[发明专利]一种光子晶体可调谐滤波器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及热光调谐滤波器技术领域，尤其涉及一种光子晶体可调谐滤波器及其制作方法。该光子晶体可调谐滤波器是一种超小型的三维光子晶体热光调谐滤波器，利用光加热的方式实现热光调谐。

背景技术

随着互联网的接入、高质量的图象传输、多媒体技术等对高速、大容量通讯网络的迫切需求，密集波分复用(DWDM)系统是通信网络带宽高速增长的最佳解决方案，因此已经成为目前点对点网络中重要的技术，同时更窄的频率间隔和更多的复用信道也一直是人们不懈追求的目标。

在这种大容量的DWDM系统中，如果采用中心波长固定的光滤波器，波长准确性和稳定性的要求增加了制作的难度。而如果采用一种可以选择频率的光学滤波器件，这种系统的制作就可以被简化。因此可调光滤波器已成为DWDM系统的关键器件，它对于发展全光网络具有极其重要的作用。

在光通信网络中，可调谐滤波器用来构成各种解复用器，将复用在一起的光区分开来；将这种可调谐滤波技术应用到激光器和探测器上可以实现DWDM中重要的可调谐光源和接收器；新一代全光网络的关键器件光上下路器(OADM)也可以由这种滤波器构成。由此可见，可调谐滤波器成为全光网络和DWDM系统中不可缺少的重要器件。

据世界著名的CIR公司预测，全球基于可调技术的产品市场每年的增长率将达到100％以上，到2005年将达到13亿美元，其中可调谐滤波器的市场容量将达到4亿美元。作为全光动态光网络中的基础器件之一，可调谐滤波器的发展一直是人们关注的焦点。

可以实现波长调谐的方法有很多，例如改变光栅通道长度、机械应力、声光效应、电光效应、热光效应、电压控制、微机械调谐等。其中热光调谐的方式以其简单易行而备受人们的关注。

但是传统的热光调谐滤波器是由一维的缺陷光子晶体构成，也就是通常所说的多层介质膜滤波器，采用薄膜电阻作为加热媒质的电加热方式。由于这种加热方式往往会使薄膜的温度不均匀，并且薄膜电阻与它下面的材料之间的热导和机械特性的不匹配会引入热应力，产生应力双折射，导致显著的偏振依赖损耗。另外，来自薄膜加热的传导损耗也是热损耗的一部分。因此，完全的去除薄膜电阻而采用其它的加热方式是一种很好的选择。

目前，已有利用采用光加热的方式实现热光调谐的光子晶体滤波器的报道。在文献T.Asano et al.Dynamic wavelength tuning of channel-dropdevice in two-dimensional photonic crystal slab.Electronics Letters，2005：41(1)中描述了一种基于光子晶体平板的可调谐通道上下路器件。这种上下路滤波器是由一个线缺陷波导和它附近的一个点缺陷腔构成，当线缺陷中传输的光频率与点缺陷腔中的腔模谐振频率匹配时，光能被耦合到腔中，然后辐射到自由空间。整个器件的尺寸是250μm。利用一个蓝光激光器(GaN激光器，406nm)作为控制光从垂直于平板的方向上辐射到点缺陷腔中引起温度增加，控制光的光斑半径约为2.5μm。利用一个可调谐半导体CW激光器用作信号光的光源，从边缘入射到线缺陷波导中。当改变信号光的波长时，通过测量由点缺陷腔发射到自由空间的光强度就得到了下路光谱。当吸收的光功率为2.1mW时，最大的波长移动达到了4.5nm。调谐的响应时间为20μs。

可见，采用光加热的方式不仅减小了器件的尺寸，而且减小了器件功耗，提高了调谐速度。但是，这种可调谐滤波器从结构上来讲是利用光子带隙效应的滤波调谐，因此构成光子晶体的空气孔的尺寸很小，从而增加了制作难度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种光子晶体可调谐滤波器，以减小传统的薄膜电阻加热带来的薄膜温度不均匀性、以及衍射损耗导致的输入光斑最小尺寸的限制，降低可调谐滤波器的损耗和功耗，提高可调谐滤波器的调谐速度。

本发明的另一个目的在于提供一种光子晶体可调谐滤波器的制作方法，以减小传统的薄膜电阻加热带来的薄膜温度不均匀性、以及衍射损耗导致的输入光斑最小尺寸的限制，降低可调谐滤波器的损耗和功耗，提高可调谐滤波器的调谐速度。

(二)技术方案

为达到上述一个目的，本发明提供了一种光子晶体可调谐滤波器，该光子晶体可调谐滤波器由在绝缘层上硅(SOI)衬底上依次生长的下反射镜、间隔层和上反射镜，以及贯穿上反射镜、间隔层、下反射镜和SOI衬底顶层硅的空气孔构成。