[发明专利]一种双层的温度不敏感且制备不敏感的MZI滤波器

说明书

本发明公开了一种双层的温度不敏感且制备不敏感的MZI滤波器，该滤波器包括第一干涉臂、第二干涉臂、第三干涉臂、第四干涉臂、过渡结构、taper结构、公共路径和耦合器部分；四个干涉臂和taper结构基于温度不敏感的弱限制性波导(Δ25％)；第一二干涉臂的材料和几何尺寸完全一致；第三四干涉臂的材料和几何尺寸完全一致；所述公共路径和耦合器部分是基于强限制性波导(Δ﹥25％)；过渡结构用于降低弱限制性波导和强限制性波导之间的过渡损耗；taper结构用于降低两种波导宽度之间的过渡损耗。本发明通过调节波导的长度与宽度来调节与宽度相关的有效折射率来消除MZI波导宽度变化对于有效折射率的影响，同时保持所需的光学相位差，从而实现制备不敏感的MZI滤波器。

技术领域

本发明属于光纤通信中的波分复用应用系统领域，具体涉及一种双层的温度不敏感且制备不敏感的MZI滤波器。

背景技术

光纤通信因其传输速度快、传输容量大等优势，在现代通信系统之中占据非常重要的地位，其应用非常广泛。但随着现代多媒体技术和网络应用的发展，需要传输的数据量急剧增长，为最大限度地提高光纤系统的通信容量，使用多载波波长的波分复用(WDM)系统应运而生。WDM系统中的关键器件就是波长多路复用/解复用器。多路复用器将所有波长通道组合在一根光纤上，而解多路复用器将波长从一根光纤分离到多波长通道。

常见多路(解)复用器的方式，即滤波方式有法布里一帕罗腔滤波器、多层介质薄膜滤波器、声光可调谐滤波器、光纤光栅滤波器、马赫一曾德尔干涉仪型滤波器(MZI)和阵列波导光栅滤波器。其中MZI滤波器是实现WDM系统中复用/解复用和波长路由功能的关键器件，可以以级联的方式实现平顶的频谱响应，具有低插入损耗、低串扰和偏振效应、可制作成极窄通带器件、易与光纤耦合和良好的梳状滤波性能。

目前MZI滤波器可以基于二氧化硅、氮化硅和硅等材料，分别代表基于低折射率差波导的MZI和基于高折射率差波导的MZI，虽然基于高折射率差波导的MZI得益于纳米级的波导尺寸和微米级的弯曲半径，可以实现很小的器件尺寸，但是因为制备精度的限制，硅基MZI通常具有高插入损耗和高串扰。而基于低相对折射率差的MZI，虽然器件性能很好，但由于弯曲半径过大，甚至达到毫米级别，因此单级的器件尺寸就非常大，更不要说级联的MZI。氮化硅是近年来日趋成熟的比较新的工艺，折射率介于二氧化硅和硅之间，但是基于氮化硅的器件的性能也同样受制于制备精度。

发明内容

本发明的目的是在保证甚至改善MZI滤波器工作性能的条件下，减小器件的尺寸，实现温度不敏感且制备不敏感(fabrication insensitive)的MZI滤波器。

为了实现以上设计目标，本发明的技术方案如下：

一种双层的温度不敏感且制备不敏感的MZI滤波器，包括第一干涉臂、第二干涉臂、第三干涉臂、第四干涉臂、过渡结构、taper结构、公共路径和耦合器部分。

所述第一干涉臂和第二干涉臂在宽度与波导材料等性质完全一样，而第三干涉臂和第四干涉臂在宽度与波导材料等性质完全一样；

所述taper结构可以是线性、指数型和抛物线型等的任何一种能够降低两种波导宽度之间的过渡损耗的形式；

所述第一到第四干涉臂和taper结构基于温度不敏感的弱限制性波导(Δ＜25％，Δ＝(n_c²-n_b²)/2*n_c²，n_c是芯层波导的有效折射率，n_b是包层波导的有效折射率)，包括但不限于氮化硅或者掺杂二氧化硅的波导等；

所述公共路径和耦合器部分是基于强限制波导(Δ＞25％)，包括但不限于硅(Si)波导或者表面等离子激元波导中的一种；所述的公共路径设于第一干涉臂与第二干涉臂之间、第三干涉臂与第四干涉臂之间。