CN106133563A - 波长可调谐的mems‑法布里‑珀罗滤波器 - Google Patents

Abstract

将一种基于法布里‑珀罗(FP)滤波腔调谐的使用微机电系统(MEMS)的波长可调谐增益介质设置为可调谐激光器。所述系统包括激光腔以及用于波长选择的滤波腔。所述激光腔由如半导体光放大器(SOA)等增益介质、两个准直透镜以及一端部反射镜组成。所述MEMS‑FP滤波腔包括可通过静电力控制的固定反射镜以及可移动反射镜。通过移动MEMS反射镜，能够通过改变FP滤波腔长度来调谐波长。所述MEMS‑FP滤波腔的位移能够通过使用阶梯电压来离散调谐或通过使用连续的驱动电压来连续调谐。用于连续调谐的驱动频率能够为MEMS结构的谐振频率或任何其它频率，并且调谐范围能够覆盖如30nm、40nm以及超过100nm等不同的调谐范围。

Description

波长可调谐的MEMS-法布里-珀罗滤波器

优先权声明

本申请基于35U.S.C.§119(e)要求于2013年11月26日提交的美国临时申请61/909,277的优先权，其全文通过引用并入本文中。

技术领域

本文所描述的技术一般涉及用于可调谐激光光源中的法布里-珀罗滤波器(Fabry-Perot filter)，更具体地，涉及包括MEMS装置的法布里-珀罗滤波器。

背景技术

法布里-珀罗(FP)滤波器已经在可调谐激光光源中广泛使用，包括那些具有外腔以及环形腔的激光光源。在此类激光器中，滤波腔处于激光腔外部。FP滤波器使用本领域技术人员公知的经典波长调谐方法，所以这里只做简要描述。详细描述可以参考K.K.Sharma,"OPTICS:Principles and Applications",Academic Press；1^st edition(2006.08.30)，该文献通过引用并入本文中。可调谐FP滤波器的光腔包括通过气隙分开的两个反射镜，即固定反射镜和可移动反射镜。由多种介电材料制成的分布式布拉格反射镜(DBR)由于具有高反射率而通常用作腔体反射镜。

FP滤波器的三个关键参数分别为其自由光谱范围(FSR)、腔体精细度以及腔体滤波器带宽，但是这三个参数全部依赖于有效光腔长度以及有效反射率。为了更精确地计算FP滤波器参数，需要使用该滤波器的有效光腔长度。该长度包括腔体反射镜之间的光程以及穿透进介电DBR反射镜的光学穿透深度。光程定义为，光线行进的物理(几何)距离乘以其传播通过的介质/媒介的折射率的乘积。

在FP滤波器中，最大传输的波长周期性出现，并且相邻极大值之间的间隔(模间隔)称为自由光谱范围，由符号△λ_FSR表示。对于给定的设计波长λ，FP滤波器的FSR由腔体反射镜之间的有效光程L_eff确定，即由有效光腔长度确定，其表示为：

$({\mathrm{\Δ\λ}}_{FSR}=\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{2L_{eff}})---\left(1\right)$

特别地，该限定关系显示了FSR与光腔长度成反比：因此，腔体越短，FSR越宽。

FP滤波器的精细度由FP腔的有效反射率reff如下确定：有效反射率则通过两个反射镜的反射率来确定。该反射率的取值范围为0<r_eff<1。

FP滤波器的FSR与其带宽的比值就是其精细度F_FP。这个量比类似于该装置的品质因子(“Q因子”)。因此，对于恒定的FSR，使滤波器带宽变窄可以使得精细度变大。

FP滤波器的滤波器带宽δλ_FP为每一传输峰的锐度。该带宽由干涉仪片的反射率(以及损耗)以及片间距所确定。该带宽还为自由光谱范围(FSR)和精细度(F)的比值，并且由下式给出：

${\mathrm{\&delta;\&lambda;}}_{FP}=\frac{{\mathrm{\&Delta;\&lambda;}}_{FSR,FP}}{F_{FP}}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}^2}{2L_{eff}}\frac{1-r_{eff}}{\mathrm{\&pi;}\sqrt{r_{eff}}}---\left(2\right)$

其中λ为设计波长，L_eff为FP腔的有效光腔长度。滤波器带宽也是其最小可分辨带宽(即其分辨率)。窄滤波器带宽对于高光传输、低插入损耗以及低波前失真是合乎需要的。可以看出，实现窄滤波器带宽的关键要求是：(1)较长的有效光腔长度；以及(2)较高的FP腔反射镜的反射率。

