一种基于SOI材料制备的Sagnac环形反射器型可调谐滤波器

本发明涉及光通信，尤其涉及一种基于soi材料制备的sagnac环形反射器型可调谐滤波器。

背景技术：

1、随着信息技术的发展，数据交互、传输、计算等方面的需求越来越大，传统微电子通信互连技术面临着带宽、功耗和成本的巨大挑战。光通信技术以其超大带宽、超高速度、高自由度等优势在信号传输领域具有极大应用潜力。

2、soi(silicon on insulator，绝缘体上的硅)受益于硅与二氧化硅间大的折射率差，使得光信号可以很好地限制于硅中，且硅具有和聚合物同量级的热光系数，很适宜做波导材料。soi还具有弯曲损耗小、制作工艺成熟、制造成本低廉、可与cmos工艺兼容等优势，有利于将波导器件微型化、用于大规模集成。

3、为了实现全光网络，需要涉及光处理的一系列全光器件，其中能够对光信道进行选通的光滤波器件至关重要。可调谐光滤波器其具有品质因子高、系统延迟小、工作带宽大、处理速度快以及可调谐性与可重构性强等优势，结合波分复用等技术，可以大大增加系统的信息传输容量。

4、为了实现片上集成，基于环形谐振器、分布式反馈腔和sagnac环形反射器的可调谐光滤波器被相继提出。比较常见的是环形谐振器型和sagnac环形反射器型。目前环形谐振器型可调谐光滤波器工作原理简单、易于制作，但滤波线型固定，难以应付多种应用场景。sagnac环形反射器型可调谐光滤波器可重构性强，可以实现不同滤波线型，但原理复杂。

5、对于sagnac环形反射器型可调谐光滤波器，其原理是通过级联sagnac环形反射器以实现fabry-perot腔，通过改变单个sagnac结构的耦合率灵活地设计光谱。一般方案是通过并联sagnac环形反射器，以实现fabry-perot腔进而进行滤波。但因为器件面积和工艺容差的制约，sagnac环形反射器并联数量有限，而且不能明显提高消光比和斜率等指标。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种基于soi材料制备的sagnac环形反射器型可调谐滤波器。

2、技术方案：本发明包括sio2包层，所述sio2包层内部设有水平设置的波导层，波导层由si材料制备，厚度为220nm；

3、所述波导层包括第一sagnac环形反射器、第二sagnac环形反射器、第三sagnac环形反射器以及四个级联直波导；

4、第一sagnac环形反射器的输入端的上端口input a为可调谐滤波器的输入端，第三sagnac环形反射器的输出端的上端口output a为可调谐滤波器的输出端；

5、第一sagnac环形反射器输出端端口output a与第二sagnac环形反射器输出端端口output b通过级联直波导相连，输出端端口output b与第二sagnac环形反射器输出端端口output a通过级联直波导相连；第二sagnac环形反射器输入端口input a与第三sagnac环形反射器输入端口input b通过级联直波导相连，输入端口input b与第三sagnac环形反射器输入端口input a通过级联直波导相连。

6、进一步地，所述第一sagnac环形反射器、第二sagnac环形反射器以及第三sagnac环形反射器均包括非对称马赫-曾德尔干涉器、直波导和对称马赫-曾德尔干涉器三部分。

7、进一步地，所述非对称马赫-曾德尔干涉器由两个第一光学耦合器和两根长度不等的干涉臂级联构成。

8、进一步地，所述两根长度不等的干涉臂包括较长的弯曲波导和较短的弯曲波导。

9、进一步地，所述对称马赫-曾德尔干涉器由两个第二光学耦合器和两根长度相等的干涉臂级联构成。

10、进一步地，所述两根长度相等的干涉臂包括左边直波导和右边直波导。

11、进一步地，所述非对称马赫-曾德尔干涉器输入端下端口input 2与对称马赫-曾德尔干涉器输入端左端口input 2通过直波导相连，输出端下端口output 2与对称马赫-曾德尔干涉器输入端右端口input 1通过直波导相连。

12、进一步地，所述较长的弯曲波导、右边直波导和四个级联直波导正上方设有热电极以及sio2包层，其宽度覆盖整个波导及周围部分区域。

13、进一步地，所述热电极包括铝铜合金层和tin加热层，两端施加变化电压以实现非对称马赫-曾德尔干涉器和对称马赫-曾德尔干涉器的不同透过率，以调谐滤波器和光谱重构。

14、进一步地，所述第一sagnac环形反射器、第二sagnac环形反射器、第三sagnac环形反射器以及四个级联直波导均为条形波导，条形波导截面尺寸为500nm×220nm。

