一种基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件的制作方法
【专利摘要】一种基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件，包括波导基层、输入直波导、微环波导、输出直波导、隔离层和金属加热片，输入直波导、微环波导和输出直波导并排依次位于波导基层上，波导基层上开有与输入直波导和输出直波导垂直并通过微环波导圆心的掩埋型沟道，隔离层位于输入直波导、微环波导和输出直波导上，金属加热片沉积于隔离层上；输入直波导、微环波导之间具有满足狭缝波导条件且狭缝耦合区能量最高的输入间隔，微环波导和输出直波导之间具有满足狭缝波导条件且狭缝耦合区能量最高的输出间隔，金属加热片位于输入间隔和输出间隔的上方。本实用新型可动态调谐、集成度高、结构简单、带宽受噪声影响小、激发电压小。
【专利说明】—种基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种集成型光学器件，尤其是一种集成型的可动态调谐带宽的器件。
【背景技术】
[0002]人类的生活越来越依赖于高速度、大容量、动态灵活的光通信网络。从最初利用网络进行简单的声音和数据传递，到现今在网上进行个人银行账户处理、参与交互式网络游戏、参加实时视频会议等，向着利用网络进行动态的、分布式信息传输和交换的方向发展。这就要求新一代的通信网络和城市信息基础设施具备高速度、大容量，并可进行动态带宽调谐以适应终端用户动态的、不同带宽粒度和不同类型信息的传输和交换的需求。因此如何基于光通信技术进行带宽的动态调谐就成了亟待解决的核心技术问题，与此同时，研发可进行带宽动态调谐的光通信器件以满足新一代通信网络的要求也迫在眉睫。
[0003]现有的波长信道带宽可动态调谐的滤波器件，主要利用光纤光栅、马赫-曾德尔干涉仪(MZI)、微电机系统(MEMS)和微环谐振器技术，现有技术的缺点主要有尺寸大、结构复杂、带宽受噪声影响严重、激发电压高等。与本实用新型最接近的是基于微电机系统(MEMS)技术和微环谐振器相结合的技术(Yao Jin, Wu Ming C，基于微电机系统驱动的娃材料微环面谐振器的带宽调谐分插滤波器，Optics Letters, 2009, 34 (17): 2557-2559)，它利用MEMS技术调节微环的耦合系数，从而实现了约0.12nm的带宽调谐，只是这样的调谐方法需要接近40V的激发电压。为满足应用领域的迫切需求。
【发明内容】
[0004]为了克服已有带宽调谐器件尺寸大、结构复杂、带宽受噪声影响严重、激发电压高的不足，本实用新型提供一种可动态调谐、集成度高、结构简单、带宽受噪声影响小、激发电压小的基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件，包括波导基层、输入直波导、微环波导、输出直波导、隔离层和金属加热片，所述输入直波导、微环波导和输出直波导并排依次位于波导基层上，所述波导基层上开有与输入直波导和输出直波导垂直并通过微环波导圆心的掩埋型沟道，所述隔离层位于输入直波导、微环波导和输出直波导上，所述金属加热片沉积于隔离层上；所述输入直波导、微环波导之间具有满足狭缝波导条件且狭缝耦合区能量最高的输入间隔，所述微环波导和输出直波导之间具有满足狭缝波导条件且狭缝耦合区能量最高的输出间隔，所述金属加热片位于所述输入间隔和输出间隔的上方。
[0007]进一步，所述金属加热片有两片，分别为输入加热片和输出加热片，所述输入加热片位于所述输入间隔的上方，所述输出加热片位于所述输出间隔的上方。
[0008]再进一步，所述掩埋型沟道的宽度大于所述金属加热片的宽度。
[0009]更进一步，所述掩埋型沟道为矩形沟道。
[0010]本实用新型的技术构思为:利用狭缝波导和热光效应相结合，进行单信道的带宽调谐。当满足狭缝波导条件时，输入直波导光信号的能量会在耦合进微环波导时向输入直波导与微环波导之间的狭缝耦合区积聚，利用热光效应动态地改变波导区硅材料的折射率，从而改变狭缝耦合区中的光能量。在狭缝耦合区中通过金属片加热使得硅折射率增加，导致狭缝耦合区和波导之间的折射率差增加。而折射率差的改变，又会改变狭缝耦合区中的能量损耗，进一步地，狭缝耦合区中能量损耗的改变，将改变狭缝耦合区中的耦合效率，
由公式 ΔΑ = [2/7,,(KRnrll + ILAniil)] ' A2",," |丨-α(? -Κ2))/(π^α(\-K2)))可知，稱合效率的改变，将改变带宽的大小，因此达到带宽调谐的目的。利用在波导基层上制作沟道，降低热光效应对非耦合区波导折射率的影响，并进而减小热噪声对带宽调谐的影响。
[0011]本实用新型提出一种结合狭缝波导和热光效应的可动态调谐带宽的新型滤波器件，具有尺寸小、集成度高、带宽受噪声影响小、激发电压小的优点，即基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件。