可以通过改变滤波腔长度，来将FP可调谐滤波器调谐至选定的波长。FP滤波器的波长调谐范围Δλ由下式给出：

$\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&lambda;}=\mathrm{\&lambda;}\frac{\mathrm{\&Delta;}L}{L_{eff}}---\left(3\right)$

其中Δλ为FP腔的腔长的变化量。该波长调谐范围通常小于FP滤波器的FSR。为了实现宽波长调谐范围(例如100nm或100nm以上)，有效光腔长度应当在几微米范围内。

人们已经使用微机电系统(MEMS)技术来改变滤波腔长度(并且因此改变有效光腔长度)，以使得能够实现波长调谐。例如，这样一种使用MEMS的可调谐法布里-珀罗滤波器在于2002年4月16日授予Flanders的美国专利6,373，632B1中公开，该专利名称为“TunableFabry-Perot Filte”，其通过引用并入本文中。

在这个专利中，限定FP腔的两个反射镜位于两个单独的晶元上，两个晶元接着被键合(bonded)到一起。确保反射镜在此工艺完成之后彼此平行是很重要的。运动来自移动FP腔一侧上的膜。滤波器具有一个腔；而另一个相邻的腔则由MEMS限定。尽管将两个芯片键合使得能够灵活配置滤波器光腔长度，从而实现所需的带宽以及FSR，但是将两个芯片键合增加了制备复杂性以及制作成本。

发明内容

本发明包括使用MEMS的FP滤波器，其中MEMS腔为FP滤波腔的一部分。此种结构从制备的观点来看是有效的，以及在设计上是紧凑的。本发明涉及使用一系列半导体制备工艺来制作MEMS-FP滤波器，以取代进行昂贵的并且更复杂的分立组件的键合，正如之前已经描述过的。通过设计一种只具有一个腔体的装置，该腔体包括MEMS(静电的)以及光学功能件(而不是分开的腔体)，避免了键合(bonding)步骤。此外，在制备工艺期间，能够蚀刻出气隙，该气隙为FP滤波器的一部分。

此外，能够对本发明的MEMS-FP滤波器进行离散或连续的调谐。所述滤波器能够覆盖不同的设计波长窗口，从100-3000nm，优选从600-1800nm，包括：600-699nm、700-799nm、800-899nm、900-999nm、1000-1099nm、1100-1199nm、1200-1299nm、1300-1399nm、1400-1499nm、1500-1599nm、1600-1699nm、1700-1800nm。优选的设计波长可包括，例如，850nm、1060nm、1300nm、1550nm以及1750nm。

对FP滤波器进行设计以及构造的动力在于，希望实现窄滤波器带宽以及宽FSR，从而产生更高的精细度。然而，同时最大化这两个参数是很困难的。在实际中，这两个参数受限于滤波腔长度、反射镜的反射率以及如反射镜对准和键合等结构方面。因此，以滤波腔能够提供所需的滤波器带宽以及FSR的方式来配置该滤波腔是很重要的。

在本发明中，FP滤波器的光腔由以下组成：晶元衬底背侧上的固定反射镜、在已经从衬底蚀刻掉切口后剩下的晶元衬底部分、衬底顶侧上的抗反射涂层、气隙以及可移动反射镜。晶元衬底的顶侧以及移动的反射镜用作MEMS电极。因此，MEMS静电腔与滤波器光腔在空间中重叠并且为该滤波器光腔的一部分。因此，本发明的设计方法无需将两个分开的MEMS芯片键合以形成分开的MEMS腔以及FP滤波腔。本发明的MEMS-FP滤波器为一种集成装置，使得无需对准来形成滤波器光腔以及MEMS静电腔。滤波器光腔的长度能够通过调整形成该滤波腔的部分衬底的厚度来进行配置。因此，能够在不改变MEMS静电腔的情况下来配置滤波器光腔(optical cavity)。此外，能够使用高反射金属涂层或多层介电DBR反射镜来实现两腔体反射镜的高反射率。因此，本发明提供一种具有改进灵活性的设计，以配置FP滤波器光腔长度以及反射率来实现所需的滤波器带宽以及FSR。在一些实施例中，可移动反射镜由介电结构组成，而在其它实施例中，可移动反射镜为其上具有多层DBR反射镜的MEMS结构。

