专利名称：一种基于绕线形微碟可调谐光滤波器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及绕线形微碟器件装置，特别是涉及一种基于绕线形微碟可调谐 光滤波器装置。
技术背景近年来由于密集波分复用技术(DWDM)的发展，波长可调谐滤波器成为光信 号控制重要器件。用以实现波分解复用、光上下路、光信号无中断监控等功能。 光滤波器作为一种波长选择器件，在光通信系统中发挥着越来越重要的作用， 主要应用包括半导体激光器和光纤激光器的反射腔镜和窄带滤波、光波长复 用/解复用器、光放大器中的噪声抑制、波长选择器、波长转换器、色散补偿器 及延时器等。通过可调谐光滤波器与光性能监控器(OPM)、光分插复用器(OADM)， 或光交叉连接(OXC)的结合，完全可以发挥全光网络系统的功能。可调滤波器主要有以下几种类形法布里-珀罗(F-P)滤波器、基于模式耦合 的可调滤波器、基于半导体激光器结构的可调滤波器、液晶可调滤波器、光纤 布拉格光栅以及阵列波导光栅与多功能激光器结合成的滤波器，此外级联马赫-曾德尔干涉仪也可以用作调谐滤波器。其中法布里-珀罗滤波器、基于模式耦合 的可调滤波器和液晶可调滤波器调谐速度不够，光纤布拉格光栅大多数都是固 定滤波器，只有少数可以用温度或机械伸展方式进行轻度和慢速的调谐，后两 者级联形的可调滤波器设计复杂且难于集成。微碟谐振腔通过全内反射部分限 制光强，当腔内光满足耳语回廊模式(WGM)条件时即发生谐振，微碟光谐振 腔具有很高的Q值和强的光限制，尺寸小，其中满足耳语回廊模式(WGM)的光发 生谐振，不满足条件光通过消逝波耦合方式出射，具有波长选择性。通过施加 外部电压实现可调制特性。绕线形微碟谐振腔半径与绕线的角度有关，与普通 微碟相比，有更强的耦合效果。而且光在绕碟中顺时针耳语模式和逆时针耳语 模式可以实现不同的传输效果，增强器件的功能扩展性。光在波导中传输时， 由于波导弯曲带来模式泄漏产生损耗，在微碟装置中加入反射镜有效降低光传 输带来的损耗，同时基于全反射原理的反射镜面可以改变光的传播路径，实现 光任意方向的路由。此外反射镜面、直波导和绕碟一起构成光反馈回路实现谐 振功能。对于定向耦合波导结构，通过耦合波导长度变化精确控制耦合系数变 化，从而保证谐振腔中有足够能量，提高光开关的消光比。可调滤波器，结构简单，功能扩展多，除可以利用如半导体材料本身特性 实现激光器功能外，还可以构成波长选择性光开关，是实现波长选择光开关的主 要方式之一。可调光学滤波器是光通信系统模块的重要组成器件之一。随着全 光通信网络的发展，功能集成度越来越高，高性能、多用途集成器件成为全光 通信的核心。绕碟可调谐滤波器装置实现了多用途、集成度高、功能强的特点， 可用于实现超大规模集成光路。 发明内容本发明的目的在于提供一种基于绕线形微碟可调谐光滤波器装置，以及该 装置的功能扩展成光开关、调制器等光通信器件。根据不同材料的调制特性如载流子注入、电光效应、量子限制Stark效应等实现功能调制，设计简单，容易 集成和扩展。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括部分绕线形微碟谐振腔，与部分绕线形微碟谐振腔缺口部分相连的光 输入或输出直波导，在部分绕线形微碟谐振腔底部两侧分别设置光传输直波导， 两光传输直波导的另一端与两个波导反射镜分别相连，两个波导反射镜之间用 定向耦合结构连接或者MMI耦合结构连接，在光传输直波导上设置电极调制区 域，或在部分绕线形微碟谐振腔上设置电极调制区域。所述的两个波导反射镜之间用定向耦合结构连接，是在与波导反射镜相连 直波导下方设置定向耦合的直波导，定向耦合的直波导两端分别用弯曲波导连 接。所述的两个波导反射镜之间用MMI耦合结构连接，是在与波导反射镜相连 另一直波导直接连接MMI耦合区域，MMI耦合区域两端分别用弯曲波导连接。 所述的部分绕线形微碟谐振腔，其微碟谐振腔半径满足关系2;r式中^是绕线角度参数，e是绕线参数，可以是常数，也可以是随角度的 变量。4是-=0时绕线形微碟半径。所述的波导反射镜，其形状为直角三角形，直角三角形斜边的倾斜面为装 置的反射镜面。本发明具有的有益效果是绕线形微碟谐振腔和三角形波导镜面结构有机结合实现对波长快速选择。 通过外加电光调制和结构扩展实现如滤波器、波长可选择光开关、激光器、功分器、调制器等器件。不同的调制区域便于灵活调制，实现不同功能需求。器件设计结构简单，尺寸小，易于系统集成和功能扩展。
