[發明專利]溫度不敏感濾波器

有效

• 申請號: 201880084427.0
• 申請日: 2018-12-31
• 公開（公告）號: CN111527431B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: R·貝茨;E·萊克布爾;A·拉希姆;A·瓦西里耶夫;X·聶
• 申請（專利權）人: 根特大學;IMEC非營利協會
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G01J3/02;G01J3/18;G02B6/293
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 胡利鳴;陳斌

一種集成波長選擇濾波器設備(10；20；30；40)，包括：第一光學元件(14)，其用于將接收到的輻射定向到由第一角(α)定義的方向上，以及第二光學元件(15)，其是被配置成以第二角對所述定向輻射進行衍射的衍射元件。第二角如下：對于單個參考波長，衍射輻射被定向到傳播介質中以在其中向第一光學元件或另一光學元件上的預定位置行進以便從具有顯著不同的波長的輻射中過濾具有與所述參考波長基本匹配的波長的輻射。傳播介質由不同于第一和第二光學元件的基板的任何材料的材料形成。

發明領域

本發明一般涉及波長選擇光學濾波器和包括這些濾波器的光學系統，尤其涉及集成無熱波長選擇光學濾波器和包括這些濾波器的集成光學系統。

發明背景

集成光子平臺中的光學波長濾波器往往會隨溫度而漂移，而這會導致錯誤的波長讀數。這是由兩種效應引起的：由于熱光(TO)效應引起的材料折射率變化以及設備的熱膨脹。通常，熱光效應占主導地位，但是對于精確測量，熱膨脹也不能忽略。對于光譜應用或其他需要絕對測定光學波長的應用，需要主動溫度跟蹤或使用固定參考波長。

過去，已經進行了多種嘗試以提供一種將熱光效應和/或熱膨脹納入考慮的解決方案。在一種解決方案中，使用了無熱光學波導。芯片上使用的光學波導覆蓋有一種材料，該材料的熱光系數與波導的熱光系數具有相反的符號，從而抵消了這種效應。但是，這些辦法通常遭受化學不穩定性、更高的波導損耗、和CMOS不兼容的困擾。

在另一解決方案中，使用了熱自補償濾波器。因此，Mach-Zehnder干涉儀被設計成通過在兩臂中使用不同的偏振態或波導寬度來抵抗溫度波動。但是，由于熱膨脹，此辦法仍然存在漂移。此辦法對制造缺陷也很敏感。

在又一解決方案中，使用了主動熱補償。光子集成電路的溫度可以通過Peltier元件進行控制并保持穩定，該元件允許對芯片冷卻和加熱。此辦法的主要缺點是功耗大且需要復雜的控制系統。同樣，其也很難達到光譜應用的足夠穩定性。

還探索了使用外部參考光學濾波器(例如氣室)。氣室仍然很昂貴，并且對外部濾波器的需求抵消了光子集成的優勢。

因此，仍有改進的空間。

發明內容

本發明的各實施例的目的是提供良好的無熱波長選擇光學濾波器和包括這些濾波器的集成光學系統。

本發明的各實施例的優點在于，提供了一種波長濾波器，該波長濾波器基本上對溫度不敏感并且是純被動的而不需要主動控制。本發明的各實施例的優點在于，至少補償了引起折射率變化的熱光效應。

本發明的各實施例的優點在于，不實質上匹配參考波長的輻射將不會被耦合回到第一光學元件或進一步的光學元件，并且因此將不會通過波長選擇濾波器。

本發明的各實施例的優點在于，提供了一種波長濾波器，該波長濾波器基本上對溫度不敏感并且充當通帶濾波器，其輸出可被用作參考波長。

各實施例的優點在于，提供了一種濾波器，該濾波器的設計可容忍制造缺陷。

本發明的各實施例的優點在于，不需要主動跟蹤溫度。

本發明的各實施例的優點在于，它們被提供為例如集成在光子集成電路上的集成解決方案，從而避免了對外部組件的需求。

上述目的通過根據本發明的方法和設備來實現。

本發明涉及一種集成波長選擇濾波器設備，包括：

第一光學元件，其被圖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輻射并且用于將所述接收到的輻射至少部分地定向到由第一角定義的方向上，