在一个实施例中，本发明包括一种可调谐MEMS-FP滤波器，所述可调谐MEMS-FP滤波器包括：具有上表面和下表面的半导体或介电衬底；连接至所述衬底下表面的固定反射镜、设置在所述衬底上表面的底部电极以及设置在所述衬底上表面的AR层；具有上表面和下表面的可移动反射镜，所述可移动反射镜由一个或多个悬挂梁支撑，并且包括MEMS结构、多层介电DBR反射镜以及设置在所述可移动反射镜上表面的顶部电极，其中在所述可移动反射镜的下表面和所述衬底的上表面之间形成气隙；其中在所述固定反射镜和可移动反射镜之间形成光腔。所述装置通过配置电压源来工作，所述电压源在所述顶部电极和底部电极之间提供电压以改变所述光腔腔长。

在另一实施中，一种可调谐MEMS-FP滤波器，包括：具有上表面和下表面的半导体或介电衬底；连接至所述衬底下表面的固定反射镜、设置在所述衬底上表面的底部电极以及设置在所述衬底上表面的AR层；具有上表面和下表面的可移动反射镜，所述可移动反射镜由一个或多个悬挂梁支撑，并且包括多层介电DBR反射镜以及设置在所述上表面上的顶部电极，其中在所述可移动反射镜的下表面和所述衬底的上表面之间形成气隙；其中在所述固定反射镜和可移动反射镜之间形成光腔；以及在所述顶部电极和底部电极之间提供电压以改变所述光腔腔长的电压源。

本发明进一步包括一种制备MEMS-FP滤波器的方法，对于示例性的滤波器实施例，这样一种方法包括：从衬底的下表面蚀刻切口；将一个或多个多层介电DBR反射镜沉积到所述切口的表面；将抗反射涂层沉积到所述衬底的上表面；对所述抗反射涂层进行图形化以及蚀刻；将底部电极沉积到所述衬底的上表面；对所述底部电极进行图形化以及蚀刻；将牺牲层、MEMS结构以及顶部电极沉积在所述图形化抗反射涂层以及底部电极的顶部上；对所述顶部电极进行图形化以及蚀刻；将一个或多个多层介电DBR反射镜沉积到所述MEMS结构以及顶部电极上；对所述MEMS结构上的多层介电DBR反射镜进行图形化以及蚀刻；以及选择性蚀刻所述MEMS结构以及牺牲层(sacrificial layer)以产生气隙以及将所述衬底连接至所述MEMS结构的支撑框架。

附图说明

图1A为静电驱动的MEMS系统结构的示意图；

图1B为MEMS-FP滤波器系统的可移动反射镜的俯视图；

图2A以及2B为根据本发明的两个示例性实施例，基于MEMS-FP滤波器的介电反射镜的示意图；

图3A以及3B为根据本发明的两个示例性实施例，基于MEMS-FP滤波器的介电反射镜和HR涂层的示意图；

图4为根据本发明的示例性实施例，基于MEMS-FP滤波器的HR涂层的示意图；

图5为基于本发明的MEMS-FP滤波器，可调谐激光器系统结构的示意图；

图6为基于本发明的MEMS-FP滤波器，光纤耦合的可调谐激光器系统结构的示意图；

图7为根据本发明，MEMS-FP滤波器的制造步骤的工艺流程图；

不同附图中的相同标记符号表示相同的元件。

具体实施方式

在本文的说明书中，本发明的各个实施例示出了增加有效光腔长度和增强有效反射率的MEMS-FP滤波腔反射镜的不同结构。本发明的可调谐MEMS-FP滤波器能够被并入自由空间集成的可调谐激光光源或并入光纤耦合的可调谐激光光源。

平行板静电驱动常用于MEMES装置中。平行板驱动器是一种电容器，该电容器的其中一块板悬挂在支撑结构上，使得当在两平行板之间施加驱动电压V时，该板能够移动。电压位移关系由下式给出：

$V=\sqrt{\frac{2k_{eff}\mathrm{\&Delta;}L{(L_{air}-\mathrm{\&Delta;}L)}^2}{\mathrm{\&epsiv;}A}}---\left(4\right)$

