一种低光学损耗的mems热光可调谐滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤通信、光纤传感与MEMS光器件领域，特别是涉及一种低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器。
【背景技术】
[0002]可调谐光滤波器通常是指光带通滤波器的中心波长可调的光学滤波器，由于其波长调节的灵活性，在光纤通信和光纤传感领域中具有重要应用，是构成智能光网络的关键器件之一。基于MEMS技术的可调谐光学滤波器由于其具有微小型化、集成化和批量制造、成本低等优点越来越成为研宄和开发的重点。
[0003]目前MEMS光可调谐滤波器主要是基于Fabry-Perot腔干涉原理，波长调谐机制主要有腔长调谐和折射率调谐两种方案。腔长调谐方案是通过静电驱动或压电驱动FP腔的其中一面微反射镜沿法线方向运动来调节FP腔长，实现对谐振波长的调谐。这种方案波长调谐范围大，但需要制作两个高光学质量的光学微反射镜、精准地控制两个微镜面的相互平行度，并且在移动镜面的过程中也需要保持两个微镜面具有很高的平行度，因此技术实现非常困难，且对于外界振动、电压波动等干扰比较敏感，波长稳定性差，同时还存在波长漂移问题，影响其应用推广。基于MEMS技术Fabry-Perot腔可调谐滤波器通常只能实现单腔的光干涉滤波器，其光谱曲线为洛伦茨谱线，难以满足通带平顶的应用需求，而且其采用单腔结构，也难以解决窄线宽与大调谐范围的矛盾。
[0004]针对折射率调谐方案，已报道的薄膜结构都采用多晶硅或者单晶硅薄膜作为半波长FP腔的波长调谐材料，利用电阻加热改变硅折射率来调节波长。此方案由于FP腔直接采用薄膜结构，没有微镜的机械运动，其波长稳定性好，由于光学薄膜技术设备达到很高的水平，采用折射率调谐方案在制作难易程度上显著优于腔长调谐方案，而且可以实现窄线宽、通带平坦的光学滤光片。实现折射率调谐方案，目前主要有两种路径。一种是基于单层单晶硅膜作为折射率调谐材料，该单晶硅一般采用SOI材料的顶层硅来制作，厚度为数微米至数十微米，其光学薄膜为单腔的光学干涉薄膜，因此难以实现平顶的窄带滤光片。另一种是基于多层的非晶硅或多晶硅薄膜作为折射率热光调谐材料，通常采用硅薄膜沉积工艺来制作，厚度为数百纳米，其光学薄膜为多腔的光学干涉薄膜，因此可以实现平顶的窄带滤光片。
[0005]光学薄膜的制造是成熟的工艺技术，长期以来采用有限的几种光学介质材料作为薄膜材料，这主要是因为这些薄膜沉积工艺成熟、光学薄膜性能好，能减少镀膜靶材的配备数量。采用硅材料作为波长调谐材料的原因是基于硅材料很高的热光系数、可以透射1.3-1.6 μ m的光通信波段和硅薄膜工艺的成熟性。但是，以硅作为热光调谐的FP腔体材料的窄带平顶可调滤光片的光插入损耗高达2-5dB，而且线宽越窄，插入损耗越高，无法满足光通信系统的要求，这一结果一直困扰着光通信器件工作者。寻找新的光学薄膜材料，该薄膜材料既能实现波长的热光调谐，又能与现有薄膜制造工艺兼容，同时能大幅降低热光可调谐光学薄膜的光学损耗，是可调谐光滤波器研宄长期寻找的目标。
【发明内容】
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器，用于解决现有技术中热光可调谐滤波器光学损耗高的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器，所述MEMS热光可调谐滤波器包括半波共振腔采用AlN或GaN热光可调介质薄膜材料的多腔光学干涉薄膜滤光层、以及微加热器，通过控制所述微加热器的工作电流，可以调节所述MEMS热光可调谐滤波器的中心波长。
[0008]作为本发明的低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器的一种优选方案，所述多腔光学干涉薄膜滤光层包括采用AlN或GaN热光可调介质薄膜材料的半波共振腔以及多层介质膜交替层叠而成，所述多层介质膜由高折射率介质膜及低折射率介质膜交替层叠而成。
[0009]作为本发明的低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器的一种优选方案，所述高折射率介质膜的材料包括Ti02、Si3N4、及Ta2O5中的一种，所述低折射率介质膜的材料包括S120
