一種兩級(jí)波長解析器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了波長處理器件，特別是涉及了一種兩級(jí)波長解析器。
【背景技術(shù)】
[0002]光的波長是物理檢測技術(shù)中的一個(gè)重要物理量，許多光學(xué)檢測系統(tǒng)都是利用光波長的變化量實(shí)現(xiàn)測量，典型的就是光纖光柵傳感系統(tǒng)。波長解析技術(shù)就是先通過測量與波長有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的其他物理量，進(jìn)而由函數(shù)關(guān)系給出波長或者波長變化量的一種解析方法。人們利用各種不同的方法，已經(jīng)研制成多種波長解析器。主要有光譜儀分析法、干涉法、濾波法、可調(diào)諧光源波長匹配法等，這些方法大多數(shù)要用到大型的設(shè)備，或者采取調(diào)諧匹配的方式構(gòu)成一個(gè)比較復(fù)雜的波長檢測系統(tǒng)，且檢測速度通常比較慢，使用起來不方便。隨著集成光學(xué)的發(fā)展特別是片上檢測系統(tǒng)的快速發(fā)展，波長檢測技術(shù)的研究方向?qū)⑹墙Y(jié)構(gòu)緊湊、解析速度快、分辨率高和功耗低。研發(fā)集成型波長解析器對(duì)于集成型光學(xué)傳感與檢測系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的意義。
[0003]近年來，基于邊緣濾波型光波長檢測方法采用各種可調(diào)諧的光學(xué)濾波器與被測光進(jìn)行匹配，利用光學(xué)濾波器的傳輸譜特性將光波長信息轉(zhuǎn)化為更容易定量檢測的物理量，從而達(dá)到波長檢測目的。硅基微環(huán)作為集成光學(xué)的基本器件之一，其具有典型的洛倫茲濾波譜線，可用于實(shí)現(xiàn)片上的波長解析。但是波長解析器高分辨率的要求，必然會(huì)導(dǎo)致單個(gè)邊緣濾波器本身的波長檢測范圍非常小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決波長解析器分辨率和解析范圍之間的矛盾，本發(fā)明的目的在于提供了一種兩級(jí)波長解析器，采用分級(jí)方式，可以實(shí)現(xiàn)片上集成型寬波長范圍內(nèi)高分辨率的波長解析。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明包括輸入光波導(dǎo)連接分路IX 2功分器、粗解析部分、精解析部分和PD探測器;輸入光波導(dǎo)連接分路I X 2功分器分為兩路，一路連接用于在寬波長范圍內(nèi)低分辨率波長檢測的粗解析部分，另一路連接用于在窄波長范圍內(nèi)高分辨率波長檢測的精解析部分，粗解析部分和精解析部分的末端均連接H)探測器，粗解析部分和精解析部分輸出的濾波譜線均為“X”形頻譜。
[0007]所述的粗解析部分包括多個(gè)平行并聯(lián)排布的MZI光波導(dǎo)和中間功分器，分路1X2功分器經(jīng)中間功分器與各個(gè)MZI光波導(dǎo)輸入端連接，各個(gè)MZI光波導(dǎo)輸出端連接各自的ro探測器輸出。
[0008]各個(gè)所述的MZI光波導(dǎo)臂長不等，通過調(diào)整各個(gè)MZI光波導(dǎo)中兩臂的臂長差，使得粗解析部分輸出的濾波譜線形成“X”形頻譜，粗解析部分波長解析的工作范圍是所述“X”形頻譜的波長范圍。
[0009]所述的精解析部分包括多個(gè)沿直線間隔排列的微環(huán)、微環(huán)連接波導(dǎo)和微環(huán)輸出光波導(dǎo)，分路1X2功分器經(jīng)同一微環(huán)連接波導(dǎo)耦合連接到微環(huán)一側(cè)，各個(gè)微環(huán)另一側(cè)與各自的微環(huán)輸出光波導(dǎo)親合，微環(huán)輸出光波導(dǎo)輸出連接到F1D探測器。
[0010]各個(gè)所述微環(huán)的半徑不等，通過調(diào)整微環(huán)的半徑使得精解析部分輸出的濾波譜線形成“X”形頻譜。
[0011 ]所述精解析部分的“X”形頻譜波長范圍在所述粗解析部分“X”形頻譜波長范圍之內(nèi)。
[0012]所述的MZI光波導(dǎo)主要由1X2麗1、2XmMI以及連接在1X2麗I和2XmMI之間不等臂長的兩條波導(dǎo)構(gòu)成。
[0013]所述的ro探測器采用CMOS工藝兼容的鍺硅(Ge-Si)光電探測器，將微環(huán)和MZI輸出的光信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以便后續(xù)的電路信號(hào)處理。
[0014]所述的分路I X 2功分器和中間功分器均采用MMI。
[0015]所述的微環(huán)與兩側(cè)的直波導(dǎo)的耦合間隙相同。
