[发明专利]温度不敏感滤波器

说明书

一种集成波长选择滤波器设备(10；20；30；40)，包括：第一光学元件(14)，其用于将接收到的辐射定向到由第一角(α)定义的方向上，以及第二光学元件(15)，其是被配置成以第二角对所述定向辐射进行衍射的衍射元件。第二角如下：对于单个参考波长，衍射辐射被定向到传播介质中以在其中向第一光学元件或另一光学元件上的预定位置行进以便从具有显著不同的波长的辐射中过滤具有与所述参考波长基本匹配的波长的辐射。传播介质由不同于第一和第二光学元件的基板的任何材料的材料形成。

发明领域

本发明一般涉及波长选择光学滤波器和包括这些滤波器的光学系统，尤其涉及集成无热波长选择光学滤波器和包括这些滤波器的集成光学系统。

发明背景

集成光子平台中的光学波长滤波器往往会随温度而漂移，而这会导致错误的波长读数。这是由两种效应引起的：由于热光(TO)效应引起的材料折射率变化以及设备的热膨胀。通常，热光效应占主导地位，但是对于精确测量，热膨胀也不能忽略。对于光谱应用或其他需要绝对测定光学波长的应用，需要主动温度跟踪或使用固定参考波长。

过去，已经进行了多种尝试以提供一种将热光效应和/或热膨胀纳入考虑的解决方案。在一种解决方案中，使用了无热光学波导。芯片上使用的光学波导覆盖有一种材料，该材料的热光系数与波导的热光系数具有相反的符号，从而抵消了这种效应。但是，这些办法通常遭受化学不稳定性、更高的波导损耗、和CMOS不兼容的困扰。

在另一解决方案中，使用了热自补偿滤波器。因此，Mach-Zehnder干涉仪被设计成通过在两臂中使用不同的偏振态或波导宽度来抵抗温度波动。但是，由于热膨胀，此办法仍然存在漂移。此办法对制造缺陷也很敏感。

在又一解决方案中，使用了主动热补偿。光子集成电路的温度可以通过Peltier元件进行控制并保持稳定，该元件允许对芯片冷却和加热。此办法的主要缺点是功耗大且需要复杂的控制系统。同样，其也很难达到光谱应用的足够稳定性。

还探索了使用外部参考光学滤波器(例如气室)。气室仍然很昂贵，并且对外部滤波器的需求抵消了光子集成的优势。

因此，仍有改进的空间。

发明内容

本发明的各实施例的目的是提供良好的无热波长选择光学滤波器和包括这些滤波器的集成光学系统。

本发明的各实施例的优点在于，提供了一种波长滤波器，该波长滤波器基本上对温度不敏感并且是纯被动的而不需要主动控制。本发明的各实施例的优点在于，至少补偿了引起折射率变化的热光效应。

本发明的各实施例的优点在于，不实质上匹配参考波长的辐射将不会被耦合回到第一光学元件或进一步的光学元件，并且因此将不会通过波长选择滤波器。

本发明的各实施例的优点在于，提供了一种波长滤波器，该波长滤波器基本上对温度不敏感并且充当通带滤波器，其输出可被用作参考波长。

各实施例的优点在于，提供了一种滤波器，该滤波器的设计可容忍制造缺陷。

本发明的各实施例的优点在于，不需要主动跟踪温度。

本发明的各实施例的优点在于，它们被提供为例如集成在光子集成电路上的集成解决方案，从而避免了对外部组件的需求。

上述目的通过根据本发明的方法和设备来实现。

本发明涉及一种集成波长选择滤波器设备，包括：

第一光学元件，其被图案化在基板之上或之中，并且被配置成用于接收入射在其上的辐射并且用于将所述接收到的辐射至少部分地定向到由第一角定义的方向上，