CN107167873A - 一种环形反射式波导光栅滤波器及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环形反射式波导光栅滤波器及其制作方法，解决现有光子集成技术无法单片集成环形器的问题。所述反射式波导光栅滤波器包含输入波导，输出波导，波导光栅，输入波导一端包含输入光口，另一端与波导光栅相连，输出波导一端与输入波导通过耦合段形成非对称定向耦合器，输出波导另一端包含输出光口，波导光栅用于对所述输入光实现模式变换，产生反射光，非对称定向耦合器用于实现反射光模式的进一步变换，产生输出光。所述反射式波导光栅滤波器制作方法，包括采用电子束曝光方法制作绝缘体上硅波导材料体系滤波器；本发明还包括一种取样光栅制作方法。本发明实现了环形器功能，从而实现了波导光栅在光子集成芯片中的有效使用。
Description
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，特别涉及一种环形反射式波导光栅滤波器及其制作方法。
背景技术
随着互联网的发展，光子集成技术是光电子领域的发展趋势，光子集成技术是将多个分立的光电芯片集成在单个芯片上，环形器是光子集成芯片中常用的器件，但是因为材料、结构等方面的原因，现有技术不能单片集成环形器，这导致了在传统分立器件中，某些功能性元件不能有效集成在一起，限制了光子集成芯片的使用。比如，光纤光栅在光通讯中是一个常用的器件，其广泛用于色散补偿、分插复用以及光信号处理等功能。但是因为器件一般基于光纤光栅的反射光响应特性，光路中必须使用环形器，使得反射光从另一端口出射，实现反射光的有效利用。然而，因为无法单片集成环形器，所以单片集成波导光栅的使用会大为受限，并且目前尚无有效的解决方案。
发明内容
本发明提供一种环形反射式波导光栅滤波器及其制作方法，解决现有光子集成技术无法单片集成环形器的问题。
本发明实施例提供一种环形反射式波导光栅滤波器，包含输入波导，输出波导，波导光栅，所述输入波导一端包含输入光口，另一端与所述波导光栅相连；所述输出波导一端与所述输入波导通过耦合段形成非对称定向耦合器，所述输出波导另一端包含输出光口；所述波导光栅用于对所述输入光实现反射式模式变换，产生反射光；所述非对称定向耦合器用于实现反射光的模式变换，产生输出光。
优选地，所述波导光栅满足：β1+β2＝2π/Λ，且其中β1、β2分别为入射光、反射光的传播常数，Λ为光栅周期，neff1、neff2分别为入射光、反射光的有效折射率，λ为光波长。
所述波导光栅的光栅周期为：其中，Λ为光栅周期，neff1、neff2分别为入射光、反射光的有效折射率，λ为光波长。
优选地，所述波导光栅的结构为倾斜光栅结构或交错波导光栅结构。
优选地，所述倾斜光栅结构或交错波导光栅结构的波导光栅中间包含π相移结构。
进一步地，所述倾斜光栅结构或交错波导光栅结构的波导光栅中包含线性啁啾的纳米结构。
进一步地，所述波导光栅为等效倾斜光栅或等效交错光栅。
进一步地，当所述输入波导为宽波导、输出波导为窄波导时，所述入射波导光为0阶模、反射光为1阶模、所述输出光为0阶模；
当所述输入波导为窄波导、输出波导为宽波导时，所述入射波导光为1阶模、反射光为0阶模、所述输出光为1阶模。
本发明实施例还提供一种环形反射式波导光栅滤波器制作方法，包括以下步骤：在平整的绝缘体上硅的晶片上旋涂一层PMMA有机物或者其他电子束光刻常用的光刻胶；使用电子束曝光制作波导图形并显影，所述波导图形包括输入波导、输出波导、所述输出波导与所述输入波导通过耦合段形成的非对称定向耦合器；使用电感耦合等离子体刻蚀技术，选择性地把显影区域的硅刻蚀掉；在硅波导表面制备固定深度的表面光栅。
