[发明专利]一种粗波分复用滤波器

说明书

本申请公开了一种粗波分复用滤波器，包括用于传输第一模式光波的第一波导臂和用于传输第二模式光波的第二波导臂，第一波导臂和第二波导臂构成MZI型滤波器结构，其中，第一波导臂包括第一相位补偿区和第一模式无热区，第二波导臂包括第二相位补偿区和第二模式无热区；第一模式无热区和第二模式无热区的长度满足预设的无热要求；第一相位补偿区和第二相位补偿区保持第一波导臂和第二波导臂的相对相移不变，且补偿第一模式无热区和第二模式无热区的长度差异。本申请通过在两个波导臂上分别设置模式无热区和相位补偿区，实现了两臂等长的无热滤波器结构，且不需要使用弯曲波导或负折射率材料，也不需要进行波导或模式的转换。

技术领域

本申请涉及但不限于硅基光子集成芯片技术领域，尤其涉及一种粗波分复用(Coarse Wavelength Division Multiplexing，CWDM)滤波器。

背景技术

滤波器作为分合波器件，在波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)通信系统中有重要的应用。片外的滤波器发展相对成熟，但基于硅光的滤波器却仍旧处于探索发展阶段。目前，硅基滤波器主要的技术路径有：微环谐振器、阵列波导光栅(ArrayedWaveguide Grating，AWG)、级联马赫曾德干涉仪(Mach Zehnder Interferometer，MZI)以及凹面光栅等，上述方案均可实现通信系统对滤波器通带平顶效应的要求。但硅材料具有较大的热光系数，硅的折射率对环境温度的改变较为敏感，在1.3微米(um)波长295开(K)的温度下，体硅的热光系数是1.94e-4。这使得模式的等效折射率也是随环境温度的改变而不断变化，进而对滤波器的性能产生显著影响。上述方案的性能都受到环境温度变化的挑战，通常环境温度对硅基滤波器的影响为～80皮米每开(pm/K)。

为实现滤波器的绝热性能，已报道的方案有：利用负热光材料(如二氧化钛TiO2等)与硅集成、级联多种波导、利用不同偏振的热光系数不同等，其中：

对于使用负热光材料的滤波器方案，它可以有效降低环境温度对滤波器滤波窗口的影响。但是，负热光材料与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)工艺不兼容，该方案只能在实验条件下实现，不适应于大规模的量产。

级联多种波导是滤波器中降低温度影响的另一种方案，比较典型的是级联狭缝波导。在狭缝波导中，由于波导模场局域在狭缝中，而狭缝为二氧化硅(SiO2)，它的热光系数与硅材料有很大的差别，从而可以在非对称MZI中，构建对环境温度不敏感的滤波器。不同波导结构在滤波器的连接中变得困难，需要波导转换器(taper)的不断转换，这一方面会使得滤波器的尺寸变得很大，另一方会使得滤波器的热敏感性增加。除此以外，狭缝模式的形成需要几十纳米的尺寸，而通常芯片制造厂商制造的波导宽度的最小特征尺寸在200纳米(nm)左右，这是对该方案的另一种限制。

利用不同偏振的热光系数不同，来构建无热的MZI滤波器结构是无热滤波器的第三种方案。在该种方案中首先面对的就是偏振转换的问题，需要对输入输出光的偏振态进行转换，需要级联偏振分离转换器(Polarization Splitter Rotator，PSR)，这会带来插损和器件尺寸的增加。另外，横磁(Transverse Magnetic，TM)模与横电(TransverseElectric，TE)模的热光系数只在厚硅中有较大的差别，在薄硅中，它们的热光系数相差很小，不适应于做滤波器的无热设计。TE₁模式经常被选作薄硅中的无热设计，但由于TE₁模式本身的特点，它在走线中仍旧需要波导和模式的转换才能完成无热的设计，这增大了器件的尺寸且降低了滤波器的无热特性。

发明内容

本申请提供了一种粗波分复用滤波器，能够实现两臂等长的CWDM无热滤波器结构，且不需要使用弯曲波导或负折射率材料，也不需要进行波导或模式的转换。