其中V为驱动电压，L_air为两板之间的气隙长度，A为板的面积，ε₀为真空介电常数，k_eff为MEMS结构的有效弹性系数，△L为移动的MEMS板的位移。

因此，如果MEMS腔为FP光腔的一部分，则能够离散地调谐波长，这是因为当使电压呈阶梯状时，滤波腔长度呈增量式变化。

还能够通过以任意驱动频率，尤其是以其谐振频率，动态驱动MEMS结构，以连续地(而不是离散地)调谐波长。MEMES结构的谐振频率f由下式给出：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}}\sqrt{\frac{k_{eff}}{m_{eff}}}---\left(5\right)$

其中m_eff为MEMS结构的有效质量。

有效光腔长度越长，MEMS电极之间所需的间距则越大，那么就需要越高的驱动电压来使移动的MEMS结构发生位移。

在本发明中，对于给定的设计波长，滤波腔长度可配置为实现所需的FP滤波器FSR，从而因此实现所需的波长调谐范围。MEMS-PF滤波器的FSR能覆盖至少50nm，优选地，FSR为100nm或100nm以上。波长调谐范围能够等于或小于FP滤波器的FSR。因此，波长调谐范围能够覆盖50nm，优选的调谐范围为100nm或100nm以上。对于所需的FSR以及选定的设计波长，从方程(1)能够计算出有效光腔长度。例如，对于所需的FP滤波器FSR为150nm以及设计波长为1300nm来说，有效光腔长度应为5.63μm。本发明并不局限于此实例。有效光腔长度能够被设计用于任意所需的FP滤波器FSR以及选定的设计波长。

在FP滤波器中，要实现窄的滤波器带宽，则需要较高的有效反射率。有许多种方式来实现高反射率，包括使用高反射金属涂层反射镜以及分布式布拉格反射镜(DBR)。DBR反射镜由四分之一波长厚度的高低折射率介电材料的交替层组成。四分之一波长层具有光学厚度n_it_i(n_i为第i层的折射率，t_i为其厚度)，其满足以下表达式：n_it_i＝λ/4，其中λ为FP滤波器的设计波长。通常，DBR包括多达20层。

在本发明中(参见图1)，固定反射镜114以及可移动反射镜115两者的反射率是可配置的，以用于最大化MEMS-FP滤波器的有效反射率。根据有效光腔长度以及设计波长，MEMS-FP滤波腔(filter cavity)反射镜能够被配置为实现大于0.9895、大于0.9975以及大于0.9997的腔体反射率，从而分别提供窄于(即更好的)0.1nm、窄于0.025nm以及窄于0.003nm的滤波器带宽。

图1A为根据本发明的MEMS-FP滤波器110的基本特征的示意图。在此示意图中，可移动反射镜115由一个或多个悬挂梁所支撑。在图1A中，这些悬挂梁由具有有效弹簧刚度k_eff的等效弹簧118来表示。固定反射镜114和移动反射镜115之间的间隔由气隙111来填充。来自电压源116的电压的施加使得在两反射镜之间产生静电力，从而引起可移动反射镜115发生移动，其显示为位移距离112。

图1B示出了可移动反射镜115的顶部示意图。可移动反射镜115包括MEMS膜117、悬挂梁113以及支撑框架218。可移动的MEMS膜117通过使用具有支撑框架218的悬挂梁113来悬挂。对于可调谐FP滤波器，MEMS膜117的直径通常为200μm至500μm。MEMS驱动电压116取决于MEMS几何布局、材料、气隙111以及目标位移112。驱动电压116通常在50V至500V的范围内。

在图2A、2B、3A、3B的实施例中，已经将衬底212的下表面蚀刻，以产生放置固定反射镜的切口。需要该切口是因为晶元或衬底通常太厚而不能用作FP滤波器的滤波腔的一部分。通过蚀刻出切口，对于所需的FSR，能够实现所需的有效光腔长度。

图2A示出了MEMS-FP滤波器210的一个实施例的截面图(沿图1B中的A-A线)。在此实施例中，固定反射镜114包括多层介电DBR反射镜214。可移动反射镜115包括MEMS结构211以及多层介电DBR反射镜213。MEMS结构211能够由Si、SiNx或任意介电材料制成。可移动反射镜115通过支撑框架218连接至衬底，支撑框架218充当边缘处的悬挂梁，并且允许MEMS结构211被移动。气隙111因而被封闭在支撑框架218以及两反射镜之间。MEMS电极217以及219分别被沉积到衬底212以及可移动反射镜115上，并且均被连接至电压源(未示出)。

