[发明专利]一种基于MEMS工艺的可调FP光学滤波器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种法布理-珀罗腔(Fabry-Perot，简称FP)可调光学滤波器的MEMS制作方法。属于微机械、可调激光器制作领域。

背景技术

可调谐光学滤波器在光通信、光纤传感、光纤激光器领域有着广泛的应用。在光通信中，可调光滤波器作为光性能检测器(OPM)中的核心分光元件，可以根据需要从密集波分复用(DWDM)信号中选择出特定波长通道的光信号作为监测对象，实现对光信号在光域和电域的分析监测。在光分插复用器(OADM)中，可调光滤波器具有可重构光信号上/下路的复用功能，可实现节点处单一任选波长的灵活上/下载，合理地分配网络中的波长资源，使网络层次更加简化[李良川，张阳安，黄照样等.基于衍射MEMS的广播选择型ROADM设计与研究[J].光通信技术，2005，6：51-53]。该类OADM具有结构简单、成本低、功耗低、偏振无关、响应快等特点，尤其串扰非常小。在光纤光栅(FBG)传感器中，可调光滤波器广泛应用于光纤光栅传感器的波长解调中。在对光纤光栅的布拉格波长移动量的检测中，可调光滤波器可以对其反射波长进行滤波调谐[Kersey A D，BerkoffT A，Morey WW.Multiplexed fiber Bragg grating strain sensor system with a fiber Fabry-Perot wavelength filter[J].Opt.Lett.，1993，18(16)：1370～1372]，或产生波长扫描的探测光源，其解调的波长分辨率可达到皮米量级。在光纤可调激光器中可调光滤波器也是非常重要的波长调谐、扫描元件，可以对激光器的激射波长实现波长调谐或动态扫描[李智勇，刘俭辉，葛春风等.基于F-P干涉技术的通信波段可调谐激光器[J]，激光与红外，2004(34)：266-268]。此外在宽带光谱扫描、光谱分析及光通信信号的光噪声过滤等应用中可调光滤波器作为高精度的波长选择元件都有着不可替代的作用。

由于光学材料(除液晶外)的电光非线性系数非常小，因此实现可调谐的光学滤波器存在较大的技术困难。但由于可调谐的光学滤波器在以上提到的各个方面的广泛应用和巨大需求，多年来一直成为光器件的研究热点。已研究的可调光滤波器有液晶型、转光栅型、转干涉滤光片型、光纤声光型、拉伸光纤光栅型、压电驱动FP干涉型等，这些可调光滤波器可以满足一些应用的要求，但它们不同程度地存在一些问题，如体积大、速度慢、调谐范围窄、光偏振相关、成本高、波长分辨率不高，限制了可调光滤波器的应用。近年来，基于MEMS技术的Fabry-Perot可调光滤波器以其批量生产潜力、低成本、良好的光学性能指标，引起了广泛的关注。

采用MEMS工艺可以设计和制作出Fabry-Perot干涉腔，通过集成制作的驱动器精确、动态控制FP腔镜的位置实现F-P腔腔长的控制，从而实现对其透过光波的动态调谐。MEMS是批量化的制造技术，基于MEMS技术的FP可调光滤波器体积小、调谐速度快，可以大幅度地降低成本，是可调光滤波器制造技术的发展趋势，目前国际上多家公司、大学都在积极研制该类器件。美国MOI公司制作的光纤FP滤波器采用压电驱动方式，但存在压电材料固有的迟滞效应问题。其光学干涉腔体通过手工磨制光纤端面后对准装配形成，技术难度较高，导致成本高昂。中科院上海微系统与信息技术研究所向明等人[M.Xiang，Y.M.Cai，Y.M.Wu et al..Fabrication and analysis of a Fabry-Perotcavity with a micromechanical wet-etching process[J]，Applied Optics.2004(43)：3258-3262]采用硅湿法腐蚀的工艺制作出了压电驱动FP腔，但由于阻挡块的制作难度大，压电材料需要手工装配、粘结，成为该器件实用化的瓶颈。