[發(fā)明專利]一種MEMS法布里-珀羅腔可調(diào)諧濾波器

有效

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• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103257404A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設計）人: 梅加純;董誼
• 申請（專利權）人: 貴陽恒浩光電科技有限公司
• 主分類號: G02B6/293
• 分類號: G02B6/293;G02B26/00
• 代理公司: 北京聯(lián)創(chuàng)佳為專利事務所(普通合伙) 11362
• 代理人: 王娟;郭防

技術領域

本發(fā)明涉及一種MEMS法布里-珀羅腔可調(diào)諧濾波器，屬于光通信及光纖傳感技術領域。

背景技術

光纖通信技術現(xiàn)已成為現(xiàn)代通信的重要組成部分,隨著網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)通信的迅速發(fā)展,對光通信中高速度大容量傳輸?shù)囊笤絹碓酱?。密集波分復?DWDM)技術,它能使光通信的傳輸效率得到提高,可調(diào)諧濾波器是光波分復用技術中不可缺少的器件,也是光通信全光網(wǎng)絡關鍵技術之一。一個質(zhì)量優(yōu)良的光可調(diào)濾波器應該具有自由譜域?qū)捯匀菁{更多的信道、帶寬窄以允許信道間隔小、在分組交換中用于多信道快速交換時波長交換速度快、波長穩(wěn)定性好和精度高等優(yōu)點，并具有潛在的成本價格優(yōu)勢。

MEMS（Micro?Electro?Mechanical?systems，即微電子機械系統(tǒng)）技術以造價低廉、體積微小、易于批量生產(chǎn)、易于控制等優(yōu)點，成為國內(nèi)外汽車、電子、家電、機電等行業(yè)和軍事領域的研究熱點之一。一種基于MEMS技術的法布里-珀羅腔可調(diào)濾波器，它采用光刻、刻蝕、沉積等表面微機械加工技術制成腔長受電壓控制的法布里-珀羅腔，利用多光束干涉的原理對光進行頻率選擇，具有體積微小、調(diào)節(jié)精度高、調(diào)節(jié)速度快、可以連續(xù)調(diào)節(jié)、高分辨率、高精細度、寬自由譜域、熱穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)點。

目前出現(xiàn)的其他光可調(diào)濾波器制作技術大致可以分為如下幾類:

1、光纖型FP腔（FFP）濾波器

光纖型FP腔濾波器由兩根光纖和壓電陶瓷構成。光纖尾端均鍍上膜，增加其反射率。在將光纖固定在壓電陶瓷上，尾端端面平行正對，構成FP腔。將電壓加在壓電陶瓷上，改變電壓就可以改變壓電陶瓷的長度，引起光纖尾端端面的距離改變，即改變了FP腔腔長，從而達到調(diào)節(jié)透過波長的目的。光纖型FP腔濾波器調(diào)諧范圍不超過500nm，響應時間較慢，為毫秒量級。

2、液晶FP腔（LCFP）可調(diào)濾波器

兩塊平板玻璃并行放置構成FP腔，玻璃板的內(nèi)側(cè)均鍍有透明導電膜、高反射率膜和定向膜，在腔內(nèi)充滿折射率隨電壓改變而變化的液晶。將電壓的正負極分別加在兩塊玻璃板上的導電膜上和液晶構成回路，液晶上則有電流通過，改變電壓的大小，調(diào)制通過液晶的電流大小，則改變了液晶的折射率的大小，即改變了FP腔腔內(nèi)光學介質(zhì)的折射率，因此透過FP腔的光波長也隨之改變。液晶FP腔可調(diào)濾波器體積小、結構簡單、調(diào)諧速度快達微秒量級，但是調(diào)諧范圍有限，最大只能達30nm。

3、馬赫-曾德干涉（MZI）可調(diào)濾波器

馬赫-曾德干涉可調(diào)濾波器一般用半導體材料或電光材料制成。用LiNbO3材料制作的馬赫－曾德干涉可調(diào)濾波器，由兩個3dB耦合器和兩個光波導組成。輸入光信號經(jīng)過第一個3dB耦合器后，被分為兩個光強均等的信號，分別進入兩個光波導。相位調(diào)制器用電光材料制成，其折射率隨外部施加的電壓大小變化而變化，從而導致兩路光信號到達第二個3dB耦合器時相位延遲不同。若兩束光的光程差是某一波長的整數(shù)倍，兩束光相干加強；若兩束光的光程差是該波長的1/2，兩束光相干抵消，這樣達到電壓調(diào)諧波長的目的。馬赫－曾德干涉可調(diào)濾波器通帶較寬，選擇性較差，若將其級聯(lián)才可以獲得較好的性能。級聯(lián)后的馬赫-曾德干涉可調(diào)濾波器調(diào)諧速率達50ns，但調(diào)諧范圍僅4nm。

4、聲光（AOTF）可調(diào)濾波器

聲光可調(diào)濾波器由兩個單基底的波長濾波器組成。每個濾波器由一個聲光偏振控制器和兩個偏振分束器組成。基底上的第一個偏振分束器將輸入光分為TE和TM偏振模式，分別進入不同的光波導。光波導均嵌入一個相同的聲波導中，此聲波導是一個聲頻引導耦合器的一個分支。在另一個分支上，將一個RF信號應用到交叉指型變頻器的電極上激發(fā)表面聲波（SAW：Surface?Acoustic?Wave）。SAW再耦合到相鄰的聲波導中，產(chǎn)生了有利的聲光相互作用。這產(chǎn)生了TE和TM模式之間的波長相關耦合。滿足一定相位匹配條件的波長產(chǎn)生模式轉(zhuǎn)換。

通過聲光模式轉(zhuǎn)換之后，信號被第二個偏振分束器耦合。由于相位匹配波的偏振態(tài)被改變，他們和沒有轉(zhuǎn)換的光波隔開，而進入了第二個基底，而沒有被轉(zhuǎn)換的光波反饋于波導，終止于第二個基底的相互作用的基質(zhì)外部。聲光可調(diào)濾波器的調(diào)諧范圍很寬，可達250nm，速度為微秒級。但是其旁峰對主峰的影響很大；由于裝置的非線性效應，可能出現(xiàn)一些頻移；帶寬不窄也是一個問題。

5、光纖光柵（FGB）可調(diào)濾波器