CN113946014B - 一种可调光谐振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可调光谐振器包括：光谐振器结构和频率调节结构。所述光谐振器结构，包括：光输入结构、光谐振器、光输出结构。其中，光谐振器位于光输入结构和光输出结构中间位置。光输入结构和光谐振器之间、以及光输出结构和光谐振器之间相互靠近。所述频率调节结构，包括：衬底、锚区、下电极、可动上电极和吸合阻挡梁。其中，下电极和锚区都置于衬底上；可动上电极置于锚区上；光输入结构、光谐振器和光输出结构置于可动上电极上；吸合阻挡梁置于可动上电极下。本发明所提出的技术方案，与加热器调节相比，静电调节方式功耗非常低；静电调节方式，响应速度比热式调节更快；静电调节方式结构简单、可靠性更高。

Description

一种可调光谐振器
技术领域
本发明属于谐振器领域，具体涉及一种可调光谐振器。
背景技术
光学集成平台中，硅光子学已成为最有前途的光学之一。这可能主要归因于硅光子器件可以采用集成度非常高的CMOS技术制造光子电路。在过去几年中，出现了许多集成有源器件（包括调制器），锗基光电探测器，甚至III-V集成光源和探测器。此外，无源硅波导结构：环形谐振器，也被广泛应用于波导和波长选择器件。
环形谐振器在光纤通信中起着重要的作用。因为硅工艺使环形谐振器前所未有的小尺寸。通用环形谐振器为光导纤维的一个环路，谐振器的波长正好是光路的长度的整数。因此，环形谐振器支持多重共振，并且这些共振之间的间隔，取决于谐振器长度。对于许多应用，环形谐振器最好具有相对较宽的可调光谱范围。
环形谐振器的谐振波长可以是以多种方式调节，热调谐是重要的一种。根据光谱响应公式，共振波长的漂移与温度相关。理想情况，每个器件都需要一个单独的热源进行调节。最常见的解决方案是在谐振器的顶部或侧部增加微型加热器结构进行频率调节。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种可调光谐振器，以静电调节方式实现调谐，提高器件的响应速度、可靠性，并降低功耗。
本发明提出的闭环气压传感器的技术方案如下：
一种可调光谐振器，所述可调光谐振器包括频率调节结构及设置于所述频率调节结构上的光谐振器结构；其中：
所述频率调节结构包括：
衬底；
第一锚区及第二锚区，相间隔设置在所述衬底上；
可动上电极，支撑在所述第一锚区及第二锚区上；
下电极，设置所述第一锚区及第二锚区之间的所述衬底上，与所述可动上电极相互重叠；
所述光谐振器结构包括：
光输入结构，设置于所述可动上电极表面；
光谐振器，临近所述光输入结构设置于所述可动上电极表面；
光输出结构，临近所述光谐振器设置于所述可动上电极表面。
可选地，所述光输入结构、光谐振器和光输出结构的光导纤维宽度相等。
可选地，所述光输入结构、光输出结构和光谐振器之间的耦合区的最小距离小于光纤维的宽度。
可选地，所述光谐振器为圆形或者椭圆形。
可选地，所述光谐振器与所述下电极相互重叠。
可选地，所述频率调节结构还包括吸合阻挡梁，所述吸合阻挡梁设置于所述可动上电极的下表面。
可选地，所述吸合阻挡梁设置在可动上电极可动区域的两侧。
可选地，所述吸合阻挡梁的高度至少是所述可动上电极和所述下电极之间间距的三分之二。
可选地，所述吸合阻挡梁向着各自靠近的锚区弯曲。
可选地，所述光输入结构、所述光谐振器和所述光输出结构都采用片上光纤结构。
与现有技术相比，本发明所提出的技术方案至少具有以下有益效果：
（1）与加热器调节相比，静电调节方式功耗非常低；
（2）静电调节方式，响应速度比热式调节更快；