优选地，本发明实施例还提供一种环形反射式波导光栅滤波器制作方法，包括以下步骤：使用全息曝光技术在光刻胶上形成均匀光栅图案；通过对应的具有取样图案的光刻版进行普通曝光，把所述光刻版的图案复制到晶片的光刻胶上；将所述光刻胶上图案腐蚀在晶片上形成相应的取样光栅结构。
本发明有益效果包括：本发明一种环形反射式波导光栅滤波器等效实现了环形器功能，从而实现了波导光栅在光子集成芯片中的有效使用，同时由于结构上无原路单模反射光，避免了反射光对前端有源器件的干扰，本发明一种环形反射式波导光栅滤波器制作方法，在制造方面既可以使用常规的电子束曝光、纳米压印等方法，也可以使用重构等效啁啾技术实现等效相移、等效啁啾等复杂结构，简化了制造。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为一种环形反射式波导光栅滤波器装置结构实施例；
图2为光栅模式变换器实施例；
(a)为倾斜光栅模式变换器实施例；
(b)为交错光栅模式变换器实施例；
图3为模式变换过程中的相位匹配过程实施例；
图4为混合模式谐振腔实施例；
(a)为倾斜光栅结构的混合模式谐振腔实施例；
(b)为交错光栅结构的混合模式谐振腔实施例；
图5基于微结构准相位匹配技术制作等效光栅模式变换器
(a)为等效倾斜光栅模式变换器实施例；
(b)为等效交错光栅模式变换器实施例；
图6为基于微结构准相位匹配技术的等效光栅混合模式变换器
(a)为倾斜光栅混合模式谐振腔实施例；
(b)为基于等效交错光栅的混合模式谐振腔实施例；
图7为非对称定向耦合器实施例；
图8为基于等效交错光栅结构的滤波器阵列实施例；
图9为一种基于电子束曝光制作绝缘体上硅波导材料体系的滤波器的制作方法流程实施例；
图10为一种取样光栅制作方法流程实施例；
图11为光栅制作过程的实施例；
(a)为基本光栅制作过程；
(b)为取样光栅制作过程。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明基于一种特殊的波导光栅谐振原理，提出了具有类似集成环形器功能的反射式波导光栅滤波器。在该光栅中利用特殊的光栅形貌实现分布反射式模式变换，同时结合波导非对称定向耦合功能，将变换后的模式从另一根波导端口单模输出，因此整体性能等效实现环形器的功能，从而实现波导光栅在光子集成芯片中的有效使用。而且该结构无原路单模反射光，所以芯片上集成的激光器不会受到反射光的干扰，确保了激光器单模稳定运转。另外，对于该器件的制造，除开了传统的电子束曝光、纳米压印以及紫外光刻等方法，这里也提出了使用基于取样结构的重构等效啁啾技术等效实现光栅的微纳精细结构，如相移、啁啾等等，从而实现各种特性的基于波导光栅的光子集成器件。
本发明在计算耦合强度时引用了J.-P.Weber的文献“Spectral characteristicsof coupled-waveguide Bragg-reflection tunable optical filter”；本发明设计等效倾斜光栅时，引用了专利“微结构准相位匹配实现多维目标波导光栅和体光栅的制备方法”，专利申请号：201110104875.2，PCT NO:PCT/CN2011/085067。
以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
