一种基于铌酸锂的可调谐光滤波器及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于妮酸裡的可调谐光滤波器及其应用，属于光滤波器的技术领 域。
【背景技术】
[0002] 阵列波导光栅具有平面光波导器件的所有优点，经过二十多年的发展，阵列波导 光栅的各方面性能不断得到改进，日臻完善。近年来，随着光纤到户光网络的快速推进，阵 列波导光栅在波分复用无源光网络(WDM-P0N)中的应用日趋重要，但波导阵列光栅作为交 换器件的可调谐能力仍有待开发。
[0003] 现有技术中的阵列波导光栅都是采用二氧化娃作为波导层。中国专利 CN102736177A公开了一种基于化C技术的阵列波导光栅结构，该阵列波导光栅结构包括:衬 底、上包层、下包层和波导忍。其在所选取的衬底上，沉积并生长渗杂B、P二氧化娃层，作为 下包层;在下包层上，生长波导忍层;在波导忍层上，预留具有预设形状的波导忍;在下包层 和波导忍上，生长能够完全覆盖所述下包层和波导忍的高渗杂B、P二氧化娃层，作为上包 层。
[0004] 采用二氧化娃作为波导层的阵列波导光栅结构具有和标准单模光纤匹配、工艺发 展成熟等优点，但是因娃基的光波导器件的调谐多为基于热光效应的应用，仍然存在着波 长可调谐范围小、溫度稳定性差等不足。
[0005] 妮酸裡晶体属于无机晶体材料是目前比较成熟的电光材料，具有可观的电光效 应，物理化学性能稳定，而且基于妮酸裡晶体的光波导性能良好，制备工艺也相对成熟，己 经被广泛用于制备电光强度调制器、相位调制器、倍频器等。但是因妮酸裡存在着双折射的 问题，不利于实现器件的偏振不敏感特性，现有技术中无法将妮酸裡应用到阵列波导光栅。
[0006] 现有技术中阵列波导光栅的制作方法已较为成熟，其中较为常见的是光刻法和腐 蚀法。中国专利CN1312479公开了一种镜面全反射型弯曲波导器件结构及制作方法，该方法 就是通过氧化、光刻、腐蚀等微机械加工技术，制作出位置精确、镜面平整度高且与波导平 面绝对垂直的全反射镜，并将此结构应用于无源光器件(如光禪合器、阵列波导光栅等等） 中W实现结构紧凑、集成度高、性能好、工艺简单、可W批量生产的光通信器件。另外，中国 专利CN100410707也公开了一种利用利用光刻和腐蚀制备有机聚合物阵列波导光栅的方 法。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的不足，本发明提供一种基于妮酸裡的可调谐光滤波器。
[000引本发明还提供一种利用上述基于妮酸裡的可调谐光滤波器进行调谐的方法。
[0009] 本发明的技术方案为：
[0010] -种基于妮酸裡的可调谐光滤波器，包括自上而下依次叠加设置的上限制层、妮 酸裡波导层和下限制层;上限制层的上表面设置有上电极，下限制层的下表面设置有下电 极;所述妮酸裡波导层为上表面设置有阵列波导光栅的妮酸裡薄膜;所述上电极包括相互 插接的偶数波导电极和奇数波导电极;偶数波导电极设置有多根偶数插齿;奇数波导电极 设置有多根奇数插齿，偶数插齿和奇数插齿交替设置;所述偶数插齿和奇数插齿的长度自 外向内依次递减，相邻偶数插齿和奇数插齿的长度相差L每一根偶数插齿、奇数插齿分别 对应一条波导。
[0011] 妮酸裡薄膜上的阵列波导光栅为通过光刻和腐蚀(干法腐蚀或湿法腐蚀均可）的 方法在妮酸裡薄膜上制作出脊波导。
[0012] 由于相邻偶数插齿和奇数插齿长度的差值相同，因此电极上电压的改变会改变相 邻波导内的相位差，进而改变输出波导中各波长衍射极大值出现的位置及各中屯、波长通带 宽度，由此达到可调谐目的。