[0010]作为本发明的低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器的一种优选方案，所述多腔光学干涉薄膜滤光层为由N个级联的光学干涉腔形成的窄带光学干涉滤光片，其中，N多I。
[0011]进一步地，当N>1时，所述多腔光学干涉薄膜滤光层可以实现光波的带通平坦化。
[0012]作为本发明的低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器的一种优选方案，所述微加热器为由金属膜条或半导体膜条制成的电阻加热器，所述的微加热器位于工作光束的光斑之外，以工作光束中心为对称点呈中心对称分布。
[0013]作为本发明的低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器的一种优选方案，所述MEMS热光可调谐滤波器还包括微温度传感器，所述微温度传感器是由金属膜条或半导体膜条制成的电阻式温度传感器，其位于工作光束的光斑之外，所述的微温度传感器可以为调谐波长的闭环反馈提供干涉滤光片的温度信号。
[0014]作为本发明的低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器的一种优选方案，通过控制微加热器的工作电流，可以实现所述多腔光学干涉薄膜滤光层中心波长Onm?50nm的光谱调谐。
[0015]作为本发明的低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器的一种优选方案，所述多腔光学干涉薄膜滤光层形成于单晶硅支撑薄膜之上，所述的单晶硅支撑薄膜与硅衬底通过单晶硅悬挂梁连接，所述硅衬底刻蚀有通光孔，构成隔热微结构来降低热传导，从而降低电热调谐功耗。
[0016]进一步地，所述单晶硅支撑薄膜的厚度为3 μπι?100 μm，所述单晶硅支撑薄膜的背面沉积有光学增透膜。
[0017]进一步地，所述通光孔的尺寸大于工作光束的光斑尺寸。
[0018]作为本发明的低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器的一种优选方案，所述多腔光学干涉薄膜滤光层形成于硅衬底之上，所述硅衬底刻蚀有通光孔，所述通光孔处直接露出所述多腔光学干涉薄膜滤光层。
[0019]作为本发明的低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器的一种优选方案，所述的热光可调谐滤波器可以应用于可调谐光接收机、可调谐激光器、DWDM光性能监测器、光上/下复用器中。
[0020]如上所述，本发明提供一种低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器，所述MEMS热光可调谐滤波器包括半波共振腔采用AlN或GaN热光可调介质薄膜材料的多腔光学干涉薄膜滤光层、以及微加热器，通过控制所述微加热器的工作电流，可以调节所述MEMS热光可调谐滤波器的中心波长。本发明采用AlN、GaN作为FP腔中半波共振腔的腔体材料，其既具有较高的热光系数，又具有较低的消光系数，可以大幅度降低窄带可调谐滤波器的光学损耗。本发明可以有效改善现有MEMS热光调谐滤波器存在的损耗大且滤波波形不能满足应用的问题，在光通信、光传感领域具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0021]图1?图3显示为本发明实施例1中的低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器的结构示意图。
[0022]图4?图5显示为本发明实施例2中的低光学损耗的MEMS热光可调谐滤波器的结构示意图。
[0023]元件标号说明
[0024]I多腔光学干涉薄膜滤光层
[0025]11AlN或GaN热光可调介质薄膜材料
[0026]10多层介质膜
[0027]2微加热器
[0028]3微温度传感器
[0029]4单晶硅支撑薄膜
[0030]5光学增透膜
[0031]6单晶