MEMS-FP滤波器210的光腔长度由输入光220穿进固定反射镜114的光学穿透深度、部分衬底212的厚度216、抗反射(AR)涂层215的厚度、气隙111的长度、MEMS结构211的厚度以及光线穿进反射镜213的光学穿透深度组成。在此实施例中，MEMS-FP的光腔长度因此由下式给出：

L_eff＝L_pen，fixed+n_subL_sub+n_ARL_AR+L_air

+n_MEMSL_MEMS+L_{pen，moveable} (6)

其中L_pen,fixed为光线穿进反射镜114的光学穿透深度，L_sub为沿FP腔的光路的衬底厚度216，n_sub为衬底材料的折射率，L_AR为抗反射(AR)涂层215的厚度，n_AR为AR涂层材料的折射率，L_air为MEMS的气隙111，L_MEMS为MEMS结构211的厚度、n_MEMS为MEMS结构材料的折射率，L_pen,moveable为光线穿进反射镜213的光学穿透深度。

通过固定反射镜114进入MEMS-FP滤波腔的输入光220传输通过可移动反射镜115，并且显现为经滤波的输出光230。和任何FP滤波器一样，经滤波的输出光230的波长以及带宽取决于有效腔长L_eff以及两个滤波腔反射镜的整体反射率。经滤波的输出光230的波长能够通过施加电压来调谐，该电压改变MEMS可移动反射镜的位移112，从而改变有效腔长L_eff。

任何半导体或介电衬底(例如Si、InP、GaAs或GaP)能够用作衬底212。通过将AR涂层215置于光腔内的部分衬底216和可变气隙111之间的界面处，形成MEMS-FP的光腔。空气-衬底界面处的AR涂层使得该界面的反射最小化，从而改进了在反射镜之间形成的滤波器光腔。总的有效光腔长度包括部分衬底216、AR涂层215的厚度以及气隙111。任何介电材料(例如Si/SiO₂、Si/Al₂O₃、Ta₂O₅/SiO₂或SiO₂/TiO₂)的组合能够被结合作为多层介电DBR反射镜213以及多层介电DBR反射镜214，以实现高反射率。

MEMS-FP滤波器的有效光腔长度为半设计波长的整数倍。介电DBR反射镜的层厚以及层数取决于设计波长以及所需的反射率。DBR反射镜层的光学厚度通常是四分之一MEMS-FP滤波器的设计波长。

图2B为根据本发明示出了MEMS-FP滤波器的另一实施例250。在此实施例中，可移动反射镜115包括由多层介电DBR反射镜217构成的MEMS结构。此实施例的其它方面与图2A相同。在此实施例中，MEMS-FP的光腔长度由下式给出：

L_eff＝L_pen，fixed+n_subL_sub+n_ARL_AR+L_air+L_{pen，moveable} (7)

图3A示出了MEMS-FP滤波器310的另一实施例。在此实施例中，固定反射镜114包括高反射率(HR)涂层311。可移动反射镜115包括MEMS结构211以及MEMS结构上的多层介电DBR反射镜213。在此实施例中，MEMS-FP的有效光腔长度由下式给出：

L_eff＝n_subL_sub+n_ARL_AR+L_air+n_MEMSL_MEMS+L_{pen，moveable} (8)

图3B示出了MEMS-FP滤波器350的另一实施例。在此实施例中，可移动反射镜115为包括多层介电DBR反射镜的MEMS结构211。在此实施例中，MEMS-FP的有效光腔长度由下式给出：

L_eff＝n_subL_sub+n_ARL_AR+L_air+L_{pen，moveable}

(9)

图3A以及3B的实施例分别与图2A以及2B的不同，区别在于，图2A以及2B的各自多层介电DBR反射镜被图3A以及3B中的HR涂层所代替。

图4示出了MEMS-FP滤波器410的另一实施例。在此实施例中，固定反射镜114包括高反射(HR)涂层311。可移动反射镜115包括高反射(HR)涂层312以及MEMS结构211。在此实施例中，MEMS-FP的有效光腔长度由下式给出：

L_eff＝n_subL_sub+n_ARL_AR+L_air+n_MEMSL_MEMS

(10)