[0013] 设第N条偶数插齿的长度为L1，相邻奇数插齿的长度为L1-L，则与上述偶数插齿和 奇数插齿相对应的波导内光波的相位差为化化A，其中η为妮酸裡晶体折射率，λ为光波长。
[0014] 优选的，偶数波导电极设置有偶数根偶数插齿;奇数波导电极设置有奇数根奇数 插齿。
[0015] 优选的，所述上限制层和下限制层分别为二氧化娃上限制层和二氧化娃下限制 层。
[0016] 优选的，L=100-200ym;最外侧奇数插齿的长度为5~7mm。
[0017] -种利用上述基于妮酸裡的可调谐光滤波器进行调谐的方法，包括步骤如下：
[001引1)中屯、波长调谐模式：
[0019] 在奇数波导电极和偶数波导电极上同时加载电压值相同的同相电压，使相邻波导 内光波的相位差改变，进而改变输出波导中各波长衍射极大值出现的位置;此工作模式中 奇数波导电极和偶数波导电极可视为无差别电极；
[0020] 电极加电压就会改变折射率，即改变了光程差，从输出结果看就是滤波器输出的 中屯、波长发生改变;衍射极大值出现的位置等价于滤波器输出的中屯、波长。
[0021] 2)通带宽度调谐模式：
[0022] 在奇数波导电极和偶数波导电极上同时加载电压值相同的反相电压，使相邻波导 内光波的相位差改变，进而改变输出波导中各波长衍射极大值出现的位置；中屯、波长不变， 通带宽度增加。奇数插齿对应的波导和偶数插齿对应的波导输出的中屯、波长改变值相同但 中屯、波长移动方向相反（中屯、波长增大和减小），因此输出结果显示为中屯、波长不变，但通 带宽度增加，由此达到滤波器通带宽度可调谐目的。
[0023] 3)中屯、波长及通带宽度同时调谐：
[0024] 在奇数波导电极和偶数波导电极上同时加载电压值不相同的电压，使相邻波导内 光波的相位差改变，但改变量不同，进而改变输出波导中各波长衍射极大值出现的位置。由 于奇数插齿与偶数插齿对应的波导输出中屯、波长位置略有不同，因此通带宽度与中屯、波长 同时发生改变，由此达到滤波器中屯、波长及通带宽度同时可调谐目的。
[0025] 优选的，电极上加载的电压值：
[0026]
[0027]其中，为妮酸裡晶体电光系数，η。为妮酸裡晶体的ο光折射率，m为整数;η为妮酸 裡晶体折射率，λ为从波导输出的光波波长。
[00%]当相邻波导内光波的相位差为2m3i时，产生衍射极大，所W23mLA = 2m3i，即λ =化/ m;妮酸裡晶体折射率与电压关系：
[0029] 本发明的有益效果为：
[0030] 1、本发明所述基于妮酸裡的可调谐光滤波器，巧妙利用妮酸裡晶体的特性，基于 电光效应改变折射率，从而可动态调节相邻波导的光程差，实现器件的可调谐功能；
[0031] 2、本发明所述基于妮酸裡的可调谐光滤波器，基于电光效应通过在电极加适当电 压改变晶体折射率从而改变光程，即改变了相邻波导内不同波长光的相位差，经输出通道 波导输出后，不同波长完成解复用，拓展了阵列波导光栅可调谐能力；
[0032] 3、本发明所述基于妮酸裡的可调谐光滤波器，有Ξ种工作状态;通过特有的上电 极，在保证输入光为偏振光时，提供了一个中屯、波长和通带宽度可调谐的方案;有效克服了 妮酸裡晶体双折射引起的器件的偏振不敏感特性不利于实现的问题；
[0033] 4、本发明所述基于妮酸裡的可调谐光滤波器，基于电光效应的调谐解复用过程无 电流产生，因此零功耗，无耗能产生。
【附图说明】
[0034] 图1为设置有一根波导