图1为一种环形反射式波导光栅滤波器装置结构实施例。作为一种环形反射式波导光栅滤波器的实施例，包含输入波导1，输出波导3，波导光栅2，所述输入波导一端包含输入光口，另一端与所述波导光栅相连；所述输出波导一端与所述输入波导通过耦合段形成非对称定向耦合器，所述输出波导另一端包含输出光口；所述波导光栅用于对所述输入光实现反射式模式变换，产生反射光；所述非对称定向耦合器用于实现反射光的模式变换，产生输出光。
优选地，所述输入波导，输出波导，波导光栅均制作在硅基二氧化硅基晶片上。
进一步地，所述波导光栅为布拉格光栅，所述波导光栅提供了一个光栅矢量，实现不同模式的相位匹配从而达到模式变换。
优选地，所述环形反射式波导光栅滤波器要求的波导是多模波导，具体至少支持2个模式。以0阶模和1阶模为例，如果所述输入波导的输入光为0阶模，所述波导光栅产生的反射光为1阶模，所述波导光栅产生的透射光为0阶模，经过所述非对称定向耦合器所述输出波导的输出光为0阶模；如果所述输入波导的输入光为1阶模，所述波导光栅产生的反射光为0阶模，所述波导光栅产生的透射光为1阶模，经过所述非对称定向耦合器所述输出波导的输出光为1阶模。
需要说明的是，所述输入波导的输入光可以是0阶模，1阶模，也可以是其它阶模式，这里不做具体限定。
还需要说明的是，在本发明实施例中所述波导光栅为倾斜光栅结构，所述波导光栅结构也可以为交错波导光栅结构，或者其它形貌结构。
本发明实施例利用在多模集成波导中模式反射式变换的布拉格波导光栅作为滤波器，并在反射端口利用非对称耦合器从另一根单模波导耦合出基模光。由于该结构无原路返回的导模，消除了反射光的反射串扰并能增加反射光的利用率，从而实现集成了类似环形器功能的反射式滤波器，并在相关的集成性系统中起到替代环形器或者隔离器的作用。
在本发明实施例中，所述波导光栅可以设计成外界信息系统需要的特定光学响应的含有特征码字的光栅结构，形成信号编码的功能，并从所述输出波导的输出光口耦合出来，与其它功能性光子器件单片集成，外界信号光可以通过光耦合器，如光栅耦合器等，耦合进入芯片，从而实现集成式光信号编码器。
在本发明实施例中，所述波导光栅还可以设计成滤波器、微分器、积分器或者希尔伯特变换器等特定电学响应需要的特定、对应的光学响应所需要的光栅结构，形成滤波器、微分器、积分器或者希尔伯特变换器等功能，并从所述输出波导的输出光口耦合出来，与其它功能性光子器件单片集成，从而实现集成式微波光子滤波器、微波光子微分器、微波光子积分器以及微波光子希尔布特变换器等集成式的微波光子系统。
在本发明实施例中，所述波导光栅上可以加载温度、环境折射率，如液体折射率、气体折射率，震动等条件，所述波导光栅的反射光谱特性发生变化，并从所述输出波导的输出光口耦合出来，进入信号处理系统，从而实现传感信号的检测。
在本发明实施例中，所述环形反射式波导光栅滤波器可以替代传统的基于布拉格光栅的光子功能性器件与相关系统，也可以与其他光电子器件单片集成，比如集成激光器、调制器、光栅滤波器等，从而实现单片集成功能性芯片。
图2为光栅模式变换器实施例，其中(a)为倾斜光栅模式变换器实施例，(b)为交错光栅模式变换器实施例。作为一种反射式波导光栅滤波器的实施例，包含输入波导，输出波导，波导光栅，所述波导光栅的结构可以是倾斜光栅结构，也可以是交错光栅结构。
所述倾斜光栅结构的光栅角度与波导有倾斜角，所述交错光栅结构的波导上下两部分光栅周期有180度相位差，得到反对称的结构。