图5示出了基于本发明的MEMS-FP滤波器的可调谐激光光源500的实施例示意图。例如，图2A、2B、3A、3B以及4中的任何一种MEMS-FP滤波器可以是图5中的项510。可调谐激光器500包括激光腔520以及用于波长选择的滤波腔530。线性激光腔由反射镜116、增益介质如半导体光放大器(SOA)511、透镜512、另一透镜513以及反射镜114组成。滤波腔由固定反射镜114以及可移动反射镜115组成，两反射镜共同形成法布里-珀罗(FP)腔530。滤波腔长度L_FC530远短于激光腔长度L_LC520。通常滤波腔应当在5至20μm长的范围中，而激光腔通常在mm范围，例如20mm或更长。能够通过改变FP滤波腔长度来调谐波长。可调谐激光光线通过滤波腔的可移动反射镜115提供输出540。

图6示出了基于本发明的MEMS-FP滤波器的可调谐激光光源600的示意图；在此实施例中，环形激光腔包括增益介质(如SOA)511、第一光纤611、MEMS-FP滤波器610(其能够是本文所述的MEMS-FP滤波器中的任何一种，如在图2A、2B、3A、3B以及4中所示的MEMS-FP滤波器)、第二光纤612、a1X2的光纤耦合器614(其为容易获得的产品)以及第三光纤613。为了防止不希望的背反射，可以将双隔离器集成增益介质或光纤隔离器加入环形腔。环形激光腔通过光纤耦合器614能够提供经滤波的波长输出615。因此，耦合器614将光线分叉进光纤613以及输出615中。

制备方法

如本文所述的制备FP滤波器的示例性方法为针对图2A中的实施例来进行阐述。然而，在本领域技术人员的能力范围内，通过采用多种变形，该制备工艺能用于所有的实施例。

在本发明中，MEMS-FP滤波器210包括光腔以及MEMS静电腔。该光腔形成在固定反射镜114和可移动反射镜115之间，MEMS静电腔形成在底部电极217和顶部电极219之间。因此，集成MEMS-FP滤波器210通过使用一系列沉积以及蚀刻工艺来制备。如果适用的话，还能够在各个步骤中使用化学-机械抛光。将可移动反射镜115设计成通过施加在底部电极217和顶部电极219之间的驱动电压来移动。因此，光腔长度改变，从而允许调谐波长。

在本发明中，MEMS-FP静电腔为MEMS-FP滤波器光腔的一部分。能够通过改变该部分晶元衬底216的厚度来配置有效光腔长度，以得到所需的FSR。类似地，能够通过改变牺牲层的厚度来配置MEMS静电腔的长度(气隙111)，以得到所需的FSR以及波长调谐范围。

通过一系列半导体制备工艺来制作MEMS-FP滤波器210。图7为根据本发明示出了制作MEMS-FP滤波器210的方法步骤的流程图700。制备工艺中的第一步711为蚀刻衬底212的一个侧面(这里我们称该衬底侧面为下表面)，以形成具有所需的区域衬底216厚度的切口。接下来，在步骤712中，通过在切口内部的晶元衬底的下表面沉积高折射率和低折射率材料的交替层，来制作多层介电DBR反射镜214。接下来，在步骤713中，将AR涂层215沉积在衬底的另一侧面上(这里我们称该衬底侧面为上表面)。接着使用掩膜板对AR涂层进行图形化以及蚀刻。接下来，在步骤714中，将金属电极接触层217沉积在衬底晶元212的上表面，并且使用适当设计的掩膜板对其进行图形化以及蚀刻。金属电极接触层217用作MEMS结构的底部电极。接下来，将牺牲层(步骤715)、MEMS结构211(步骤716)以及另一金属接触电极219(步骤717)沉积在图形化AR涂层215以及底部电极接触层217的顶部上。随后，使用适当的掩膜板对金属接触电极219进行图形化以及蚀刻。金属接触电极219用作MEMS结构的顶部电极。在步骤718中，通过在MEMS结构211的顶侧以及顶部电极219上沉积高折射率和低折射率材料的交替层，来制作多层介电DBR反射镜213。接着，使用适当的掩膜板来对多层介电DBR反射镜213进行图形化以及蚀刻。最后，在步骤719中，进行选择性蚀刻工艺来产生功能性MEMS结构211、产生气隙111以及产生MEMS支撑框架218。气隙111以及支撑框架218通过蚀刻工艺从牺牲层中产生。这些蚀刻工艺的详细描述能够在以下文献中找到：G.D.Cole,E.Behymer,L.L.Goddard,and T.C.Bond,"Fabrication of suspended dielectricmirror structures via xenon difluoride etching of an amorphous germaniumsacrificial layer,"J.of Vacuum Science and Technology B,vol.26,no.2,pp.593-597,March/April 2008，该文献通过引用并入本文中。

