專利名稱：一種腔內掩埋金屬加熱電極的可調諧光學濾波器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可調諧光學濾波器，可用于光通信和光傳感等領域。
背景技術：
可調諧光學濾波器在光纖通信和光傳感領域有著重要的應用[IEE Proceedings Circuits, Devices and Systems,150(2003)501-505 ；Electric PowerSystems Research, 80 (2010) 77-83]，其中Fabry-Perot (法布里-珀羅)濾波器(以下簡稱“FP濾波器”) 具有低成本、可集成、窄線寬、高精度的特點。FP濾波器的調諧方式主要包括微機械調諧[Japanese J. Applied Physics, Part 1，45 Q006) 7732-7736]、電光調諧[J. Lightw. Technol. ,23(2005)2169-2174]和熱光調諧[J. Microelectromechanical Systems, 16(2007)500-510]等。其中微機械濾波器由于不是全固態結構、穩定性較差；電光調諧的調諧速率快(納秒量級)、功耗低，但是調諧范圍則很窄(一般<2nm)；熱光調諧則有全固態、穩定性好以及調諧范圍大的優勢，但是調諧速率較慢(毫秒量級)。FP濾波器的熱光調諧機理是通過加熱改變諧振腔內物質的溫度、進而改變其折射率，實現諧振腔的有效腔長和諧振波長的改變。目前，熱光調諧的FP濾波器， 其加熱電極通常位于諧振腔上表面[Optics Communications, 244 (2005) 167-170 ； J. Microelectromechanical Systems, 16 (2007) 500-510]、或置于諧振腔底部[J. Lightw. Technol. ,22(2004) 126-135].這種腔外加熱方式，所產生的熱量易于發散到空氣或基底中，因此熱調諧的能量利用效率不高；并且熱量由腔外傳導到腔內需要額外的時間，也降低了調諧速率。但是對于光通信和光傳感系統，往往需要器件能高速和低功耗工作。我們曾經利用腔內加熱的方式進行調諧，即加熱電極位于諧振腔內部[Applied Optics, 45 (2006) 8448-8453] 0由于該器件結構是一次性外延生長而成，腔內加熱層采用半導體材料，而半導體材料的電阻率對溫度和摻雜濃度很敏感，很難獲得穩定、精確的電阻值，因此該方案無法提供性能穩定、一致的產品。綜上所述，設計性能穩定、高效和快速的加熱調諧方式，使得熱光調諧FP濾波器具有更穩定的性能、更低的功耗和更快的調諧速率，是本發明的創研動機。
發明內容
本發明提出一種“腔內掩埋金屬加熱電極的可調諧光學濾波器”，該器件的特點是將金屬加熱電極掩埋在諧振腔內進行加熱調諧(如圖1)，由于金屬加熱電極具有電阻值穩定、發熱效率高的特點，同時這種腔內加熱結構能提高能量利用效率，因此本發明的熱光可調諧濾波器具有穩定性高、功耗低和調諧速度快的特點。本發明可以按以下方式實現如圖2所示，首先在基底上生長介質膜布拉格反射鏡(DBR)作為底鏡，接著生長厚度為Ll的腔內層；然后，生長厚度為d的金屬薄膜，該金屬層可以通過光刻、刻蝕工藝形成環狀加熱電極結構(如圖2)、從而獲得所需要的電阻值；最后，生長厚度為L2的腔內層和頂部DBR(如圖1)。
