[实用新型]一种MEMS法布里-珀罗腔可调谐滤波器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种MEMS法布里-珀罗腔可调谐滤波器，属于光通信及光纤传感技术领域。 

背景技术

光纤通信技术现已成为现代通信的重要组成部分,随着网络和数据通信的迅速发展,对光通信中高速度大容量传输的要求越来越大。密集波分复用(DWDM)技术,它能使光通信的传输效率得到提高,可调谐滤波器是光波分复用技术中不可缺少的器件,也是光通信全光网络关键技术之一。一个质量优良的光可调滤波器应该具有自由谱域宽以容纳更多的信道、带宽窄以允许信道间隔小、在分组交换中用于多信道快速交换时波长交换速度快、波长稳定性好和精度高等优点，并具有潜在的成本价格优势。 

MEMS（Micro Electro Mechanical systems，即微电子机械系统）技术以造价低廉、体积微小、易于批量生产、易于控制等优点，成为国内外汽车、电子、家电、机电等行业和军事领域的研究热点之一。一种基于MEMS技术的法布里-珀罗腔可调滤波器，它采用光刻、刻蚀、沉积等表面微机械加工技术制成腔长受电压控制的法布里-珀罗腔，利用多光束干涉的原理对光进行频率选择，具有体积微小、调节精度高、调节速度快、可以连续调节、高分辨率、高精细度、宽自由谱域、热稳定性好、成本低等优点。 

目前出现的其他光可调滤波器制作技术大致可以分为如下几类: 

1、光纤型FP腔（FFP）滤波器

光纤型FP腔滤波器由两根光纤和压电陶瓷构成。光纤尾端均镀上膜，增加其反射率。在将光纤固定在压电陶瓷上，尾端端面平行正对，构成FP腔。将电压加在压电陶瓷上，改变电压就可以改变压电陶瓷的长度，引起光纤尾端端面的距离改变，即改变了FP腔腔长，从而达到调节透过波长的目的。光纤型FP腔滤波器调谐范围不超过500nm，响应时间较慢，为毫秒量级。

2、液晶FP腔（LCFP）可调滤波器 

两块平板玻璃并行放置构成FP腔，玻璃板的内侧均镀有透明导电膜、高反射率膜和定向膜，在腔内充满折射率随电压改变而变化的液晶。将电压的正负极分别加在两块玻璃板上的导电膜上和液晶构成回路，液晶上则有电流通过，改变电压的大小，调制通过液晶的电流大小，则改变了液晶的折射率的大小，即改变了FP腔腔内光学介质的折射率，因此透过FP腔的光波长也随之改变。液晶FP腔可调滤波器体积小、结构简单、调谐速度快达微秒量级，但是调谐范围有限，最大只能达30nm。

3、马赫-曾德干涉（MZI）可调滤波器 

    马赫-曾德干涉可调滤波器一般用半导体材料或电光材料制成。用LiNbO3材料制作的马赫－曾德干涉可调滤波器，由两个3dB耦合器和两个光波导组成。输入光信号经过第一个3dB耦合器后，被分为两个光强均等的信号，分别进入两个光波导。相位调制器用电光材料制成，其折射率随外部施加的电压大小变化而变化，从而导致两路光信号到达第二个3dB耦合器时相位延迟不同。若两束光的光程差是某一波长的整数倍，两束光相干加强；若两束光的光程差是该波长的1/2，两束光相干抵消，这样达到电压调谐波长的目的。马赫－曾德干涉可调滤波器通带较宽，选择性较差，若将其级联才可以获得较好的性能。级联后的马赫-曾德干涉可调滤波器调谐速率达50ns，但调谐范围仅4nm。

4、声光（AOTF）可调滤波器 

声光可调滤波器由两个单基底的波长滤波器组成。每个滤波器由一个声光偏振控制器和两个偏振分束器组成。基底上的第一个偏振分束器将输入光分为TE和TM偏振模式，分别进入不同的光波导。光波导均嵌入一个相同的声波导中，此声波导是一个声频引导耦合器的一个分支。在另一个分支上，将一个RF信号应用到交叉指型变频器的电极上激发表面声波（SAW：Surface Acoustic Wave）。SAW再耦合到相邻的声波导中，产生了有利的声光相互作用。这产生了TE和TM模式之间的波长相关耦合。满足一定相位匹配条件的波长产生模式转换。

    通过声光模式转换之后，信号被第二个偏振分束器耦合。由于相位匹配波的偏振态被改变，他们和没有转换的光波隔开，而进入了第二个基底，而没有被转换的光波反馈于波导，终止于第二个基底的相互作用的基质外部。声光可调滤波器的调谐范围很宽，可达250nm，速度为微秒级。但是其旁峰对主峰的影响很大；由于装置的非线性效应，可能出现一些频移；带宽不窄也是一个问题。 

5、光纤光栅（FGB）可调滤波器