[發(fā)明專利]一種雙層的溫度不敏感且制備不敏感的MZI濾波器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011431706.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN112558227B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧楠楠;王肖飛;余輝;楊建義;王曰海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/293
• 分類號(hào): G02B6/293
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜

本發(fā)明公開了一種雙層的溫度不敏感且制備不敏感的MZI濾波器，該濾波器包括第一干涉臂、第二干涉臂、第三干涉臂、第四干涉臂、過渡結(jié)構(gòu)、taper結(jié)構(gòu)、公共路徑和耦合器部分；四個(gè)干涉臂和taper結(jié)構(gòu)基于溫度不敏感的弱限制性波導(dǎo)(Δ25％)；第一二干涉臂的材料和幾何尺寸完全一致；第三四干涉臂的材料和幾何尺寸完全一致；所述公共路徑和耦合器部分是基于強(qiáng)限制性波導(dǎo)(Δ﹥25％)；過渡結(jié)構(gòu)用于降低弱限制性波導(dǎo)和強(qiáng)限制性波導(dǎo)之間的過渡損耗；taper結(jié)構(gòu)用于降低兩種波導(dǎo)寬度之間的過渡損耗。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)波導(dǎo)的長度與寬度來調(diào)節(jié)與寬度相關(guān)的有效折射率來消除MZI波導(dǎo)寬度變化對(duì)于有效折射率的影響，同時(shí)保持所需的光學(xué)相位差，從而實(shí)現(xiàn)制備不敏感的MZI濾波器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖通信中的波分復(fù)用應(yīng)用系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種雙層的溫度不敏感且制備不敏感的MZI濾波器。

背景技術(shù)

光纖通信因其傳輸速度快、傳輸容量大等優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)之中占據(jù)非常重要的地位，其應(yīng)用非常廣泛。但隨著現(xiàn)代多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量急劇增長，為最大限度地提高光纖系統(tǒng)的通信容量，使用多載波波長的波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。WDM系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件就是波長多路復(fù)用/解復(fù)用器。多路復(fù)用器將所有波長通道組合在一根光纖上，而解多路復(fù)用器將波長從一根光纖分離到多波長通道。

常見多路(解)復(fù)用器的方式，即濾波方式有法布里一帕羅腔濾波器、多層介質(zhì)薄膜濾波器、聲光可調(diào)諧濾波器、光纖光柵濾波器、馬赫一曾德爾干涉儀型濾波器(MZI)和陣列波導(dǎo)光柵濾波器。其中MZI濾波器是實(shí)現(xiàn)WDM系統(tǒng)中復(fù)用/解復(fù)用和波長路由功能的關(guān)鍵器件，可以以級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)平頂?shù)念l譜響應(yīng)，具有低插入損耗、低串?dāng)_和偏振效應(yīng)、可制作成極窄通帶器件、易與光纖耦合和良好的梳狀濾波性能。

目前MZI濾波器可以基于二氧化硅、氮化硅和硅等材料，分別代表基于低折射率差波導(dǎo)的MZI和基于高折射率差波導(dǎo)的MZI，雖然基于高折射率差波導(dǎo)的MZI得益于納米級(jí)的波導(dǎo)尺寸和微米級(jí)的彎曲半徑，可以實(shí)現(xiàn)很小的器件尺寸，但是因?yàn)橹苽渚鹊南拗疲杌鵐ZI通常具有高插入損耗和高串?dāng)_。而基于低相對(duì)折射率差的MZI，雖然器件性能很好，但由于彎曲半徑過大，甚至達(dá)到毫米級(jí)別，因此單級(jí)的器件尺寸就非常大，更不要說級(jí)聯(lián)的MZI。氮化硅是近年來日趨成熟的比較新的工藝，折射率介于二氧化硅和硅之間，但是基于氮化硅的器件的性能也同樣受制于制備精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在保證甚至改善MZI濾波器工作性能的條件下，減小器件的尺寸，實(shí)現(xiàn)溫度不敏感且制備不敏感(fabrication insensitive)的MZI濾波器。

為了實(shí)現(xiàn)以上設(shè)計(jì)目標(biāo)，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種雙層的溫度不敏感且制備不敏感的MZI濾波器，包括第一干涉臂、第二干涉臂、第三干涉臂、第四干涉臂、過渡結(jié)構(gòu)、taper結(jié)構(gòu)、公共路徑和耦合器部分。

所述第一干涉臂和第二干涉臂在寬度與波導(dǎo)材料等性質(zhì)完全一樣，而第三干涉臂和第四干涉臂在寬度與波導(dǎo)材料等性質(zhì)完全一樣；

所述taper結(jié)構(gòu)可以是線性、指數(shù)型和拋物線型等的任何一種能夠降低兩種波導(dǎo)寬度之間的過渡損耗的形式；

所述第一到第四干涉臂和taper結(jié)構(gòu)基于溫度不敏感的弱限制性波導(dǎo)(Δ＜25％，Δ＝(n_c²-n_b²)/2*n_c²，n_c是芯層波導(dǎo)的有效折射率，n_b是包層波導(dǎo)的有效折射率)，包括但不限于氮化硅或者摻雜二氧化硅的波導(dǎo)等；

所述公共路徑和耦合器部分是基于強(qiáng)限制波導(dǎo)(Δ＞25％)，包括但不限于硅(Si)波導(dǎo)或者表面等離子激元波導(dǎo)中的一種；所述的公共路徑設(shè)于第一干涉臂與第二干涉臂之間、第三干涉臂與第四干涉臂之間。