一種基于鈮酸鋰的可調諧光濾波器及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種基于妮酸裡的可調諧光濾波器及其應用，屬于光濾波器的技術領 域。
【背景技術】
[0002] 陣列波導光柵具有平面光波導器件的所有優點，經過二十多年的發展，陣列波導 光柵的各方面性能不斷得到改進，日臻完善。近年來，隨著光纖到戶光網絡的快速推進，陣 列波導光柵在波分復用無源光網絡(WDM-P0N)中的應用日趨重要，但波導陣列光柵作為交 換器件的可調諧能力仍有待開發。
[0003] 現有技術中的陣列波導光柵都是采用二氧化娃作為波導層。中國專利 CN102736177A公開了一種基于化C技術的陣列波導光柵結構，該陣列波導光柵結構包括:襯 底、上包層、下包層和波導忍。其在所選取的襯底上，沉積并生長滲雜B、P二氧化娃層，作為 下包層;在下包層上，生長波導忍層;在波導忍層上，預留具有預設形狀的波導忍;在下包層 和波導忍上，生長能夠完全覆蓋所述下包層和波導忍的高滲雜B、P二氧化娃層，作為上包 層。
[0004] 采用二氧化娃作為波導層的陣列波導光柵結構具有和標準單模光纖匹配、工藝發 展成熟等優點，但是因娃基的光波導器件的調諧多為基于熱光效應的應用，仍然存在著波 長可調諧范圍小、溫度穩定性差等不足。
[0005] 妮酸裡晶體屬于無機晶體材料是目前比較成熟的電光材料，具有可觀的電光效 應，物理化學性能穩定，而且基于妮酸裡晶體的光波導性能良好，制備工藝也相對成熟，己 經被廣泛用于制備電光強度調制器、相位調制器、倍頻器等。但是因妮酸裡存在著雙折射的 問題，不利于實現器件的偏振不敏感特性，現有技術中無法將妮酸裡應用到陣列波導光柵。
[0006] 現有技術中陣列波導光柵的制作方法已較為成熟，其中較為常見的是光刻法和腐 蝕法。中國專利CN1312479公開了一種鏡面全反射型彎曲波導器件結構及制作方法，該方法 就是通過氧化、光刻、腐蝕等微機械加工技術，制作出位置精確、鏡面平整度高且與波導平 面絕對垂直的全反射鏡，并將此結構應用于無源光器件(如光禪合器、陣列波導光柵等等） 中W實現結構緊湊、集成度高、性能好、工藝簡單、可W批量生產的光通信器件。另外，中國 專利CN100410707也公開了一種利用利用光刻和腐蝕制備有機聚合物陣列波導光柵的方 法。
【發明內容】
[0007] 針對現有技術的不足，本發明提供一種基于妮酸裡的可調諧光濾波器。
[000引本發明還提供一種利用上述基于妮酸裡的可調諧光濾波器進行調諧的方法。
[0009] 本發明的技術方案為：
[0010] -種基于妮酸裡的可調諧光濾波器，包括自上而下依次疊加設置的上限制層、妮 酸裡波導層和下限制層;上限制層的上表面設置有上電極，下限制層的下表面設置有下電 極;所述妮酸裡波導層為上表面設置有陣列波導光柵的妮酸裡薄膜;所述上電極包括相互 插接的偶數波導電極和奇數波導電極;偶數波導電極設置有多根偶數插齒;奇數波導電極 設置有多根奇數插齒，偶數插齒和奇數插齒交替設置;所述偶數插齒和奇數插齒的長度自 外向內依次遞減，相鄰偶數插齒和奇數插齒的長度相差L每一根偶數插齒、奇數插齒分別 對應一條波導。
[0011] 妮酸裡薄膜上的陣列波導光柵為通過光刻和腐蝕(干法腐蝕或濕法腐蝕均可）的 方法在妮酸裡薄膜上制作出脊波導。
[0012] 由于相鄰偶數插齒和奇數插齒長度的差值相同，因此電極上電壓的改變會改變相 鄰波導內的相位差，進而改變輸出波導中各波長衍射極大值出現的位置及各中屯、波長通帶 寬度，由此達到可調諧目的。
