[發明專利]一種陣列式微諧振腔可調集成光學濾波器

無效

• 申請號: 200810070878.7
• 申請日: 2008-04-09
• 公開（公告）號: CN101261345A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 孫志軍
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G02B6/34
• 分類號: G02B6/34;G02B6/12
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種光學濾波器，尤其是涉及一種基于金屬微納結構的諧振腔，用于集成微光學系統的陣列式微諧振腔可調集成光學濾波器。

背景技術

隨著科技發展和人們生產、生活對光電產品高性能、智能化和便攜化的需求，相關器件的微型化、集成化便成為研究開發的一個重要課題。其中光學濾波器是光電系統中的一個重要組成部分。尤其是制備在芯片上的可調變集成光學濾波器，對于彩色顯示(參見文獻：1、B.Y.Jung，N.Y.Kim，C.Lee，C.K.Hwangbo，and?C.Seoul，Appl.Opt.41，3312(2002)；2、S.Han，C.Huang，and?Z.H.Lu，J.Appl.Phys.97，093102(2005)；3、H.Zhang，J.Shi，W.Wang，S.Guo，M.Liu，H.You，and?D.Ma，J.Lumin.，122-133，652(2007))、芯片級光譜分析(參見文獻：4、Z.Y.Wen，G.Chen，and?J.G.Wang，Spectrosc.Spect.Anal.26，1955(2006))和生物化學傳感(參見文獻：5、G.Lu，B.Cheng，H.Shen，Y.Zhou，et?al.，Appl.Phys.Lett.89，223904(2006))等都有重要的意義。基于Fabry-Perot諧振效應的濾波器是其中最常用、效果也最好的一種光學濾波器。但是要在芯片上集成對應于不同諧振波長的Fabry-Perot諧振腔陣列，就需要使不同單元內諧振腔的長度或(和)腔內介質的折射率不同。這對于目前常用的平面工藝來說，是較難在制造上實現的。自從發現了具有周期性納米孔陣列的金屬薄膜所具有的“異常”透射現象(參見文獻：6、T.W.Ebbesen，J.J.Lezec，H.F.Ghaemi，T.Thio，and?P.A.Wolff，Nature391，667(1998))以來，許多研究開發人員提出了基于此類金屬薄膜中周期性納米孔(或縫)的多種結構，通過改變芯片平面內不同單元內納米孔(縫)的尺寸、形狀和組合(參見文獻：7、Z.Sun，Y.S.Jung，and?H.K.Kim，Appl.Phys.Lett.83，3021(2003)；8、C.Genet，and?T.W.Ebbesen，Nature?445，39(2007)；9、C.Y.Chen，M.W.Tsai，T.H.Chuang，Y.T.Chang，and?S.C.Lee，Appl.Phys.Lett.91，063108(2007)；10、A.Battula?and?S.C.Chen，Appl.Phys.Lett.89，131113(2006)；11、A.P.Hibbins，M.J.Lockyear，and?J.R.Sambles，J.Appl.Phys.99，124903(2006)；12、K.H.Su，Q.H.Wei，and?X.Zhang，Appl.Phys.Lett.88，063118(2006)；13、C.Cheng，J.Chen，Q.Y.Wu，F.F.Ren，J.Xu，Y.X.Fan，and?H.T.Wang，Appl.Phys.Lett.91，111111(2007))，它們展現了實現新一代集成可調光學濾波器的應用潛力。但是它們也存在一些局限，比如，跟具有同樣厚度的Fabry-Perot濾波器(其中諧振腔兩端部分透射和反射的金屬膜厚度為～20納米厚)相比較，這種基于納米孔(縫)陣列的光學濾波器具有較寬的通帶寬度(以半寬高來算，即FWHM)。同時，當加工這樣的納米孔(縫)已是相當困難、昂貴、而且低效的工藝時，要使不同單元內孔(縫)陣列的結構尺寸有微小的變化，則需要加工精度控制在深納米量級，這是非常困難的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于目前平面微納加工工藝可實現的陣列式微諧振腔可調集成光學濾波器。

本發明的技術方案是在兩層極薄的金屬薄膜之間加入一層金屬光柵，在不同的器件單元內金屬光柵的周期不同，所通過光波的諧振波長也不同，從而實現在諧振波長附近一定波長范圍的通帶。

本發明設有襯底，在襯底上設有一層金屬薄膜(稱下層金屬薄膜)，在下層金屬薄膜上設有介質層，在介質層中間鑲嵌著金屬光柵層，在介質層上又設有一層金屬薄膜(稱上層金屬薄膜)。金屬光柵層設有若干陣列單元，在不同的陣列單元內金屬光柵的周期不同。

襯底可為透明介質襯底或半導體襯底，其中的半導體襯底可為已經制作了光電子器件的半導體芯片。