图1是定向耦合结构的部分绕线形微碟光滤波器装置结构图(未添加电级 调制区域图形)；图2是与部分绕线形微碟谐振腔底部两侧相连直波导上电极区域剖面图； 图3是部分绕线形微碟谐振腔上电极区域剖面图；图4是MMI结构的部分绕线形微碟滤波器装置结构图(未添加电级调制 区域图形)；图中1、部分绕线形微碟谐振腔，2、光输入或输出直波导，3、光传输 直波导，4、波导反射镜，5、直波导，5'、直波导，6、定向耦合直波导，7、弯 曲波导，8、电极调制区域，9、 MMI耦合区域。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示，本发明包括部分绕线形微碟谐振腔1，与 部分绕线形微碟谐振腔1缺口部分相连的光输入或输出直波导2，在部分绕线形 微碟谐振腔1底部两侧分别设置光传输直波导3，两光传输直波导3的另一端与 两个波导反射镜4分别相连，两个波导反射镜4之间用定向耦合结构连接或者 MMI耦合结构连接，在光传输直波导3上设置电极调制区域8，或在部分绕线 形微碟谐振腔1上设置电极调制区域8。如图1所示，所述的两个波导反射镜4之间用定向耦合结构连接，是在与 波导反射镜相连直波导5下方设置定向耦合的直波导6，定向耦合的直波导6两 端分别用弯曲波导7连接。如图4所示，所述的两个波导反射镜4之间用MMI耦合结构连接，是在与 波导反射镜相连另一直波导5'直接连接MMI耦合区域9， MMI耦合区域9两端 分别用弯曲波导7连接。所述的波导反射镜4，其形状为直角三角形，直角三角形斜边的倾斜面为装 置的反射镜面。用两个直角三角形镜面波导结构，可以实现从腔体出射的光路 方向的改变，光学全反射原理实现光路转换比用传统的波导弯曲、耦合等方式 改变，可以最大限度减少损耗，提高光路传输的完整性。电极调制区域8分两种情况如图2所示，在与部分绕线形微碟谐振腔1 相连的直波导3上通过溅射、蒸发、沉积等方式形成电极金属层和如图3所示， 在绕线形微碟谐振腔1区域上通过溅射、蒸发、沉积等方式形成电极金属层。根据不同制作材料特性以及调制实现容易程度来选择一个区域实现功能调节。本发明基于制作材料的不同特性如半导体材料载流子注入效应、电光材料电光效应、体材料量子阱材料量子限制stark效应等等，对装置的光传输直波导 或绕线形微碟谐振腔进行调节，实现可调滤波器、光开关、调制器、功分器和 激光器等不同功能。可调谐光滤波器装置具体实施方案如图l、图2所示，光通过弯曲波导7—端进入系统装置，通过直波导5和 直波导6之间定向耦合作用进入绕线形微碟谐振腔1，绕线形微碟谐振腔与其它 谐振腔一样，具有波长选择的特性，满足一定波长的光在谐振腔体中发生谐振, 其谐振条件满足m^-2;rf ，^v， R为绕碟碟半径，"^为绕碟的有效折射率，^为 谐振波长，m为谐振级数。光在谐振腔体中谐振后通过光传输直波导3和波导 反射镜4的反射作用回到定向耦合区， 一部分光信号通过定向耦合波导从输出 端输出，在波导2和7端口处可测得输出光信号。同时如果在电极调制区8域 加电压，利用材料的调制特性如载流子注入效应、电光效应和量子限制stark效 应等，改变直波导传输的折射率，改变光传输特性，实现可调谐功能。波长可选择性光开关装置具体实施方案光开关结构与滤波器一样，用到所有输入输出端口和电极调制区域构成1 X 2波长可选择性光开关，光在直波导2或弯曲波导7的任意一端作为输入端口 ， 例如弯曲波导7作为输入端，其余直波导2和弯曲波导7作为输出端，构成1 X2波长可选择性光开关，绕线形微碟谐振腔原理与滤波器相同。绕线形微碟结构如图1所示，半径满足条件式中^是绕线角度参数，s是绕线参数，可以是常数，也可以是随角度的变量。 "。是-=0时绕线形微碟半径。绕碟与其它微碟、微环谐振腔相比具有光传输非互易性，当光从不同端口输入时，具有不同谐振输出现象。如图l，当光在绕碟中 按顺时针方向传输时，不满足耳语模式谐振的光从绕碟接口处直导出射；当逆 时针方向传输时，则光只能从一侧直波导耦合出去。利用这个特性可以构建类 似全通滤波器。