所述波导光栅的光栅周期为：
其中，Λ为光栅周期，neff1为入射光的有效折射率、neff2为反射光的有效折射率，λ为光波长。
优选地，0-1模式的耦合强度可表示为：
其中，κ01为0-1模式的耦合强度，ω为入射光和反射光的角速度，ε0为介电常数，Ψ(x)0为0阶模的横向电场分布函数，Ψ(x)1为1阶模的横向电场分布函数，Δε(x)是横向的介电常数分布。
以TE0/TE1双模式为例，在倾斜结构或交错结构波导光栅中，当所述入射光模式为TE0时，所述反射光的模式为TE1，当所述入射光的模式为TE1时，所述反射光的模式为TE0。
需要说明的是，所述输入波导的输入光可以是TE0模，TE1模，也可以是TM0模与TM1模，或者其它阶模式，这里不做具体限定。
图3为模式变换过程中的相位匹配过程实施例。
所述波导光栅应满足：
β1+β2＝2π/Λ (3)
其中，β1为入射光的传播常数、β2为反射光的传播常数，Λ为光栅周期，neff1为入射光的有效折射率、neff2为反射光的有效折射率，λ为光波长。
以TE0/TE1双模式为例，当所述入射光模式为TE0时，所述反射光的模式为TE1，即neff1为TE0模的有效折射率，neff2为TE1模的有效折射率。
图4为混合模式谐振腔实施例，其中(a)为倾斜光栅结构的混合模式谐振腔实施例，(b)为交错光栅结构的混合模式谐振腔实施例。作为一种反射式波导光栅滤波器的实施例，包含输入波导，输出波导，波导光栅，所述波导光栅的结构为倾斜光栅结构或交错波导光栅结构，所述倾斜光栅结构或交错波导光栅结构的波导光栅中间包含π相移结构。
进一步地，在所述倾斜光栅结构或交错波导光栅结构的波导光栅中间插入π相移结构，会形成一个窄带滤波器，由于模式的分布反射式变换，本发明插入的π相移结构和传统π相移结构相比有很大的不同，传统的π相移结构如果入射光是0阶模，那么透射光和反射光都是0阶模，本发明插入的π相移结构如果入射光是0阶模，透射光也是0阶模，而反射光是1阶模；传统的π相移结构如果入射光是1阶模，那么透射光和反射光都是1阶模，本发明插入的π相移结构如果入射光是1阶模，透射光也是1阶模，而反射光是0阶模。
需要说明的是，所述输入波导的输入光可以是0阶模，1阶模，也可以是其它阶模式，这里不做具体限定。
进一步地，所述倾斜光栅结构或交错波导光栅结构的波导光栅中包含线性啁啾纳米结构。
需要说明的是，所述波导光栅中制作π相移结构，形成窄带的滤波器，也可以插入多个π相移结构或者其他相移结构。光信号波长对准透射峰，利用电调制波导光栅的折射率，动态调谐光栅的透射峰，形成对光的调制功能。
在本发明实施例中，在所述波导光栅中引入线性啁啾等其他复杂纳米结构，反射光谱特性也和普通线性啁啾光栅一样，会在反射谱中引入一个线性的时延。这一特性常用于色散补偿与脉冲整形中。另外，其他各种光栅纳米精细结构都可以引入在波导光栅中，比如非线性啁啾、切趾等等实现各种特殊的光谱响应。甚至可以利用光栅的逆算法，比如分层剥离算法(DLP)等，实现所需要的响应重构光栅结构。
本发明实施例，所述波导光栅设计成外界信息系统需要的特定光学响应的啁啾形貌或者相移结构，形成色散补偿或滤波的功能，并从所述输出波导的输出光口耦合出来，与其它功能性光子器件单片集成，外界信号光可以通过光耦合器，如光栅耦合器等，耦合进入芯片，从而实现集成式色散补偿器与窄带滤波器。
图5为基于微结构准相位匹配技术制作等效光栅模式变换器。其中，(a)为等效倾斜光栅模式变换器实施例，(b)为等效交错光栅的模式变换器实施例。