[0012]本实用新型的有益效果主要表现在:1、利用狭缝波导和热光效应相结合的技术，可以比单独基于热光效应获得更大的带宽调谐量，在激发电压低的情况下，获得了大的带宽调谐；2、在波导基层上引入沟道结构，有效降低热噪声对带宽调谐的影响；3、基于狭缝波导和微环谐振器技术的器件具有尺寸小、集成度高的优点；4、与以往的滤波器以及基于其的光分插复用器相比，具有可动态调谐、集成度高、结构简单、制作方便、成本低廉的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是一种基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件的俯视图。
[0014]图2是一种基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件的剖视图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
[0016]参照图1和图2，一种基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件，包括波导基层6、输入直波导1、微环波导2、输出直波导3、隔离层5和金属加热片4,所述波导基层6上开有与输入直波导I和输出直波导3垂直并通过微环波导2圆心的掩埋型沟道7，所述输入直波导1、微环波导2和输出直波导3位于波导基层6上,所述隔离层5位于输入直波导1、微环波导2和输出直波导3上，所述金属加热片4沉积于隔离层5上，所述输入直波导1、微环波导2之间具有满足狭缝波导条件且狭缝耦合区能量最高的输入间隔，所述微环波导2和输出直波导3之间具有满足狭缝波导条件且狭缝耦合区能量最高的输出间隔，所述金属加热片4位于所述输入间隔和输出间隔的上方。
[0017]进一步，所述金属加热片4有两片，分别为输入加热片和输出加热片，所述输入加热片位于所述输入间隔的上方，所述输出加热片位于所述输出间隔的上方。
[0018]再进一步，所述掩埋型沟道7的宽度大于所述金属加热片4的宽度。
[0019]所述掩埋型沟道为矩形沟道。
[0020]所述输入直波导I两端均可输入复用光信号，所述复用光信号通过耦合传输入微环波导2，所述微环波导2作为微环谐振腔，将满足谐振条件的谐振波长光信号筛选出来作为单信道信号波长，所述谐振波长光信号通过耦合进入输出直波导3并输出。所述波导基层6作为本实用新型带宽调谐滤波器的衬底，所述隔离层5隔离热量并作为金属加热片4的衬底材料，所述金属加热片4通入电流发热，并通过热光效应调节波导与波导基层6之间的相对折射率差，由此完成对单信道的带宽调谐。
[0021]所述波导基层6和隔离层5材料为二氧化硅；所述输入直波导1、微环波导2、输出直波导3为硅材料；所述金属加热片4材料为铝、铜、镍、钛等材料；
[0022]所述输入直波导I与微环波导2之间的输入间隔、微环波导2与输出直波导3之间的输出间隔均满足狭缝波导条件且狭缝耦合区能量最高。
[0023]所述输入间隔和输出间隔均为60nm，满足狭缝波导条件且狭缝耦合区能量最高。所述隔离层厚度为I微米；所述金属加热片的尺寸为长4微米，宽I微米。
[0024]所述可动态调节的带宽调谐量用公式
ΔΑ = [2/-- {nRncn + 2LAnd,)] 'λ"nell ((I ~α(1 -Κ,))/(τζ:^/α(1.- K-)))计算，其中八入代表市览调谐量、ng代表群折射率、nrff代表有效折射率、R代表微环波导的半径、L代表加热片长度、α代表衰减系数、K代表满足狭缝波导条件时的交叉耦合系数、λ代表谐振波长。
【权利要求】
1.一种基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件，其特征在于:包括波导基层、输入直波导、微环波导、输出直波导、隔离层和金属加热片，所述输入直波导、微环波导和输出直波导并排依次位于波导基层上，所述波导基层上开有与输入直波导和输出直波导垂直并通过微环波导圆心的掩埋型沟道，所述隔离层位于输入直波导、微环波导和输出直波导上，所述金属加热片沉积于隔离层上；所述输入直波导、微环波导之间具有满足狭缝波导条件且狭缝耦合区能量最高的输入间隔，所述微环波导和输出直波导之间具有满足狭缝波导条件且狭缝耦合区能量最高的输出间隔，所述金属加热片位于所述输入间隔和输出间隔的上方。
2.如权利要求1所述的基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件，其特征在于:所述金属加热片有两片，分别为输入加热片和输出加热片，所述输入加热片位于所述输入间隔的上方，所述输出加热片位于所述输出间隔的上方。
3.如权利要求1或2所述的基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件，其特征在于:所述掩埋型沟道的宽度大于所述金属加热片的宽度。
4.如权利要求1或2所述的基于微环的掩埋沟道式带宽调谐器件，其特征在于:掩埋型沟道为矩形沟道。
【文档编号】G02F1/01GK204129368SQ201420530488
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】平均芬, 陈立建, 朱小明, 周雪, 钱芳 申请人:平均芬