[发明专利]一种基于SOI晶片的可调光栅滤波器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于SOI晶片的可调光栅滤波器及制备方法，包括SOI晶片，SOI晶片的顶层硅被完全刻穿形成间隔的、周期性的矩形硅和光栅刻槽，所述刻槽内填充介质材料，在所述介质材料上溅射一定厚度的金属层作为电极。本发明采用的全刻蚀光栅没有刻蚀深度的问题，并且通过光栅刻槽间加入介质材料，减少光栅和刻槽之间的折射率差，从而获得较窄的反射波段，达到浅刻蚀所能达到的效果，对于完全刻蚀的矩形波导可以和光栅同步制作。

技术领域

本发明公开了一种基于SOI晶片的可调光栅滤波器及制备方法，涉及属于光子调控器件、微光电器件领域。

背景技术

滤波器在光通信中发挥着至关重要的作用，主要用来实现对光信号波长的筛选和操作，分为带通型和带阻型。带通型主要是选择所需要的波长信号通过，而带阻型则是将特定波长的信号阻塞。滤波器被广泛的使用在光传输网络中，在集成硅基光波导中滤波器同样举足轻重。它可以用于特定波长的信号选择、波分复用以及解复用、滤除噪声信号等(姜建飞.硅基多模波导光栅滤波器的研究[D].浙江:浙江大学,2018)。

目前市场上已经出现了各种各样的滤波器，如：F-P腔(Fabry-Perot）滤波器（吕大娟.高性能F-P可调谐滤波器的研究与开发[D].武汉：武汉理工大学，2011）、介质薄膜滤波器(Multilayer Dielectric Thin Film Filter, MDTFF）（Nonaka S, SudaT,Oda H.Microprocesses and Nanotechnology Conference.2001 International.2001,206-207）、阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating, AWG )（刘元.硅基纳米线阵列波导光栅的研究[D].武汉：华中科技大学，2011）、声光可调谐滤波器(Acousto Optic TunableFilter, AOTF )（高霞.声光可调谐滤波器的研究[D].山西：中北大学，2015）、全光纤马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer, MZI )滤波器（刘志波.基于光纤马赫—增德尔干涉仪的滤波器及其传感特性研究[D].北京：北京交通大学，2015）、微环谐振滤波器（徐晓瑞.基于微环谐振器阵列的滤波特性研究[D].兰州：兰州交通大学，2017）、光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating, FBG )滤波器，此外还有闪耀光栅、全息光栅等(周志.级联马赫—曾德尔干涉仪型带通滤波器的设计研究[D].四川:西南交通大学,2006)。但这些常见的光滤波器都有着各自的缺点：F-P腔滤波器主要是其稳定性较差以及旁瓣抑制比低；多层介质薄膜滤波器则难以制作成窄带滤波器，并且只能针对某一特定波长，灵活性较差；平面阵列波导滤波器有着难于与光纤接入、成本较高以及需要较大的衬底等缺点；级联型MZI型滤波器其总的带宽受限于其FSR，并且其尺寸较大，对其应用产生了很大的限制；MRR有两个基本缺点：一是其光谱响应不平坦，呈上凸形的洛伦兹分布，当器件因工艺误差或因温度变化而引起光谱漂移时，器件不能正常地工作；二是其光谱中的非谐振光较强，这使得MRR的串扰较大。

由于布拉格光栅带宽方便控制、波长稳定性好、工艺简单，且没有FSR限制，可以覆盖整个Ｃ波段，相对于其他滤波方法而言有巨大的优势。因此，布拉格光栅滤波器在集成光波导中的波分复用、窄带宽滤波器等方面获得了广泛的应用。

目前有一些是通过对布拉格光栅进行封装，然后使用温控模块对封装的光栅进行温度控制来达到调控温度从而改变波长的目的（陈福昌.高精度温控可调光栅滤波器的设计[J].福建：闽南师范大学物理与电子信息工程系，2013）。还有一种是在Si上再加上一层氧化硅，同时将氧化硅填充进光栅刻槽件，通过对最上面的氧化硅进行加热来进行温控。但这些方法有着以下缺点：（1）采用温控芯片来控制温度，结构复杂且成本较高；（2）如果光栅采用的是全刻蚀，则无法保证具有较窄的反射波段。（3）采用覆盖氧化硅层的结构加热，对填充材料折射率的调控效率较低，有加热不均匀的可能性，从而导致有效折射率发生变化。（4）并且波导周围全是氧化硅包裹，使得波导对光的约束变差。