[0013] 設第N條偶數插齒的長度為L1，相鄰奇數插齒的長度為L1-L，則與上述偶數插齒和 奇數插齒相對應的波導內光波的相位差為化化A，其中η為妮酸裡晶體折射率，λ為光波長。
[0014] 優選的，偶數波導電極設置有偶數根偶數插齒;奇數波導電極設置有奇數根奇數 插齒。
[0015] 優選的，所述上限制層和下限制層分別為二氧化娃上限制層和二氧化娃下限制 層。
[0016] 優選的，L=100-200ym;最外側奇數插齒的長度為5~7mm。
[0017] -種利用上述基于妮酸裡的可調諧光濾波器進行調諧的方法，包括步驟如下：
[001引1)中屯、波長調諧模式：
[0019] 在奇數波導電極和偶數波導電極上同時加載電壓值相同的同相電壓，使相鄰波導 內光波的相位差改變，進而改變輸出波導中各波長衍射極大值出現的位置;此工作模式中 奇數波導電極和偶數波導電極可視為無差別電極；
[0020] 電極加電壓就會改變折射率，即改變了光程差，從輸出結果看就是濾波器輸出的 中屯、波長發生改變;衍射極大值出現的位置等價于濾波器輸出的中屯、波長。
[0021] 2)通帶寬度調諧模式：
[0022] 在奇數波導電極和偶數波導電極上同時加載電壓值相同的反相電壓，使相鄰波導 內光波的相位差改變，進而改變輸出波導中各波長衍射極大值出現的位置；中屯、波長不變， 通帶寬度增加。奇數插齒對應的波導和偶數插齒對應的波導輸出的中屯、波長改變值相同但 中屯、波長移動方向相反（中屯、波長增大和減小），因此輸出結果顯示為中屯、波長不變，但通 帶寬度增加，由此達到濾波器通帶寬度可調諧目的。
[0023] 3)中屯、波長及通帶寬度同時調諧：
[0024] 在奇數波導電極和偶數波導電極上同時加載電壓值不相同的電壓，使相鄰波導內 光波的相位差改變，但改變量不同，進而改變輸出波導中各波長衍射極大值出現的位置。由 于奇數插齒與偶數插齒對應的波導輸出中屯、波長位置略有不同，因此通帶寬度與中屯、波長 同時發生改變，由此達到濾波器中屯、波長及通帶寬度同時可調諧目的。
[0025] 優選的，電極上加載的電壓值：
[0026]
[0027]其中，為妮酸裡晶體電光系數，η。為妮酸裡晶體的ο光折射率，m為整數;η為妮酸 裡晶體折射率，λ為從波導輸出的光波波長。
[00%]當相鄰波導內光波的相位差為2m3i時，產生衍射極大，所W23mLA = 2m3i，即λ =化/ m;妮酸裡晶體折射率與電壓關系：
[0029] 本發明的有益效果為：
[0030] 1、本發明所述基于妮酸裡的可調諧光濾波器，巧妙利用妮酸裡晶體的特性，基于 電光效應改變折射率，從而可動態調節相鄰波導的光程差，實現器件的可調諧功能；
[0031] 2、本發明所述基于妮酸裡的可調諧光濾波器，基于電光效應通過在電極加適當電 壓改變晶體折射率從而改變光程，即改變了相鄰波導內不同波長光的相位差，經輸出通道 波導輸出后，不同波長完成解復用，拓展了陣列波導光柵可調諧能力；
[0032] 3、本發明所述基于妮酸裡的可調諧光濾波器，有Ξ種工作狀態;通過特有的上電 極，在保證輸入光為偏振光時，提供了一個中屯、波長和通帶寬度可調諧的方案;有效克服了 妮酸裡晶體雙折射引起的器件的偏振不敏感特性不利于實現的問題；
[0033] 4、本發明所述基于妮酸裡的可調諧光濾波器，基于電光效應的調諧解復用過程無 電流產生，因此零功耗，無耗能產生。
【附圖說明】
[0034] 圖1為設置有一根波導