[發(fā)明專利]一種基于雙層結(jié)構(gòu)的偏振不敏感波導(dǎo)光柵濾波器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110368231.8
• 申請(qǐng)日: 2021-04-06
• 公開（公告）號(hào): CN113075766B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余輝;王肖飛;江曉清;楊建義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/124
• 分類號(hào): G02B6/124;G02B6/12;G02F1/01
• 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;韓介梅

本發(fā)明公開了一種基于雙層結(jié)構(gòu)的偏振不敏感波導(dǎo)光柵濾波器；包括偏振不敏感濾波器單元，所述偏振不敏感濾波器單元中包括硅波導(dǎo)切趾光柵層和氮化硅波導(dǎo)切趾光柵層，其中由硅波導(dǎo)切趾光柵針對(duì)TE信號(hào)進(jìn)行濾波，由氮化硅波導(dǎo)切趾光柵針對(duì)TM信號(hào)進(jìn)行濾波。所述的偏振不敏感濾波器單元可以采用多模波導(dǎo)型濾波器實(shí)現(xiàn)，也可以采用光柵輔助型濾波器實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明的濾波器可以實(shí)現(xiàn)TE模式和TM模式的同時(shí)濾波，實(shí)現(xiàn)偏振不敏感的光柵濾波器，并且器件尺寸相比傳統(tǒng)的采用偏振旋轉(zhuǎn)器的方案可有效縮小一半。此外，本發(fā)明基于硅基以及氮化硅波導(dǎo)光柵濾波器，容差大，插損小，且中心波長調(diào)節(jié)范圍不受FSR限制，并且通過設(shè)置不同的耦合系數(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同帶寬的濾波器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光柵濾波器技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及硅以及氮化硅波導(dǎo)光柵濾波器，特別涉及一種基于雙層結(jié)構(gòu)的偏振不敏感波導(dǎo)光柵濾波器。

背景技術(shù)

近年來，隨著集成光子學(xué)的飛速發(fā)展，硅基集成光子器件成為了一個(gè)重要的研究方向。在硅基集成光子器件領(lǐng)域中，硅基波導(dǎo)光柵器件受到了越來越多人的關(guān)注，針對(duì)硅基波導(dǎo)光柵的理論、形成機(jī)理、制作方法以及應(yīng)用等方面的研究取得了大量的成果，結(jié)合其結(jié)構(gòu)簡單、易于集成、制作工藝與現(xiàn)有成熟的CMOS工藝兼容等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著氮化硅材料制備工藝的成熟，氮化硅材料以其折射率差小，溫度不敏感等優(yōu)勢(shì)吸引了眾多研究者的興趣，這其中包括氮化硅光柵濾波器。光柵濾波器作為硅光子器件領(lǐng)域的基本功能器件，但是現(xiàn)在仍然面臨著偏振敏感的問題。因此如何設(shè)計(jì)出性能好的偏振不敏感波導(dǎo)光柵濾波器成為了一個(gè)急需解決的問題。

基于硅材料本身大折射率差、低損耗、成本低、制作工藝與CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，目前對(duì)于偏振不敏感濾波器的研究也取得了一定的成果，比如基于偏振旋轉(zhuǎn)器的解決方案，通過偏振旋轉(zhuǎn)器將不同偏振旋轉(zhuǎn)為相同偏振態(tài)，再進(jìn)行信號(hào)處理，雖然也能實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同的偏振態(tài)進(jìn)行操作，但是需要雙倍的器件，并且整個(gè)器件尺寸較大，所以在實(shí)際應(yīng)用中有很多的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

如何實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、偏振不敏感的波導(dǎo)光柵濾波器是硅光子學(xué)研究的重要問題。本發(fā)明的目的在于提供一種基于硅基的雙層結(jié)構(gòu)的偏振不敏感波導(dǎo)光柵濾波器。本發(fā)明基于硅上氮化硅兩種主要材料，設(shè)計(jì)了雙層結(jié)構(gòu)的偏振不敏感濾波器，本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，工藝簡單，插損小，消光比高。而且本發(fā)明基于波導(dǎo)光柵濾波器，沒有FSR的限制，調(diào)諧范圍大，箱型的濾波譜線會(huì)提到頻譜的利用率。所以本設(shè)計(jì)對(duì)于解決硅基光子學(xué)的偏振問題具有重要的研究意義。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

基于雙層結(jié)構(gòu)的偏振不敏感波導(dǎo)光柵濾波器，包括偏振不敏感濾波器單元，所述偏振不敏感濾波器單元中包括硅波導(dǎo)切趾光柵層和氮化硅波導(dǎo)切趾光柵層，其中由硅波導(dǎo)切趾光柵針對(duì)TE信號(hào)進(jìn)行濾波，由氮化硅波導(dǎo)切趾光柵針對(duì)TM信號(hào)進(jìn)行濾波。

其中一種方案中，所述的偏振不敏感濾波器單元采用多模波導(dǎo)型濾波器，所述的波導(dǎo)光柵濾波器包括輸入單模波導(dǎo)、雙偏振模式(解)復(fù)用器、輸入漸變波導(dǎo)、多模波導(dǎo)型濾波器、輸出漸變波導(dǎo)、輸出單模波導(dǎo)、彎曲波導(dǎo)。其中輸入單模波導(dǎo)輸出端與雙偏振模式(解)復(fù)用器輸入端相連接，雙偏振模式(解)復(fù)用器輸出端與輸入漸變波導(dǎo)窄端相連接，輸入漸變波導(dǎo)寬端與多模波導(dǎo)型濾波器輸入端相連接，多模波導(dǎo)型濾波器輸出端與輸出漸變波導(dǎo)寬端相連接，輸出漸變波導(dǎo)窄端與輸出單模波導(dǎo)相連接，彎曲波導(dǎo)一端與雙偏振模式(解)復(fù)用器下載端相連接，金屬電極覆蓋在多模波導(dǎo)型濾波器上。

所述的雙偏振模式(解)復(fù)用器包括單模波導(dǎo)，第一漸變波導(dǎo)，輸出多模波導(dǎo)，第一貝塞爾彎曲波導(dǎo)，第二漸變波導(dǎo)，第二貝塞爾彎曲波導(dǎo)；第一漸變波導(dǎo)左端為單模波導(dǎo)，逐漸變寬為多模波導(dǎo)，第二漸變波導(dǎo)左端也為單模波導(dǎo)，逐漸變窄。

所述的雙偏振模式(解)復(fù)用器，主要是實(shí)現(xiàn)反射信號(hào)的TE_m模式到TE₀模式的耦合以及TM_n模式到TM₀模式的耦合。