《基於SOI光波導和F-P腔的可調諧光濾波器的研究》是依託吉林大學，由董瑋擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於SOI光波導和F-P腔的可調諧光濾波器的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：董瑋
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
可調諧光濾波器是光通信系統、光計算機系統及光子/光電子集成迴路的基礎元件，可以實現波分復用解復用、光上下路、光信號無中斷監控等功能。本項目研製基於SOI光波導和F-P腔的可調諧光濾波器，由輸入、輸出光波導、兩個對稱DBR、矽波導F-P諧振腔、靜電梳狀電極組成。器件在具有（110）晶向的SOI襯底上製作。本項目的特色在於：採用SOI光波導、F-P腔、靜電梳狀電極一體化的結構，利用梳狀電極帶動兩個對稱的DBR移動，通過調整F-P腔的等效腔長實現可調諧濾波功能，調諧範圍寬，調諧精度高。充分利用（110）矽片的結晶學特點，通過ICP刻蝕和各向異性濕法腐蝕相結合的方法製作DBR和F-P腔。本項目研製的濾波器具備以下性能：波長調諧範圍1530nm-1610nm，半高寬小於0.8nm，隔離度大於30dB。這種基於光波導的集成光子濾波器是矽基片上光互連的基本構成單元，是光子集成中的關鍵功能器件。
結題摘要
可調諧光濾波器是目前廣泛套用于波分復用系統中的核心光學器件之一，它可以從一束寬頻光信號中有選擇性的過濾出期望頻率的光信號。我們研製基於SOI襯底的集成器件，它的製作工藝與成熟的半導體工藝完全兼容，可以獲得很好的集成度；採用了法布里-帕羅諧振微腔的模型進行設計和分析，這種平面光波導型的微腔結構可以為器件提供理想的FSR、FWHM、精細因子、回響時間等，既能保證出色的選頻特性、較快的回響速度，又能實現一定頻率範圍內可調諧的效果。採取改變F-P腔腔長的方式，通過設計靜電梳齒和微彈簧結構，利用靜電力驅動可移動的梳齒電極，帶動可動的DBR來調節F-P腔的長度，可以實現較大的波長移動範圍。研究了基於“矽/空氣隙”DBR與矽F-P腔的靜電驅動的可調諧光濾波器，用大截面脊型波導的單模條件確定了脊型波導的尺寸為內脊高7um、外脊高4um、波導寬度6um，並利用光學仿真確認光被完全的限制在波導內部，而且保證光信號的單模傳輸；採用“λ/4”模型確定了DBR和F-P腔的尺寸，利用傳輸矩陣計算了器件的靜態濾波特性，得到FSR=197nm，FWHM=0.016nm，要實現80nm的調諧範圍要求兩組DBR同時向兩端移動355nm，並從不同對數的DBR的透射曲線確定了DBR的對數，可以實現99.5%以上的反射率；通過ANSYS仿真，確定了靜電驅動部分模型和梳齒的尺寸，並將MEMS微彈簧套用到了固定端，增加了DBR的移動量，為實現濾波器大的調諧範圍提供了良好的保證。選用頂層矽為<110>晶向的SOI為基體材料，採用ICP刻蝕然後再KOH水溶液腐蝕的方法得到垂直度高且表面光滑的DBR鏡面。採用局部摻雜、氧化、電子束光刻、ICP刻蝕、KOH濕法腐蝕和濺射工藝完成了器件的製作，並利用透鏡光纖實現了耦合。最終完成了基於SOI襯底、脊型光波導、MEMS靜電驅動、F-P腔的集成化的可調諧光濾波器。器件性能如下：波長調諧範圍1528.8nm-1612.3nm；半高寬小於0.78nm；隔離度大於31.2dB。在本基金的資助下，已發表論文10篇，其中SCI檢索5篇，EI檢索2篇，申請發明專利7項，其中已授權發明專利4項，培養博士研究生2名，碩士研究生4名，全面完成了項目計畫書中的各項指標。