作为本发明一种反射式波导光栅滤波器进一步优化的实施例，包含输入波导，输出波导，波导光栅，所述波导光栅为等效倾斜光栅或等效交错光栅。
所述等效倾斜光栅(或等效交错光栅)包含基本光栅和取样光栅。
所述等效倾斜光栅是通过微结构准相位匹配技术实现的，所述等效倾斜光栅的光栅矢量可以由基本光栅的光栅矢量和取样光栅的光栅矢量计算得到，所述基本光栅为小周期的均匀的种子光栅，在所述基本光栅上面制作大周期的取样结构，形成所述取样光栅。所述基本光栅的周期一般为几百纳米，所述取样结构的周期一般为微米量级。所述取样光栅的傅里叶展开会有很多傅立叶级次，每个傅里叶级次也都是周期性函数，因此所述取样光栅的每一个傅里叶级次也可以看成一个光栅，为傅里叶子光栅。
所述等效倾斜光栅的+1级的子光栅矢量可表示为：
其中，为+1级的傅里叶子光栅矢量，即所述等效倾斜光栅的光栅矢量；为基本光栅的光栅矢量；为取样结构的傅里叶+1级的光栅矢量；Λ1为所述等效倾斜光栅(即+1级的傅里叶子光栅矢量)的光栅周期，为所述等效倾斜光栅(即+1级的傅里叶子光栅)矢量的方向。
所述等效倾斜光栅(即+1级的傅里叶子光栅)矢量中包含了光栅周期和光栅倾斜角度或方向信息，通过设计基本光栅的光栅矢量和取样结构的傅里叶+1级的光栅矢量就可以得到等效倾斜光栅结构+1级的傅里叶子光栅矢量，所述等效倾斜光栅(即+1级的傅里叶子光栅)矢量在波导方向的投影的光栅周期等于所述所需要制作的光栅周期，所述等效倾斜光栅(即+1级的傅里叶子光栅)的方向与所需要制作的方向相同，因此通过设计基本光栅和取样结构就可以得到所述等效倾斜光栅。
所述等效交错光栅是通过重构等效啁啾技术实现的，在所述光栅波导的横向两侧光栅取样结构的初相位移动半个取样周期，即π相位，可得到交错的等效光栅。
所述等效交错光栅的+1或者-1级的傅里叶子光栅周期可以由基本光栅周期和取样周期计算得到，所述等效交错光栅的+1或者-1级的傅里叶子光栅周期可表示为：
其中，Λ+1为所述等效交错光栅的+1级的傅里叶子光栅周期，Λ-1为所述等效交错光栅的-1级的傅里叶子光栅周期，Λ0为所述基本光栅周期，P为所述取样周期。
所述取样光栅中+1级或者-1级的傅里叶子光栅周期与所需要实际制作的交错光栅的光栅周期相同，因此通过设计所述基本光栅和所述取样结构的光栅周期可以得到所述等效交错光栅的光栅周期。
需要说明的是，基本光栅为均匀光栅，可以利用利用全息曝光等方法制造，制作容易，成本低。
本发明实施例中所述等效倾斜光栅或等效交错光栅中取样结构的尺度均可以达到微米量级，相比于图2、4中倾斜光栅结构或交错波导光栅结构，取样结构的尺度扩大了一个数量级，便于加工生产。例如，当所述倾斜光栅的结构周期为数百纳米时，采用等效倾斜光栅时所述取样结构周期为数微米。
图6为基于微结构准相位匹配技术的等效光栅混合模式变换器，其中，(a)为倾斜光栅混合模式谐振腔实施例，(b)为基于等效交错光栅的模式谐振腔实施例。作为一种环形反射式波导光栅滤波器进一步优化的实施例，包含输入波导，输出波导，波导光栅，所述波导光栅为等效倾斜光栅或等效交错光栅，所述等效倾斜光栅中间插入了等效的π相移结构，形成了等效倾斜光栅混合模式谐振腔，所述等效交错光栅中间插入了等效的π相移结构，形成了等效交错光栅混合模式谐振腔。
需要说明的是，插入所述π相移结构相当于在所述等效倾斜光栅或等效交错光栅的结构中在取样结构中引入一个结构突变。
需要说明的是，所述等效倾斜光栅混合模式谐振腔和所述等效交错光栅混合模式谐振腔的基本光栅都是均匀光栅，取样结构一般尺度在微米量级。
