán)結構。
[0046]輸入波導1、第一彎曲波導2、第一絕熱連接波導3、第二彎曲波導4和第一輸出波導5首尾相連，位于第一環(huán)形波導10和第二環(huán)形波導11的同一側;第二輸出波導6、第三彎曲波導7、第二絕熱連接波導8和第四彎曲波導9也首尾相連，位于第一環(huán)形波導10和第二環(huán)形波導11的另一側。
[0047]第一微環(huán)濾波器20和第二微環(huán)濾波器21上方設有同一組金屬電極。該組金屬電極包括第一微加熱電極連接金屬區(qū)12、第一微加熱電極觸點金屬區(qū)13和第一微加熱電極加熱金屬區(qū)22，兩個第一微加熱電極加熱金屬區(qū)22分別位于第一環(huán)形波導10和第二環(huán)形波導11的正上方并設有開口，第一微加熱電極加熱金屬區(qū)22呈帶開口的環(huán)形，兩個第一微加熱電極加熱金屬區(qū)22的一端之間通過連接金屬區(qū)24連接，兩個第一微加熱電極加熱金屬區(qū)22的另一端之間分別經(jīng)各自的第一微加熱電極連接金屬區(qū)12與兩個第一微加熱電極觸點金屬區(qū)13連接，第一微加熱電極觸點金屬區(qū)13位于微環(huán)濾波器外部。
[0048]實施例三
[0049]如圖1所示，實施例三包括相連接的第一微環(huán)濾波器20和第二微環(huán)濾波器21和金屬電極，第一微環(huán)濾波器20包括三個級聯(lián)的第一環(huán)形波導10以及對稱置于第一環(huán)形波導10級聯(lián)后兩側的第一彎曲波導2和第三彎曲波導7，第二微環(huán)濾波器21包括三個級聯(lián)的第二環(huán)形波導11以及對稱置于第二環(huán)形波導11級聯(lián)后兩側的第二彎曲波導4和第四彎曲波導9。第一環(huán)形波導10和第二環(huán)形波導11采用多個微環(huán)級聯(lián)的結構。
[0050]輸入波導1、第一彎曲波導2、第一絕熱連接波導3、第二彎曲波導4和第一輸出波導5首尾相連，位于第一環(huán)形波導10和第二環(huán)形波導11級聯(lián)后的同一側;第二輸出波導6、第三彎曲波導7、第二絕熱連接波導8和第四彎曲波導9也首尾相連，位于第一環(huán)形波導10和第二環(huán)形波導11級聯(lián)后的另一側。
[0051]三個環(huán)形波導耦合連接，級聯(lián)環(huán)結構情況下，兩個環(huán)形波導上方可以覆有同一組金屬電極或者各自的一組金屬電極。
[0052]采用兩組分開的金屬電極具體如圖3所示，一組金屬電極包括第一微加熱電極連接金屬區(qū)12、第一微加熱電極觸點金屬區(qū)13和第一微加熱電極加熱金屬區(qū)22，多個第一環(huán)形波導10沿直線間隔排布，每個第一環(huán)形波導10的正上方均覆有對稱的半環(huán)形金屬區(qū)，所有第一環(huán)形波導10上的半環(huán)形金屬區(qū)構成第一微加熱電極加熱金屬區(qū)22;同一第一環(huán)形波導10上的兩個半環(huán)形金屬區(qū)不相連接，同一側相鄰的第一環(huán)形波導10的半環(huán)形金屬區(qū)之間相連接;位于級聯(lián)后一側邊緣的第一環(huán)形波導10半環(huán)形金屬區(qū)邊緣處相連接，位于級聯(lián)后另一側邊緣的第一環(huán)形波導10的半環(huán)形金屬區(qū)邊緣處不相連接，具有開口，開口的兩端分別經(jīng)各自的第一微加熱電極連接金屬區(qū)12與兩個第一微加熱電極觸點金屬區(qū)13連接，第一微加熱電極觸點金屬區(qū)13位于微環(huán)濾波器外部。同理對于另一組金屬電極排布方式相同。
[0053]本發(fā)明的具體實施工作過程為:
[0054]由橫電TE或橫磁TM兩個偏振態(tài)基模各自承載一路光信號從輸入波導I輸入。經(jīng)過第一微環(huán)濾波器20時，由于第一彎曲耦合區(qū)16和第三彎曲耦合區(qū)17設計為對TM模式滿足相位匹配，所以TM偏振態(tài)可以得到合理的耦合。對于TM偏振態(tài)的輸入光，經(jīng)過第一彎曲耦合區(qū)16，部分耦合到第一絕熱連接波導3中。剩下的光通過第一彎曲耦合區(qū)16耦合到第一環(huán)形波導10中。親合到第一環(huán)形波導10中的光經(jīng)過第三彎曲親合區(qū)17，又有部分TM偏振態(tài)的光，從第一環(huán)形波導10耦合到第三彎曲波導7，從第二輸出波導6中輸出，剩下的光通過第三彎曲耦合區(qū)17耦合至第一環(huán)形波導10中繼續(xù)傳輸。在第一微環(huán)濾波器20的諧振波長處，由于光在第一環(huán)形波導10中傳輸一周的光程為波長的整數(shù)倍，在第一環(huán)形波導10中發(fā)生場增強效應。
[0055]諧振波長處的光在第二輸出波導6處而干涉相長從而輸出，在第一絕熱連接波導3處干涉相消從而無輸出。對于第一微環(huán)濾波器20，非諧振波長處的光則全部輸出到第一絕熱連接波導3。從第一絕熱連接波導3輸入到第二微環(huán)濾波器21的TM偏振態(tài)的光，在第二彎曲耦合區(qū)19處只有極少量的光耦合到第二環(huán)形波導11中，絕大部分的光經(jīng)過第二彎曲耦合區(qū)19從第一輸出波導5透過輸出。耦合到第二環(huán)形波導11極少量的光因為在第二環(huán)形波導11中傳輸存在較大損耗，即使在諧振波長處，也無法獲得足夠的增強，而無法在第二絕熱連接波導8處得到第二微環(huán)濾波器21的諧振輸出，從而在第二輸出波導6處也無諧振輸出。
[0056]TE偏振態(tài)的輸入光，輸入到第一微環(huán)濾波器20，因為彎曲親合區(qū)16和彎曲親合區(qū)17設計為只針對TM偏振態(tài)的輸入光滿足相位匹配，而對TE偏振光具有較大的相位失配，因此耦合效率比較低。由于硅納米線波導對TE偏振態(tài)的限制效果較強，而且第一彎曲波導2和第一環(huán)形波導10之間，第三彎曲波導7和第一環(huán)形波導10之間的間距較大，當TE偏振態(tài)的光經(jīng)過第一彎曲耦合區(qū)16和第二彎曲波導2和第一環(huán)形波導10彎曲耦合區(qū)17時，幾乎不發(fā)生親合，即從第一輸入波導I輸入的TE偏振態(tài)的光經(jīng)過第一彎曲親合區(qū)16，親合到第一環(huán)形波導10中的光接近于零，幾乎全部通過第一彎曲波導2，輸入到絕熱連接波導3中。TE偏振態(tài)的光從絕熱連接波導3輸入到第二微環(huán)濾波器21中，經(jīng)過第二彎曲耦合區(qū)19，部分耦合到第二環(huán)形波導11中。處于第二微環(huán)濾波器21諧振波長的TE偏振態(tài)的光在第二環(huán)形波導中發(fā)生諧振，從第四彎曲耦合區(qū)18耦合到第二絕熱連接波導8處經(jīng)過彎曲波導7從第二輸出波導6輸出。處于第二微環(huán)濾波器21非諧振波長的TE偏振態(tài)的光，從第一輸出波導5輸出。
[0057]下面給出一種基于硅納米線的微環(huán)濾波器的具體實施例。
[0058]采用圖1所示的結構，選用基于硅絕緣體(SOI)材料的硅納米線光波導:芯層材料是硅，厚度為220nm;上下包層材料均為二氧化硅，下包層厚度為2μηι，上包層厚度為1.5μηι。
[0059]輸入波導1、第一彎曲波導2、第三彎曲波導7、第二輸出波導6均為硅納米線波導，選取其寬度為350nm，使得僅支持基模傳輸。第一環(huán)形波導10采用寬度為590nm的硅納米線波導。第一環(huán)形波導10和第一彎曲波導2、第三彎曲波導7針對TM滿足相位匹配。第一環(huán)形波導10的彎曲半徑為ΙΟμπι，第一彎曲波導2、第三彎曲波導7的彎曲半徑為11.Ιμπι。第一環(huán)形波導10與第一彎曲波導2、第三彎曲波導7為同心圓弧。第二彎曲波導4、第一輸出波導5、第四彎曲波導9均為硅納米線波導，選取其寬度為400nm，使得僅支持基模傳輸。第二環(huán)形波導11采用寬度為450nm的硅納米線波導。第二環(huán)形波導11的彎曲半徑為3um。第二彎曲波導4、第四彎曲波導9的彎曲半徑為3.715um。第二環(huán)形波導11和第二彎曲波導4、第四彎曲波導9為同心圓弧。第一絕熱連接波導3和第二絕熱連接波導8采用漸變波導結構。