以上描述旨在举例说明本技术的多个方面。而不旨在以本文记载的实施例来限制所附的权利要求。本发明现已完整公开了，对本领域技术人员显而易见的是，在没有背离所附权利要求的精神或范围下，可以做出多种改变和修改。

Claims (14)

1.一种可调谐MEMS-FP滤波器，包括：

具有上表面和下表面的半导体或介电衬底；

连接至所述衬底下表面的固定反射镜；

设置在所述衬底上表面的底部电极，以及设置在所述衬底上表面的AR层；

具有上表面和下表面的可移动反射镜，所述可移动反射镜由一个或多个悬挂梁支撑，并且包括MEMS、多层介电DBR反射镜以及设置在所述可移动反射镜上表面的顶部电极，其中在所述可移动反射镜的下表面和所述衬底的上表面之间形成气隙；

其中在所述固定反射镜和可移动反射镜之间形成光腔；以及

在所述顶部电极和底部电极之间提供电压以改变所述光腔腔长的电压源。

2.根据权利要求1所述的可调谐MEMS-FP滤波器，其中所述多层DBR反射镜包括：Si/SiO₂、Si/Al₂O₃、SiO₂/TiO₂或Ta₂O₅/SiO₂。

3.根据权利要求1所述的可调谐MEMS-FP滤波器，其中所述衬底包括选自Si、InP、GaAs或GaP的半导体或介电材料。

4.根据权利要求1所述的可调谐MEMS-FP滤波器，其中所述固定反射镜包括高反射率(HR)涂层。

5.根据权利要求1所述的可调谐MEMS-FP滤波器，其中所述固定反射镜包括多层介电DBR反射镜。

6.一种可调谐MEMS-FP滤波器，包括：

具有上表面和下表面的半导体或介电衬底；

连接至所述衬底下表面的固定反射镜、设置在所述衬底上表面的底部电极以及设置在所述衬底上表面的AR层；

具有上表面和下表面的可移动反射镜，所述可移动反射镜由一个或多个悬挂梁支撑，并且包括多层介电DBR反射镜以及设置在所述上表面的顶部电极，其中在所述可移动反射镜的下表面和所述衬底的上表面之间形成气隙；

其中在所述固定反射镜和可移动反射镜之间形成光腔；以及

在所述顶部电极和底部电极之间提供电压以改变所述光腔腔长的电压源。

7.根据权利要求6所述的可调谐MEMS-FP滤波器，其中所述固定反射镜包括高反射率(HR)涂层。

8.一种自由空间线性腔可调谐激光光源，包括如权利要求1所述的可调谐MEMS-FP滤波器。

9.根据权利要求8所述的可调谐激光光源，进一步包括一增益介质、两个透镜以及一端部反射镜。

10.根据权利要求9所述的可调谐激光光源，其中所述增益介质为SOA。

11.一种光纤耦合环形腔可调谐激光光源，包括如权利要求1所述的MEMS-FP滤波器、光纤耦合增益介质以及光纤耦合器。

12.根据权利要求11所述的光纤耦合环形腔可调谐激光光源，其中所述增益介质为SOA。

13.一种制备MEMS-FP滤波器的方法，所述方法包括：

从衬底的下表面蚀刻切口；

将一个或多个多层介电DBR反射镜沉积到所述切口的表面；

将抗反射涂层沉积到所述衬底的上表面；

对所述抗反射涂层进行图形化以及蚀刻；

将底部电极沉积到所述衬底的上表面；

对所述底部电极进行图形化以及蚀刻；

将牺牲层、MEMS结构以及顶部电极沉积在所述图形化抗反射涂层以及底部电极的顶部上；

对所述顶部电极进行图形化以及蚀刻；

将一个或多个多层介电DBR反射镜沉积到所述MEMS结构以及顶部电极上；

对所述MEMS结构上的多层介电DBR反射镜进行图形化以及蚀刻，以及

选择性蚀刻所述MEMS结构以及牺牲层以产生气隙以及将所述衬底连接至所述MEMS结构的支撑框架。

14.一种具有MEMS腔的MEMS-FP滤波器，所述MEMS腔为滤波器腔的一部分。