以TE0/TE1双模式为例，在等效倾斜光栅混合模式谐振腔和所述等效交错光栅混合模式谐振腔中，当所述入射光模式为TE0时，所述反射光的模式为TE1，透射光的模式为TE0；当所述入射光的模式为TE1时，所述反射光的模式为TE0，透射光的模式为TE1。
需要说明的是，所述输入波导的输入光可以是0阶模，1阶模，也可以是其它阶模式，这里不做具体限定。
本发明实施例可以通过全息曝光制作的方法制作基本光栅，通过普通光刻的方法制作取样结构，因此制造成本低。
图7为非对称定向耦合器实施例。
所述非对称定向耦合器用于实现反射光的模式变换与波导间耦合，所述非对称定向耦合器包含宽波导和窄波导，当所述输入波导为宽波导、输出波导为窄波导时，所述入射波导光为0阶模、反射光为1阶模、所述输出光为0阶模；当所述输入波导为窄波导、输出波导为宽波导时，所述入射波导光为1阶模、反射光为0阶模、所述输出光为1阶模。
进一步地，所述输入波导为宽波导单模波导，所述波导光栅为双模波导，所述输出波导为窄单模波导。所述输出光一般为0阶模，所述反射光为1阶模；所述反射光经过所述非对称定向耦合器转变为0阶模，经所述输出波导输出，因此输入光和输出光模式相同。
需要说明的是，所述输入波导、输出波导与所述非对称耦合器的宽波导和窄波导的连接，需要根据所述输入光的模式进行选择。
图8为基于等效交错光栅结构的滤波器阵列实施例。
一种环形反射式波导光栅滤波器，包含输入波导，输出波导，波导光栅，所述波导光栅为等效交错光栅，所述等效交错光栅是通过重构等效啁啾技术实现的，在所述光栅波导的横向两侧光栅取样结构的初相位移动半个取样周期，即π相位，可得到交错的等效光栅。
进一步地，如果取样结构的初相位移动其他相位值，可以得到不完全的交错结构，+1或者-1级的子光栅周期与基本光栅周期和取样周期可以表示为：
其中，Λ+1为+1级的子光栅周期，Λ-1为-1级的子光栅周期，Λ0为基本光栅周期，P为取样周期。
例如，图8中P1、P1、P3分别对应于工作波长为λ1、λ2、λ3的结构。
本发明实施例不仅可以实现单波长光的反射式模式变换，还可以利用取样光栅技术实现多波长滤波器阵列。
图9为一种基于电子束曝光制作绝缘体上硅波导材料体系的滤波器的制作方法流程实施例。
本实施例提供一种基于电子束曝光制作绝缘体上硅波导材料体系的滤波器的制作方法，包括以下步骤：
步骤101，在平整的绝缘体上硅的晶片上旋涂一层PMMA有机物或者其他电子束光刻常用的光刻胶。
步骤102，使用电子束曝光制作波导图形并显影，所述波导图形包括输入波导、输出波导、所述输出波导与所述输入波导通过耦合段形成的非对称定向耦合器。
步骤103，使用电感耦合等离子体刻蚀技术，选择性地把显影区域的硅刻蚀掉。
步骤104，在硅波导表面制备固定深度(如40nm)的表面光栅。
需要说明的是，步骤104，可以通过添加曝光侧壁光栅的图形，并使用电子束曝光制作所述光栅的图形并显影来实现。
图10为一种取样光栅制作方法流程实施例。
本实施例提供一种基于全息曝光制备特殊结构的取样光栅，本发明的光栅器件与传统光栅制作兼容，都可以利用电子束曝光、纳米压印等方法。对于等效技术制作光栅，本发明中波导光栅器件一般应用与硅、氮化硅、III-V族化合物半导体材料，二氧化硅等，制造关键在做取样光栅结构，包括以下步骤：
步骤105，使用全息曝光技术在光刻胶上形成均匀光栅图案；
图11为光栅制作过程的实施例示意图，其中(a)为基本光栅制作过程；如图11中(a)所示，用两束紫外光形成干涉条纹，在光刻胶上生成基本光栅(种子光栅)图案；