[0060]根據(jù)上述實施例制作了基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器并分別測量了當從輸入波導I輸入光的偏振態(tài)分別為TE和TM時，在第一輸出波導5和第二輸出波導6處的頻譜響應(如圖5、6所示)。從圖5、圖6中可以看出，本發(fā)明制作的基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器當輸入光為任意偏振態(tài)時，都可以實現(xiàn)對輸入信號的濾波功能，都實現(xiàn)了將1564nm波長的光濾出的功能。
[0061]上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器，其特征在于: 包括相連接的第一微環(huán)濾波器(20)和第二微環(huán)濾波器(21)，第一微環(huán)濾波器(20)和第二微環(huán)濾波器(21)的上方均設有用于調節(jié)諧振波長的加熱電極，第一微環(huán)濾波器(20)和第二微環(huán)濾波器(21)均單偏振工作且諧振波長相同，其諧振波長通過加熱所述金屬區(qū)進行調-K-T O2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器，其特征在于:所述的第一微環(huán)濾波器(20)和第二微環(huán)濾波器(21)各設有一組金屬區(qū)，分別通過加熱兩組金屬電極對第一微環(huán)濾波器(20)和第二微環(huán)濾波器(21)的諧振波長進行調節(jié)，使得兩者相同。3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器，其特征在于:所述的第一微環(huán)濾波器(20)和第二微環(huán)濾波器(21)設有同一組金屬區(qū)，分別通過加熱該組金屬電極并對第一微環(huán)濾波器(20)和第二微環(huán)濾波器(21)中的微環(huán)進行激光氧化進而調節(jié)第一微環(huán)濾波器(20)和第二微環(huán)濾波器(21)的諧振波長使得兩者相同，實現(xiàn)諧振波長的移動和對準。4.根據(jù)權利要求1?3任一所述的一種基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器，其特征在于:所述的第一微環(huán)濾波器(20)包括第一環(huán)形波導(10)以及對稱置于第一環(huán)形波導(10)兩側的第一彎曲波導(2)和第三彎曲波導(7)，所述的第二微環(huán)濾波器(21)包括第二環(huán)形波導(11)以及對稱置于第二環(huán)形波導(11)兩側的第二彎曲波導(4)和第四彎曲波導(9);輸入波導(I)與第一彎曲波導(2)的輸入端連接，第一彎曲波導(2)輸出端經(jīng)第一絕熱連接波導(3)與第二彎曲波導(4)的輸入端連接，第二彎曲波導(4)輸出端連接第一輸出波導(5);第四彎曲波導(9)的輸出端經(jīng)第二絕熱連接波導(8)與第三彎曲波導(7)的輸入端連接，第三彎曲波導(7)的輸出端與第二輸出波導(6)連接，第三彎曲波導(7)的輸出端與第一彎曲波導(2)的輸入端位于第一環(huán)形波導(1)的同一側。5.根據(jù)權利要求2所述的一種基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器，其特征在于:所述微環(huán)濾波器上方覆有兩組金屬電極: 一組金屬電極包括第一微加熱電極連接金屬區(qū)(12)、第一微加熱電極觸點金屬區(qū)(13)和第一微加熱電極加熱金屬區(qū)(22)，第一微加熱電極加熱金屬區(qū)(22)位于第一環(huán)形波導(10)的正上方并設有開口，第一微加熱電極加熱金屬區(qū)(22)對第一環(huán)形波導(10)進行加熱，第一微加熱電極加熱金屬區(qū)(22)的兩端分別經(jīng)各自的第一微加熱電極連接金屬區(qū)(12)與兩個第一微加熱電極觸點金屬區(qū)(13)連接； 