[发明专利]基于金刚石波导的级联双微环谐振腔滤波器

说明书

本发明涉及一种利用基于金刚石波导的级联双微环谐振腔滤波器，该滤波器选用金刚石作为波导芯层材料，采用DOI波导结构，并采用热光效应实现谐振波长调制，建立滤波器的数学模型并进行仿真验证，模拟了微环耦合系数、损耗系数、微环半径对输出光谱的影响曲线。能够较为明显提高滤波器整体滤波效果，能降低吸收损耗，提高器件热性能，提升整体滤波效果，本发明还采用级联双微环与U型波导结合的方式，降低因环境因素带来的影响，提高器件消光比，进而提升整体滤波效果。

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，特别涉及一种基于金刚石波导的级联双微环谐振腔滤波器。

背景技术

基于微环谐振腔滤波器具有选择性好，损耗低，结构紧凑，可集成度高等优点，但现行基于微环谐振腔滤波器整体滤波效果稍有欠缺，如何改善其滤波效果，提高各方面的性能表现使其成为众多滤波器类型中的研究热点。

基于微环谐振腔滤波器的滤波效果主要由微环谐振腔决定，一方面，基于单微环谐振腔滤波器具有良好的波长选择性，但容易受外界环境因素的影响，且具有洛伦兹响应时其消光比较难提高，非谐振光串扰增强，使滤波器滤波效果整体受到限制。因此可以通过级联微环的方式来改善，级联微环可以实现箱形光谱响应，同时降低非谐振光串扰，提升滤波效果。但由于微环谐振腔数量增多，器件整体尺寸增加的同时插入损耗也会增加，并引入伪模。为此可以通过添加波导以及改善微环谐振器形状的方式改善滤波效果，例如跑道型微环谐振器，添加U型波导等，该方式灵活性较高，可以实现高性能滤波效果。另一方面，为了实现对滤波器工作波长的控制，可以通过声光效应、热光效应以及等离子色散等原理来实现调节。热光效应调节速度相对较慢，但其易于实现并且损耗相对较低；电光调制速度较快，但相应器件损耗较大并且制作工艺上有一定难度。近年来，引进新材料作为波导材料并利用新材料的材料特性来提高微环性能的研究受到广泛关注，其中包括有机聚合物、Ⅲ-Ⅴ族半导体、金刚石等。传统的硅基材料传输性能优异，应用广泛，但由于硅基材料在低波长段内会产生较高的非线性损耗以及其自身本征激发温度有限，这使硅基微环在一些应用范围内滤波效果受限。有机聚合物和硅基材料相比具有较大的热膨胀系数，但其在恶劣环境容易受到影响，进而导致稳定性变差。Ⅲ-Ⅴ族半导体材料具有很高的电子移动速度，但是由于其目前的市场价格较高，在大范围的生产制造领域发展受到限制。而金刚石作为波导材料时具有低吸收损耗以及良好的热性能，可以在跨越宽波长范围内实现良好的滤波效果。

发明内容

本发明克服了一些技术中的不足，提供一种基于金刚石级联双微环的可调谐滤波器，通过选择合适的级联方式以及采用光学性能良好的波导材料，提升滤波器整体的滤波效果。

为了实现更好的滤波效果，本发明通过以下技术方案实现的：一种基于金刚石波导的级联双微环谐振腔滤波器，所述滤波器采用左右对称结构，左右两侧各包括一个上下话路型微环谐振器、与上下话路型微环谐振器相连的U型波导，左右两侧的U型波导通过一段直波导相连；所述U型波导采用DOI结构，在Si基底上依次生长SiO₂层和金刚石Diamond层，利用电子束光刻技术在金刚石Diamond层刻蚀微环滤波器和用于完成热调制的铬金属环，最后再采用等离子体增强化学气相沉积法在DOI结构表面上沉积2μm～3μm厚的SiO₂层，用以提高谐振器性能表现；

采用传输矩阵法建立该滤波器的数学模型，以单个微环所在的U型波导连接上下话路型滤波器为一个单位建立整体的传递函数，首先分别建立第一微环所在部分和第二微环所在部分的传递函数，再建立整体的传递函数；

第一微环所在部分滤波器的传递函数T1为：