选用绕线形微碟作为光谐振腔载体，由于绕碟具有很高的Q值，调制带宽 很宽，此外绕碟一端既可以作为直接光信号输出端，又可以做为光信号输入端，这样有效的减少耦合等带来的光强度损耗。此外利用本装置中的绕线形微碟谐振腔还可以构成激光器，碟谐振腔激光器的发射是从耳语回廊模式(WGM)中 得到，利用WGM使光在腔体内发生全内反射，通过利用消逝波耦合进入附近 空间直波导而出射光例如半导体材料制作的绕线形微碟激光器中，在电极调制 区域8注入电流，在pn结平面区域产生受激发射，电子在各能带之间跃迁。通 过耳语回廊模式的消逝波耦合从直波导处出射发光。半导体激光器输出波长展 宽在一个很宽的范围上，发出波长在0.3 34um之间，其波长范围由材料能带 间隙所决定。微碟半导体激光器其激射阈值电流小，输出效率高、体积小、重 量轻、结构简单，方便集成。光信号有效的耦合进微碟中是非常重要的一个环节，耦合方法的优劣将直 接影响到整个系统的性能。采用直波导定向耦合方式把光信号耦合进入腔体系 统能够最大限度保证能量完整性，实现整体高度滤波性能，此外采用MMI耦合 结构，如图4所示，光通过弯曲波导7进入MMI耦合区域9，通过MMI耦合 作用进入微碟谐振腔l，在微碟谐振腔发生谐振和波长选择，经过直波导3和波 导反射镜4返回MMI耦合区域9， 一部分光通过弯曲波导7出射，实现滤波器、 光开关和调制器等功能。上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本 发明的精神和权利要求的保护范围之内，对本发明作出任何的修改和改变，都 落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于绕线形微碟可调谐光滤波器装置，其特征在于包括部分绕线形微碟谐振腔(1)，与部分绕线形微碟谐振腔(1)缺口部分相连的光输入或输出直波导(2)，在部分绕线形微碟谐振腔(1)底部两侧分别设置光传输直波导(3)，两光传输直波导(3)的另一端与两个波导反射镜(4)分别相连，两个波导反射镜(4)之间用定向耦合结构连接或者MMI耦合结构连接，在光传输直波导(3)上设置电极调制区域(8)，或在部分绕线形微碟谐振腔(1)上设置电极调制区域(8)。
2. 根据权利要求1所述的一种基于绕线形微碟可调谐光滤波器装置，其特 征在于所述的两个波导反射镜(4)之间用定向耦合结构连接，是在与波导反 射镜相连直波导(5)下方设置定向耦合的直波导(6),定向耦合的直波导(6) 两端分别用弯曲波导(7)连接。
3. 根据权利要求1所述的一种基于绕线形微碟可调谐光滤波器装置，其特 征在于所述的两个波导反射镜(4)之间用MMI耦合结构连接，是在与波导 反射镜相连另一直波导(5')直接连接MMI耦合区域(9)， MMI耦合区域(9) 两端分别用弯曲波导(7)连接。
4. 根据权利要求1所述的一种基于绕线形微碟可调谐光滤波器装置，其特征 在于所述的部分绕线形微碟谐振腔(1)，其微碟谐振腔半径满足关系式中-是绕线角度参数，f是绕线参数，可以是常数，也可以是随角度的 变量。 〃。是-=0时绕线形微碟半径。
5. 根据权利要求1所述的一种基于绕线形微碟可调谐光滤波器装置，其特征 在于所述的波导反射镜(4)，其形状为直角三角形，直角三角形斜边的倾斜 面为装置的反射镜面。
全文摘要
本发明公开了一种基于绕线形微碟结构的可调谐光滤波器装置。包括部分绕线形微碟谐振腔，与微碟谐振腔缺口部分相连的光输入或输出直波导，在微碟谐振腔底部两侧分别设置光传输直波导，两光传输直波导的另一端与两个波导反射镜分别相连，两个波导反射镜之间用定向耦合结构连接或者MMI耦合结构连接，在光传输直波导上设置电极调制区域，或在微碟谐振腔上设置电极调制区域。绕线形微碟谐振腔和三角形波导镜面结构有机结合实现对波长快速选择。通过外加电光调制和结构扩展实现如滤波器、波长可选择光开关、激光器、功分器、调制器等器件。不同的调制区域便于灵活调制，实现不同功能需求。器件设计结构简单，尺寸小，易于集成和功能扩展。
文档编号G02B6/26GK101241210SQ20081005999
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月7日 优先权日2008年3月7日
发明者强 周, 周剑英, 李锡华, 杨建义, 江晓清, 王明华, 烽 蒋, 郝寅雷 申请人:浙江大学