[發明專利]一種基于波導布拉格光柵的反射型窄帶濾波器

有效

• 申請號: 201710043730.3
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106772798B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 肖經;王泉;韋啟欽;劉平
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G02B6/12
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 劉梅芳

本發明公開了一種基于波導布拉格光柵的反射型窄帶濾波器，其特征是，包括基底層、下波導層、中波導層和上波導層，所述下波導層、中波導層和上波導層順序疊接在基底層的上表面上，所有的波導均為平板條形波導，所述上波導層的頂部設有等周期的布拉格光柵，所述基底層的寬度尺寸要大于下波導層、中波導層、上波導層的寬度尺寸。這種濾波器結構緊湊，光信號傳輸距離長、易于制作、制造成本低且與CMOS兼容。

技術領域

本發明涉及集成光學技術領域，特別是涉及一種基于波導布拉格光柵的反射型窄帶濾波器。

背景技術

隨著光通信技術的發展，對系統集成度的要求越來越高，從而導致單個器件的尺寸越來越小。光濾波器作為可以針對目標波長進行過濾與篩選的光互連基礎器件，一種尺寸更小、頻帶更窄、傳輸更快的光濾波器的研制將對電信產業發展有著重要的推動作用。

波導布拉格光柵是一種在光波導基礎上發展出的光學器件，利用相位匹配條件可以使光柵結構的有效折射率呈現出交替周期變化，從而達到濾波的功能。目前來說，常見的波導布拉格光柵類型有基于SOI(silicon-on-insulator,SOI)波導的布拉格光柵、基于MIM(metal-insulator-metal,MIM)波導的布拉格光柵和基于IMI(insulator-metal-insulator,IMI)波導的布拉格光柵。基于SOI波導的布拉格光柵芯層與包層具有高折射率對比度，但是制作工藝難度較大，并且當結構尺寸縮小后會導致插損增加；基于MIM波導的布拉格光柵具有很好的光場限制能力，可以使結構尺寸變小，但是在光傳輸過程中能量損耗較大導致傳輸距離變短；基于IMI波導的布拉格光柵可以將損耗限制在非常低的范圍內，從而具有較大的傳輸距離，但是體積較大，難以應用于高集成度的光互連系統中。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，而提供一種基于波導布拉格光柵的反射型窄帶濾波器。這種濾波器結構緊湊，光信號傳輸距離長、易于制作、制造成本低且與CMOS兼容。

實現本發明目的的技術方案是：

一種基于波導布拉格光柵的反射型窄帶濾波器，包括基底層、下波導層、中波導層和上波導層，所述下波導層、中波導層和上波導層順序疊接在基底層的上表面上，所有的波導均為平板條形波導，所述上波導層的頂部設有等周期的布拉格光柵，所述基底層的寬度尺寸要大于下波導層、中波導層、上波導層的寬度尺寸。

所述基底層為金屬銀。

所述下波導層直接貼合在基底層的上表面，為二氧化硅。

所述中波導層直接疊加于下波導層的上表面，為折射率低于二氧化硅的氟化鈉。

所述的上波導層為直接疊加于中波導層上表面的硅。

所述的布拉格光柵的周期單元為凹凸狀的對稱矩形結構，并且周期單元中凹槽部分與凸起部分寬度相同。

所述的平板條形波導的寬度為200nm，以保證單TM模式的光在波導布拉格光柵中傳輸；光波由三個波導層的一端輸入器件，經過能量的震蕩耦合，透射光信號由三個波導層的另一端輸出，反射光信號從光的輸入端同端輸出。

這種濾波器工作時，光波由光波輸入端進入，由金屬銀表面所產生的復合表面等離激元可以將光場約束在基底層和下波導層的界面處，而氟化鈉材料的折射率要低于二氧化硅材料，因此中波導層可以對光場進行進一步壓縮，使能量更多的聚集在中波導層，形成一個僅有幾十納米的光場限制區域，起到模場限制的作用。

根據衍射區域面積公式，具體公式如下：

A_eff＝[∫∫W(r)dA]/{max(W(r))}