步骤106，通过对应的具有取样图案的光刻版进行普通曝光，把所述光刻版的图案复制到晶片的光刻胶上；
如图11中(b)所示为取样光栅制作过程，通过光掩模，紫外光作用下，在光刻胶上生成取样光栅图案；
步骤107，将所述光刻胶上的图案腐蚀在晶片上形成相应的光栅结构。
需要说明的是，步骤105和步骤106的顺序可以调换。可以得到如图5～6所示的等效倾斜和等效交错取样光栅以及相应的含有等效π相移的光栅。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种环形反射式波导光栅滤波器，包含输入波导，输出波导，波导光栅，其特征在于：
所述输入波导一端包含输入光口，另一端与所述波导光栅相连；
所述输出波导一端与所述输入波导通过耦合段形成非对称定向耦合器，所述输出波导另一端包含输出光口；
所述波导光栅用于对所述输入光实现反射式模式变换，产生反射光；
所述非对称定向耦合器用于实现反射光的模式变换，产生输出光。
2.如权利要求1所述环形反射式波导光栅滤波器，其特征在于，所述波导光栅满足：β1+β2＝2π/Λ，且其中β1、β2分别为入射光、反射光的传播常数，Λ为光栅周期，neff1、neff2分别为入射光、反射光的有效折射率，λ为光波长。
3.如权利要求1所述环形反射式波导光栅滤波器，其特征在于，所述波导光栅的光栅周期为：其中，Λ为光栅周期，neff1、neff2分别为入射光、反射光的有效折射率，λ为光波长。
4.如权利要求1～3任意一项所述环形反射式波导光栅滤波器，其特征在于，所述波导光栅的结构为倾斜光栅结构或交错波导光栅结构。
5.如权利要求4所述环形反射式波导光栅滤波器，其特征在于，所述倾斜光栅结构或交错波导光栅结构的波导光栅中间包含π相移结构。
6.如权利要求4所述环形反射式波导光栅滤波器，其特征在于，所述倾斜光栅结构或交错波导光栅结构的波导光栅中包含线性啁啾的纳米结构。
7.如权利要求1所述环形反射式波导光栅滤波器，其特征在于，所述波导光栅为等效倾斜光栅或等效交错光栅。
8.如权利要求1所述环形反射式波导光栅滤波器，其特征在于：
当所述输入波导为宽波导、输出波导为窄波导时，所述入射波导光为0阶模、反射光为1阶模、所述输出光为0阶模；
当所述输入波导为窄波导、输出波导为宽波导时，所述入射波导光为1阶模、反射光为0阶模、所述输出光为1阶模。
9.一种环形反射式波导光栅滤波器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
在平整的绝缘体上硅的晶片上旋涂一层PMMA有机物或者其他电子束光刻常用的光刻胶；
使用电子束曝光制作波导图形并显影，所述波导图形包括输入波导、输出波导、所述输出波导与所述输入波导通过耦合段形成的非对称定向耦合器；
使用电感耦合等离子体刻蚀技术，选择性地把显影区域的硅刻蚀掉；
在硅波导表面制备固定深度的表面光栅。
10.一种环形反射式波导光栅滤波器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
使用全息曝光技术在光刻胶上形成均匀光栅图案；
通过对应的具有取样图案的光刻版进行普通曝光，把所述光刻版的图案复制到晶片的光刻胶上；
将所述光刻胶上图案腐蚀在晶片上形成相应的取样光栅结构。
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