[发明专利]平行度可调的微机电系统法布里珀罗腔波长可调谐滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及微光机电系统技术领域，特别涉及一种适用于光纤通信系统的平行度可调的微机电系统法布里珀罗腔波长可调谐滤波器。

背景技术

在波长可调滤波器领域，微机电系统(MEMS)波长可调滤波器具有体积小，能耗低、响应速度快、驱动电压低以及与集成电路兼容性好等优点，而在光纤通信系统中备受青睐。基于微机电系统技术制作的法布里珀罗腔(Fabry-Perot)滤波器是通过微机电驱动装置，在法布里珀罗腔的前、后腔面上加反偏电压，利用静电力或热应变的作用使腔长收缩或增长，从而持续调节滤波器的谐振波长。空气腔微机电系统法布里珀罗腔滤波器的调谐范围大，精度高而且驱动简单，是未来微滤波器的首选方案。微机电系统法布里珀罗腔可调谐滤波器正在朝着大阵列、小尺寸、高频率、大调谐范围，以及多自由度方向发展。这些方面是相互制约的，更小的单元尺寸带来的是更高的固有频率，更大的调谐范围以及更低的驱动电压。

目前国际上研制的微机电系统法布里珀罗腔滤波器各具特色，但也各存一些局限，比如材料生长困难、工艺难度大、调谐电压较高等。实际工作中衡量法布里珀罗腔滤波器性能优良的指标，分别是精细常数、峰值透射率、反衬度。法布里珀罗腔前、后反射腔面的平行度是影响这三项指标好坏的主要因素，腔面平行度直接影响到微机电系统法布里珀罗腔精细常数和对波长选择的灵敏性，所以反射腔面的平行度是微机电系统法布里珀罗腔滤波器的重要参数之一。然而在实际工作中，由于加工工艺误差的存在，支撑腔面结构的各梁的形状尺寸不能严格保证一致，且受残余应力以及镀膜工艺的影响，梁的内部微结构不均一，材料特性不同，像杨氏模量、泊松比、导电率等不同，导致在实际应用中的微机电系统法布里珀罗腔的前、后腔面的平行度很差，滤波效果与设计值偏离很大，实际应用效果很差。一种新型微机电系统法布里珀罗滤波器的设计与分析。光学学报，2012，In Press报道，作者通过将光栅和法布里珀罗腔相结合研制了一种新型滤波器，但在滤波器的法布里珀罗腔变形时，无法对因加工误差的影响而造成的腔面形貌的畸变进行调节，平行度不能保证。此外，滤波器还需要一个额外的顶部反射镜，反射镜与支撑结构的应力不匹配等因素更加剧了滤波器变形时法布里珀罗腔的不平行度，限制了滤波器的实用性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：消除加工过程中的工艺误差对微机电系统法布里珀罗腔前、后腔面平行度的影响，保证法布里珀罗腔滤波器的前、后腔面在使用过程中始终保持好的平形度。本发明的目的是设计一种平行度可调节的微机电系统法布里珀罗腔波长可调谐滤波器，它通过在偏转电极上加不同的电压，在上、下电极处产生不同大小的静电力，来调整因加工误差对微机电系统法布里珀罗腔造成的不良影响，保持滤波器的前、后腔面在实际工作中始终平行，从而提高滤波器的滤波效率和对选择光的利用率。

为了实现所述目的，本发明提供一种平行度可调的微机电系统法布里珀罗腔波长可调谐滤波器，包括：微桥部、光栅、基底、多个下电极、第一绝缘层、第二绝缘层、前腔面、后腔面、桥面和两个矩形孔，其中：

微桥部，具有一桥面，桥面作为法布里珀罗腔的上电极；

光栅，位于微桥部的桥面的中央处，并集成在一起；

基底，作为最下层；

多个下电极，平行对称的分布在微桥部的下面，分别固定在第一绝缘层和第二绝缘层上面；

第一绝缘层和第二绝缘层，覆盖在基底之上；

前腔面，位于光栅的区域所对应桥面的下表面，形成法布里珀罗腔可动腔面；

后腔面，位于光栅正下方的在第一绝缘层和第二绝缘层之间的基底的上表面，用作法布里珀罗腔的后腔面；通过在多个下电极和上电极之间加入不同的电压，在上电极、多个下电极之间形成复杂的静电场，使法布里珀罗腔的可动腔面在向下移动的过程中，同时调整可动腔面的形貌，用于调整法布里珀罗腔前腔面与后腔面之间的平行度。