本發明的器件還可以按照另一種方式實現(如圖3)，首先在兩塊基底上生長DBR 和厚度為Ll的腔內層；然后，在其中一塊基底上生長金屬薄膜，該金屬層可以通過光刻、刻蝕工藝形成環狀加熱電極結構(如圖2)、從而獲得所需要的電阻值；最后，將兩塊基底鍵合在一起，從而構成整個器件(如圖1)。所述的金屬加熱電極，通過外部施加電壓或電流產生熱量，從而改變腔內材料的折射率，實現調節諧振腔的諧振波長。所述的金屬電極通過加熱形成的溫度分布，可以通過選擇不同導熱系數的基底材料、腔內層材料、DBR材料以及L1/K2的厚度比例來控制。所述的金屬薄膜材料優選自Pt、Cr、Au、Ti、Ni、Al、W和Pt-Cr-Au-Ti材料。所述的DBR 材料優選自 Si/Si02、Si/SiNx 和 GaAs/AlGaAs 材料。所述的襯底優選自Si、玻璃和GaAs材料。所述的金屬加熱電極的形狀為圓形、橢圓形或多邊形的環形結構。
附圖，其被結合入并成為本說明書的一部分，示范了本發明的實施例，并與前述的綜述和下面的詳細描述一起解釋本發明的原理。圖1為可調諧光學濾波器的結構示意圖。圖2為金屬加熱電極的結構。圖3為可調諧光學濾波器的制備方案之二。
具體實施例方式為使得本發明的技術方案的內容更加清晰，以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施方式
。本發明中的材料生長技術包括蒸發、濺射、電鍍、金屬有機物化學氣相沉積 (MOCVD)、分子束外延(MBE)和化學氣相沉積(CVD)等常用技術，在具體實施例中不一一列舉。例 1首先，在兩塊GaAs襯底上生長GaAs/AlGaAs DBR和GaAs薄層；其次，在其中一塊GaAs外延片上濺射生長一層Cr-Au金屬薄膜，并通過光刻、刻蝕工藝，環形金屬加熱電極(圖2所示)；最后，將兩塊外延片面對面鍵合在一起(如圖3)，形成可調諧濾波器(如圖1)。例 2首先，在Si襯底上生長底部Si/SiA DBR和Si薄層；其次，接著Pt-Ti-Pt-Au金屬薄膜，并通過光刻、刻蝕工藝，環形金屬加熱電極(圖 2所示)；最后，生長Si薄層和頂部Si/SiNx DBR,形成可調諧濾波器(如圖1)。例 3首先，在玻璃襯底上生長底部Si/SiNx DBR和Si薄層；其次，接著Cr-Ni金屬薄膜，并通過光刻、刻蝕工藝，環形金屬加熱電極(圖2所示)；最后，生長Si薄層和頂部Si/SiNx DBR,形成可調諧濾波器(如圖1)。以上所述是本發明應用的技術原理和具體實例，依據本發明的構想所做的等效變換，只要其所運用的方案仍未超出說明書和附圖所涵蓋的精神時，均應在本發明的范圍內， 特此說明。
權利要求
1.一種腔內掩埋金屬加熱電極的可調諧光學濾波器，其特征在于將金屬加熱電極掩埋在Fabry-PerOt(FP)諧振腔內進行加熱調諧。
2.權利要求1所述的金屬加熱電極，通過外部施加電壓或電流產生熱量，從而改變諧振腔內材料的折射率，實現諧振腔的諧振波長改變。
3.權利要求1和2所述的金屬加熱電極為圓形、橢圓形或多邊形的環形結構。
4.權利要求3所述的環形結構，通過對生長的金屬薄膜經過光刻、刻蝕而成。
5.權利要求4所述的金屬薄膜材料，優選Pt、Cr、Au、Ti、Ni、Al、W和Pt-Cr-Au-Ti材料。
6.權利要求1所述的FP諧振腔，由兩個或兩個以上的介質膜布拉格反射鏡構成。
7.權利要求6所述的反射鏡材料，優選自SiziSiOySiziSiN5^nGaAsAWaAstj
全文摘要
本發明提供一種腔內掩埋金屬加熱電極的可調諧光學濾波器，其特征在于將金屬加熱電極掩埋在諧振腔內進行加熱調諧。與腔外加熱結構相比，本發明的腔內加熱結構能減少熱量發散到空氣或基底中，具有調諧功耗低、調諧速率快的特點；與半導體加熱電極相比，金屬加熱電極具有電阻值穩定、發熱效率高的特點。本發明的可調諧濾波器具有穩定性高、功耗低和調諧速度快的特點。
文檔編號G02F1/01GK102213844SQ201110165778
公開日2011年10月12日 申請日期2011年6月13日 優先權日2011年6月13日
發明者渠波, 黃輝 申請人:渠波, 黃輝