另一組金屬電極包括第二微加熱電極連接金屬區(qū)(14)、第二微加熱電極觸點金屬區(qū)(15)和第二微加熱電極加熱金屬區(qū)(23)，第二微加熱電極加熱金屬區(qū)(23)位于第二環(huán)形波導(11)的正上方并設有開口，第二微加熱電極加熱金屬區(qū)(23)對第二環(huán)形波導(11)進行加熱，第二微加熱電極加熱金屬區(qū)(23)的兩端分別經(jīng)各自的第二微加熱電極連接金屬區(qū)(14)與兩個第二微加熱電極觸點金屬區(qū)(15)連接。6.根據(jù)權利要求3所述的一種基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器，其特征在于:所述微環(huán)濾波器上方覆有同一組金屬電極，一組金屬電極包括第一微加熱電極連接金屬區(qū)(12)、第一微加熱電極觸點金屬區(qū)(13)和第一微加熱電極加熱金屬區(qū)(22)，兩個第一微加熱電極加熱金屬區(qū)(22)分別位于第一環(huán)形波導(10)和第二環(huán)形波導(11)的正上方并設有開口，兩個第一微加熱電極加熱金屬區(qū)(22)的一端之間通過連接金屬區(qū)(24)連接，兩個第一微加熱電極加熱金屬區(qū)(22)的另一端之間分別經(jīng)各自的第一微加熱電極連接金屬區(qū)(12)與兩個第一微加熱電極觸點金屬區(qū)(13)連接。7.根據(jù)權利要求1?4任一所述的基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器，其特征在于:所述的第一微環(huán)濾波器(20)和第二微環(huán)濾波器(21)采用級聯(lián)環(huán)結構，微環(huán)結構由多個級聯(lián)的環(huán)形波導耦合構成。8.根據(jù)權利要求4所述的一種基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器，其特征在于:所述的第一環(huán)形波導(10)和第一彎曲波導(2)之間形成第一彎曲耦合區(qū)(16)，第一環(huán)形波導(10)和第三彎曲波導(7)之間形成第三彎曲耦合區(qū)(17)，第二環(huán)形波導(11)和第二彎曲波導(4)之間形成第二彎曲耦合區(qū)(19)，第二環(huán)形波導(11)和第四彎曲波導(9)之間形成第四彎曲耦合區(qū)(18)，所述的第一彎曲耦合區(qū)(16)、第三彎曲耦合區(qū)(17)、第四彎曲耦合區(qū)(18)和第二彎曲耦合區(qū)(19)均采用彎曲耦合器的耦合結構。9.根據(jù)權利要求4所述的一種基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器，其特征在于:所述的輸入波導(I)、第一彎曲波導(2)、第一絕熱連接波導(3)、第二彎曲波導(4)、第一輸出波導(5)、第二輸出波導(6)、第三彎曲波導(7)、第一絕熱連接波導(8)、第四彎曲波導(9)、第一環(huán)形波導(10)和第二環(huán)形波導(11)均為單模傳輸波導，所述第一絕熱連接波導(3)和第二絕熱連接波導(8)均采用漸變波導結構，一端的寬度與另一端的寬度不相同。10.根據(jù)權利要求4所述的一種基于硅納米線波導的偏振不敏感微環(huán)濾波器，其特征在于:所述的第一微環(huán)濾波器(20)和第二微環(huán)濾波器(21)其中之一微環(huán)濾波器對TM偏振態(tài)的傳輸損耗達到103dB/cm量級，另一個微環(huán)濾波器的耦合區(qū)對TE偏振態(tài)的耦合系數(shù)僅為.0.001量級。
【文檔編號】G02B6/293GK106054317SQ201610390538
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】戴道鋅, 譚瑩
【申請人】浙江大學