15、有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：本发明通过锯齿形连接sagnac环形反射器形成类似级联fabry-perot腔的驻波谐振器，实现了滤波；通过对非对称马赫-曾德尔干涉器和对称马赫-曾德尔干涉器参数的调制，使得sagnac环形反射器分光比发生改变，从而实现滤波器调谐和光谱重构；没有造成占用面积的扩大，但保证了其可调谐性和重构性，且能够实现超高的消光比和斜率；本发明制作工艺可与cmos相容，具有响应速度快、传输损耗低、功耗小的潜在特性和优点。

技术特征：

1.一种基于soi材料制备的sagnac环形反射器型可调谐滤波器，包括sio2包层(13)，其特征在于：所述sio2包层(13)内部设有水平设置的波导层(14)，波导层(14)由si材料制备，厚度为220nm；

2.根据权利要求1所述的基于soi材料制备的sagnac环形反射器型可调谐滤波器，其特征在于：所述第一sagnac环形反射器(1)、第二sagnac环形反射器(2)以及第三sagnac环形反射器(3)均包括非对称马赫-曾德尔干涉器(4)、直波导(8)和对称马赫-曾德尔干涉器(5)三部分。

3.根据权利要求2所述的基于soi材料制备的sagnac环形反射器型可调谐滤波器，其特征在于：所述非对称马赫-曾德尔干涉器(4)由两个第一光学耦合器(6)和两根长度不等的干涉臂(7)级联构成。

4.根据权利要求2所述的基于soi材料制备的sagnac环形反射器型可调谐滤波器，其特征在于：所述两根长度不等的干涉臂(7)包括较长的弯曲波导(7-1)和较短的弯曲波导(7-2)。

5.根据权利要求2所述的基于soi材料制备的sagnac环形反射器型可调谐滤波器，其特征在于：所述对称马赫-曾德尔干涉器(5)由两个第二光学耦合器(9)和两根长度相等的干涉臂(10)级联构成。

6.根据权利要求2所述的基于soi材料制备的sagnac环形反射器型可调谐滤波器，其特征在于：所述两根长度相等的干涉臂(10)包括左边直波导(10-1)和右边直波导(10-2)。

7.根据权利要求2所述的基于soi材料制备的sagnac环形反射器型可调谐滤波器，其特征在于：所述非对称马赫-曾德尔干涉器(4)输入端下端口input 2与对称马赫-曾德尔干涉器(5)输入端左端口input 2通过直波导(8)相连，输出端下端口output 2与对称马赫-曾德尔干涉器(5)输入端右端口input 1通过直波导(8)相连。

8.根据权利要求1、4和6所述的基于soi材料制备的sagnac环形反射器型可调谐滤波器，其特征在于：所述较长的弯曲波导(7-1)、右边直波导(10-2)和四个级联直波导(11)正上方设有热电极(12)以及sio2包层(13)，其宽度覆盖整个波导及周围部分区域。

9.根据权利要求8所述的基于soi材料制备的sagnac环形反射器型可调谐滤波器，其特征在于：所述热电极(12)包括铝铜合金层(12-1)和tin加热层(12-2)，两端施加变化电压以实现非对称马赫-曾德尔干涉器(4)和对称马赫-曾德尔干涉器(5)的不同透过率，以调谐滤波器和光谱重构。

10.根据权利要求1所述的基于soi材料制备的sagnac环形反射器型可调谐滤波器，其特征在于：所述第一sagnac环形反射器(1)、第二sagnac环形反射器(2)、第三sagnac环形反射器(3)以及四个级联直波导(11)均为条形波导，条形波导截面尺寸为500nm×220nm。

技术总结本发明公开了一种基于SOI材料制备的Sagnac环形反射器型可调谐滤波器，包括SiO<subgt;2</subgt;包层，所述SiO<subgt;2</subgt;包层内部设有水平设置的波导层，波导层由Si材料制备，厚度为220nm；所述波导层包括第一Sagnac环形反射器、第二Sagnac环形反射器、第三Sagnac环形反射器以及四个级联直波导；第一Sagnac环形反射器的输入端的上端口InputA为可调谐滤波器的输入端，第三Sagnac环形反射器的输出端的上端口Output A为可调谐滤波器的输出端。本发明通过对非对称马赫‑曾德尔干涉器和对称马赫‑曾德尔干涉器参数的调制，使得Sagnac环形反射器分光比发生改变，从而实现滤波器调谐和光谱重构；没有造成占用面积的扩大，但保证了其可调谐性和重构性，且能够实现超高的消光比和斜率。技术研发人员：胡国华,杨启钥,孙耀辉,恽斌峰,崔一平受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1