[发明专利]SOI和聚合物混合集成的F-P谐振腔可调谐光滤波器及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子器件领域，具体涉及一种基于热光效应驱动的SOI和聚合物混合集成的F-P谐振腔可调谐光滤波器及其制备方法。

背景技术

F-P谐振腔可调谐滤波器的基本原理是基于F-P谐振腔的滤波特性，是人们所熟悉的多光束干涉原理。要使F-P谐振腔滤波器具有好的波长选择性，必须提高反射镜的反射率以减小输出光谱的3dB带宽，提高波长选择特性。具有分布反馈作用的多层介质膜可以制作成高反射率的分布布拉格反射镜(DBR)。F-P谐振腔的调谐即是改变其谐振频率的过程，可以通过改变谐振腔的腔长或腔体材料的折射率来实现，调谐速度也由腔长或折射率的变化速率来决定。就Si基谐振腔可调谐滤波器而言，可以用微机械的方法来调节F-P谐振腔的腔长，速度可达微秒量级；也可使用Si中的等离子体色散效应或热光效应来调节腔体的折射率。一般认为Si中的等离子体色散效应具有较快的响应速度，但这种效应较弱，实现起来较复杂，特别是利用载流子注入时热功耗使折射率向相反的方向变化，影响调谐效果。Si具有比较大的热光系数和热耗散速度，利用热光效应的Si可调谐滤波器的响应时间也能达到微秒量级，甚至可能实现MHz响应。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于SOI(Silicon on Insulator)和聚合物混合集成的F-P谐振腔热光驱动的可调谐光滤波器及其制备方法。

本发明所述的基于SOI和聚合物混合集成的F-P谐振腔热光驱动的可调谐光滤波器的结构如图1所示，其特征在于：其特征在于：沿着输入光信号方向依次是输入波导、由硅和聚合物交替组成的第一DBR阵列、聚合物F-P谐振腔、由硅和聚合物交替组成的第二DBR阵列、输出波导组成，且在聚合物F-P谐振腔的上表面设置有加热电极；输入波导、第一DBR阵列、聚合物F-P谐振腔、第二DBR阵列、输出波导均为内脊高、外脊高和脊宽相同的脊型结构，且在SOI材料的顶层硅中制作。

宽带光源发出的光耦合到输入波导中传播，从输入波导出来的光，依次进入第一DBR、F-P谐振腔和第二DBR，DBR相当于传统F-P腔中的反射镜作用，可以为F-P腔两侧提供较高的反射率以得到较小的半高全宽；光束在F-P谐振腔中经过多次反射、干涉，形成稳定输出的光场后，满足微腔谐振条件(1)的特定频率值的光将由输出波导输出。

IT=I01+4Rsin2(δ/2)(1-R)2---(1)]]>

其中，为相位因子，I_T为透射光的强度，I₀为入射光的强度，R为腔体两端的反射率，n为F-P腔的有效折射率，h为F-P腔的长度，i为光线的入射倾角。

当在F-P谐振腔上面的加热电极上施加直流电压时，由于热光效应，聚合物谐振腔的折射率发生变化，微腔谐振条件也随之发生改变，此时会有另一个满足微腔谐振条件的光波输出。可见，通过施加不同的电压，就实现了对波长输出的可调谐功能。

利用聚合物材料作为F-P谐振腔，由于制备方法和材料组分不同，聚合物材料的热光系数通常是可控的，并且许多聚合物材料的热光系数要比硅材料(α＝1.86×10^-4/K)大，当在聚合物材料上制作加热电极进行调谐时，可以通过使用不同的聚合物材料实现波长调谐范围的可控性，并且能实现大的调谐范围。和以单晶硅材料为F-P谐振腔的滤波器相比大大增加了调谐范围。该结构的可调谐滤波器具有调谐范围宽、调谐精度高、结构紧凑新颖、便于和其它光学、电学元件集成的优点。