[0016]本發(fā)明MZI干涉周期的調(diào)節(jié)可以通過改變MZI兩臂的光程差來實(shí)現(xiàn)，即可以通過改變MZI的兩個(gè)臂的長度差來實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)寬譜范圍內(nèi)波長解析，MZI干涉周期需要較大，SPMZI的兩臂的相位差要較小。微環(huán)諧振器由于其具有陡峭的濾波譜線，將兩個(gè)微環(huán)的濾波譜線形成“X”形，便可以在較小的波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高分辨率的波長檢測。
[0017]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0018]本發(fā)明波長解析系統(tǒng)分為粗解析和精解析兩部分。采用多個(gè)不等臂長的硅基MZI作為粗解析實(shí)現(xiàn)寬波長范圍內(nèi)低分辨率的檢測，多個(gè)半徑不同的硅基微環(huán)作為精解析實(shí)現(xiàn)高分辨率窄波長范圍的檢測。并且結(jié)合硅基上成熟的ro探測器，獲得了結(jié)構(gòu)緊湊、解析速度快、分辨率高、低功耗的波長解析器，特別是片上集成型兩級(jí)波長解析器，對(duì)于集成光學(xué)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
[0019]本發(fā)明提出利用不同干涉周期MZI的干涉譜線和半徑不同的微環(huán)的洛倫茲濾波譜線各自形成“X”型頻譜來實(shí)現(xiàn)片上集成型寬的波長范圍內(nèi)高精度的波長解析功能。
[0020]本發(fā)明可以同時(shí)解決波長檢測分辨率和波長范圍之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)寬的波長范圍內(nèi)高分辨率的波長檢測，經(jīng)實(shí)施測試可達(dá)在60nm波長范圍內(nèi)1.5pm左右的波長檢測。
[0021]本發(fā)明器件可以用平面集成光波導(dǎo)工藝制作，成本低，性能高，損耗小，與傳統(tǒng)的CMOS工藝完美兼容，結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，具有大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例輸出的濾波譜線原理示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明解析器的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明解析器放置在SOI上的結(jié)構(gòu)平面圖。
[0025]圖4是本發(fā)明解析器放置在SOI上的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中:1、第一個(gè)MZI傳輸譜線，2、第二個(gè)MZI傳輸譜線，3、第一個(gè)微環(huán)傳輸譜線，4、第二個(gè)微環(huán)傳輸譜線，5、粗解析形成的“X”形頻譜，6、精解析形成的“X”形頻譜，7、輸入光波導(dǎo)，8、分路I X 2功分器，9、MZI光波導(dǎo)，10、微環(huán)連接波導(dǎo)，11、微環(huán)，12、中間I X 2功分器，13、微環(huán)輸出光波導(dǎo)，15、Η)探測器，16、頂層娃，17、二氧化娃襯底，18、底層娃。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0028]如圖2所示，本發(fā)明包括輸入光波導(dǎo)7連接分路1X2功分器8、粗解析部分、精解析部分和H)探測器15;輸入光波導(dǎo)7連接分路1X2功分器8分為兩路，兩路分別連接粗解析部分和精解析部分，粗解析部分和精解析部分的末端均連接PD探測器15，粗解析部分和精解析部分輸出的濾波譜線均為“X”形頻譜。兩級(jí)波長解析器分為粗解析和精解析兩部分，粗解析部分實(shí)現(xiàn)寬波長范圍內(nèi)低分辨率的波長檢測，精解析部分實(shí)現(xiàn)窄波長范圍內(nèi)高分辨率的波長檢測。待檢測的光信號(hào)從光波導(dǎo)7輸入，分別經(jīng)過粗解析和精解析器之后連接到H)探測器15上。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明分為兩級(jí)波長解析，第一級(jí)波長解析由第一個(gè)MZI傳輸譜線I和第二個(gè)MZI傳輸譜線2組成，形成粗解析的“X”形頻譜5，其可以實(shí)現(xiàn)很寬波長范圍內(nèi)低分辨率的波長檢測；第二級(jí)波長解析由第一個(gè)微環(huán)傳輸譜線3和第二個(gè)微環(huán)傳輸譜線4組成，形成精解析的“X”形頻譜6，其可以實(shí)現(xiàn)較窄波長范圍內(nèi)很高分辨率的波長檢測。兩者相結(jié)合就可以實(shí)現(xiàn)寬波長范圍內(nèi)高分辨率的波長檢測。
[0030]粗解析部分包括多個(gè)平行并聯(lián)排布的MZI光波導(dǎo)9和中間功分器12，分路1X2功分器8經(jīng)中間功分器12與各個(gè)MZI光波導(dǎo)9輸入端連接，各個(gè)MZI光波導(dǎo)9輸出端連接各自的PD探測器15輸出。中間功分器12可采用I X 2功分器、I X 3功分器、I X 4功分器或者上述各種的組