[发明专利]一种波导光栅滤波器及其制作方法

说明书

本发明提供一种波导光栅滤波器，所述波导光栅滤波器包括衬底(1)和波导(2)，还包括用于支撑波导(2)的梁柱结构(3)；所述梁柱结构(3)包括位于波导(2)两侧、设置在衬底(1)上的柱结构(302)和用于连接柱结构(302)的梁结构(301)；波导(2)与衬底(1)之间具有空气隙(201)。本发明波导光栅滤波器采用热调谐的方法改变波导光栅滤波器的光谱特性，通过在波导下方构造空气隙实现波导与衬底之间的局部热隔离结构，阻碍了热的垂直流动，从而降低波导光栅滤波器的功耗。本发明的波导光栅滤波器具有低功耗、调谐效率高、调谐较快、结构稳定、易集成等优点，在波分复用系统中有显著的应用价值。

【技术领域】

本发明属于光学滤波技术领域，涉及集成光波导器件技术领域，具体涉及一种波导光栅滤波器及其制作方法。

【背景技术】

光学滤波器是一个的重要光子器件，主要应用于绝缘体上的硅(SOI)基片为光学平台的集成光路中。光滤波器的主要功能是将包含多种频率成分的光进行频率分离，得到其中一种或者多种频率成分。在光通信系统的框架下，滤波器主要有法布里—珀罗(F-P)滤波器、马赫-泽德(MZ)滤波器、光栅滤波器以及微环滤波器等类型。相比于其它三种结构，光栅滤波器具有制作简单、光谱特性易于设计等优点，得到了广泛的关注。

可调谐波导光栅滤波器是一种中心波长可以在一定范围内进行连续改变的光滤波器，其调谐机制有多种，如基于等离子体色散效应的电流调谐、基于电光效应的电调谐、基于热光效应的热调谐以及基于微机电系统的MEMS调谐等等。其中，由于硅的热光系数较大，所以，其中，由于硅的热光系数较大，所以，硅基热调谐波导光栅滤波器在集成光子光路方面具有更大的优势。

一般的硅基热调谐波导光栅滤波器常用SOI晶片的顶层硅刻出波导结构，波导上方形成氧化层后再蒸镀薄膜加热器层，波导下方是氧化层和底层硅组成的衬底，其调谐效率相对较低(小于100pm/mW)。目前主要有两种改进结构：一是在波导侧边设置空气隙形成热绝缘，二是在波导下方刻蚀出空气隙。第一种侧边空气隙结构能保证相对较高的结构稳定性，但不能有效地提高热调谐波导光栅滤波器的调谐效率。第二种结构是挖空硅基波导光栅滤波器波导正下方的氧化层，以阻碍垂直方向上的热流动，使波导和衬底之间形成局部的热隔离，从而降低功耗、提高其热调谐效率。但是，这种结构存在两个问题：一是增加了调谐的响应时间(约在百微秒量级)，即降低了响应速度；二是由于这种含空气隙结构的波导光栅滤波器没有良好的支撑结构，波导会产生较大的变形，极大地降低了机械机构的稳定性。综上所述，目前的硅基热调谐波导光栅滤波器普遍调谐效率不高，且响应速度较慢，结构稳定性较差。

【发明内容】

本发明目的是克服现有技术缺陷，提供一种高调谐效率、响应速度快且结构相对稳定的波导光栅滤波器，以及其制作方法。

本发明的思路是构造一种热调谐的波导光栅滤波器，通过加热或冷却的方式改变器件温度来实现波长选择。通过结合空气隙与周期性的侧向梁柱支撑结构，能够在极大提升调谐效率的前提下，保证其响应速度和机械结构稳定性，从而提高制作过程中的成品率。

为了实现上述目的，本发明提供一种波导光栅滤波器，所述波导光栅滤波器包括衬底1和设置在衬底1上的波导2，所述波导2包括波导主体202、设于波导主体202以上的二氧化硅上包层203和设于二氧化硅上包层203以上的薄膜加热器层204，所述波导主体202两侧刻有光栅；

其中，所述波导光栅滤波器还包括用于支撑波导2的梁柱结构3；

所述梁柱结构3包括位于波导2两侧、设置在衬底1上的柱结构302和用于连接柱结构302的梁结构301；

波导2与衬底1之间具有空气隙201。

作为一种优选的实施方式，所述柱结构302包括对称设置在波导主体202两侧、周期性设置的多个梁柱单元，相邻梁柱单元间距为5～20μm。