[发明专利]一种基于双层结构的偏振不敏感波导光栅滤波器

说明书

本发明公开了一种基于双层结构的偏振不敏感波导光栅滤波器；包括偏振不敏感滤波器单元，所述偏振不敏感滤波器单元中包括硅波导切趾光栅层和氮化硅波导切趾光栅层，其中由硅波导切趾光栅针对TE信号进行滤波，由氮化硅波导切趾光栅针对TM信号进行滤波。所述的偏振不敏感滤波器单元可以采用多模波导型滤波器实现，也可以采用光栅辅助型滤波器实现；本发明的滤波器可以实现TE模式和TM模式的同时滤波，实现偏振不敏感的光栅滤波器，并且器件尺寸相比传统的采用偏振旋转器的方案可有效缩小一半。此外，本发明基于硅基以及氮化硅波导光栅滤波器，容差大，插损小，且中心波长调节范围不受FSR限制，并且通过设置不同的耦合系数可以实现不同带宽的滤波器。

技术领域

本发明属于光栅滤波器技术领域，主要涉及硅以及氮化硅波导光栅滤波器，特别涉及一种基于双层结构的偏振不敏感波导光栅滤波器。

背景技术

近年来，随着集成光子学的飞速发展，硅基集成光子器件成为了一个重要的研究方向。在硅基集成光子器件领域中，硅基波导光栅器件受到了越来越多人的关注，针对硅基波导光栅的理论、形成机理、制作方法以及应用等方面的研究取得了大量的成果，结合其结构简单、易于集成、制作工艺与现有成熟的CMOS工艺兼容等特点，具有广阔的应用领域。随着氮化硅材料制备工艺的成熟，氮化硅材料以其折射率差小，温度不敏感等优势吸引了众多研究者的兴趣，这其中包括氮化硅光栅滤波器。光栅滤波器作为硅光子器件领域的基本功能器件，但是现在仍然面临着偏振敏感的问题。因此如何设计出性能好的偏振不敏感波导光栅滤波器成为了一个急需解决的问题。

基于硅材料本身大折射率差、低损耗、成本低、制作工艺与CMOS工艺兼容等优点，目前对于偏振不敏感滤波器的研究也取得了一定的成果，比如基于偏振旋转器的解决方案，通过偏振旋转器将不同偏振旋转为相同偏振态，再进行信号处理，虽然也能实现针对不同的偏振态进行操作，但是需要双倍的器件，并且整个器件尺寸较大，所以在实际应用中有很多的局限性。

发明内容

如何实现结构紧凑、偏振不敏感的波导光栅滤波器是硅光子学研究的重要问题。本发明的目的在于提供一种基于硅基的双层结构的偏振不敏感波导光栅滤波器。本发明基于硅上氮化硅两种主要材料，设计了双层结构的偏振不敏感滤波器，本设计结构紧凑，工艺简单，插损小，消光比高。而且本发明基于波导光栅滤波器，没有FSR的限制，调谐范围大，箱型的滤波谱线会提到频谱的利用率。所以本设计对于解决硅基光子学的偏振问题具有重要的研究意义。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

基于双层结构的偏振不敏感波导光栅滤波器，包括偏振不敏感滤波器单元，所述偏振不敏感滤波器单元中包括硅波导切趾光栅层和氮化硅波导切趾光栅层，其中由硅波导切趾光栅针对TE信号进行滤波，由氮化硅波导切趾光栅针对TM信号进行滤波。

其中一种方案中，所述的偏振不敏感滤波器单元采用多模波导型滤波器，所述的波导光栅滤波器包括输入单模波导、双偏振模式(解)复用器、输入渐变波导、多模波导型滤波器、输出渐变波导、输出单模波导、弯曲波导。其中输入单模波导输出端与双偏振模式(解)复用器输入端相连接，双偏振模式(解)复用器输出端与输入渐变波导窄端相连接，输入渐变波导宽端与多模波导型滤波器输入端相连接，多模波导型滤波器输出端与输出渐变波导宽端相连接，输出渐变波导窄端与输出单模波导相连接，弯曲波导一端与双偏振模式(解)复用器下载端相连接，金属电极覆盖在多模波导型滤波器上。

所述的双偏振模式(解)复用器包括单模波导，第一渐变波导，输出多模波导，第一贝塞尔弯曲波导，第二渐变波导，第二贝塞尔弯曲波导；第一渐变波导左端为单模波导，逐渐变宽为多模波导，第二渐变波导左端也为单模波导，逐渐变窄。

所述的双偏振模式(解)复用器，主要是实现反射信号的TE_m模式到TE₀模式的耦合以及TM_n模式到TM₀模式的耦合。