（3）静电调节方式结构简单、可靠性更高。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明其中一实施例的可调光谐振器结构剖视图；
图2是本发明其中一实施例的可调光谐振器结构俯视图；
图3是本发明其中一实施例的可调光谐振器的频率调节图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
实施例1
如图1-2所示，本实施例提出一种可调光谐振器，所述可调光谐振器包括：光谐振器结构和频率调节结构。
其中，频率调节结构包括：
衬底1；
第一锚区及第二锚区2，相间隔设置在衬底1上；
可动上电极4，支撑在所述第一锚区及第二锚区上；
下电极3，设置所述第一锚区及第二锚区之间的衬底1上，与所述可动上电极4相互重叠；优选地，下电极3与可动上电极4的可动区域相互重叠。
其中，光谐振器结构包括：
光输入结构5，设置于所述可动上电极4表面；
光谐振器6，临近所述光输入结构5设置于所述可动上电极4表面；
光输出结构7，临近所述光谐振器6设置于所述可动上电极4表面。
具体地，比如光输入结构5为U形结构，光谐振器6为圆形或椭圆形，光输出结构7也为U形结构，优选地，光输入结构5与光输出结构7对称设置在光谐振器6的两侧。光输入结构5与光输出结构7与光谐振器6之间包括间隙9。
可选地，光输入结构、光谐振器和光输出结构都采用片上光纤结构，例如包覆二氧化硅的硅线。
可选地，光输入结构、光谐振器和光输出结构的光导纤维宽度相等，以保证光信号在这些结构中传输的一致性。
可选地，所述光输入结构、光输出结构和光谐振器之间的耦合区的最小距离小于光纤维的宽度，从而增强光信号在减小光输入结构、光输出结构和光谐振器之间的耦合强度，减小光信号损耗。
其中，所述光谐振器6与所述下电极相互重叠。
此外，频率调节结构还包括吸合阻挡梁8，吸合阻挡梁8设置于可动上电极4的下表面。可选地，吸合阻挡梁8设置在可动上电极4可动区域的两侧。
由于静电吸引的pull-in效应，即静电作用下，可动上电极4将可能与下电极3发生吸合。一般而言，可动上电极只能下拉到上、下电极的三分之一处，超过这个距离，上、下电极会自动吸合。可动上电极下方的吸合阻挡梁8，可以抵消静电力的多余部分，从而阻止上、下电极在超过三分之一距离后的自动吸合。使可动上电极在偏移量超过三分之一之后，其偏移量仍然可控。所以，吸合阻挡梁8的高度至少是所述可动上电极和所述下电极之间间距的三分之二。
可选地，所述吸合阻挡梁8向着各自靠近的锚区弯曲。即左侧的吸合阻挡梁8向左侧弯曲，右侧的吸合阻挡梁8向右侧弯曲，使可动上电极在阻挡梁的作用下缓慢下降。
如图3所示，本发明所提出的一种可调光谐振器的工作原理为：
频率调节原理：在上、下电极之间加直流偏置电压，可动上电极受到静电力会产生形变向下偏移。受可动上电极的带动，光谐振器6也产生形变向下偏移。光谐振器6的偏移形变导致其光回路长度增加，谐振频率减小。加载的直流偏置电压越大，光谐振器的光回路长度增加越大，谐振频率的减小量越大。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种可调光谐振器，其特征在于，所述可调光谐振器包括频率调节结构及设置于所述频率调节结构上的光谐振器结构；其中：
所述频率调节结构包括：
衬底；
第一锚区及第二锚区，相间隔设置在所述衬底上；
可动上电极，支撑在所述第一锚区及第二锚区上；
下电极，设置所述第一锚区及第二锚区之间的所述衬底上，与所述可动上电极相互重叠；
所述频率调节结构还包括吸合阻挡梁，所述吸合阻挡梁设置于所述可动上电极的下表面；
所述光谐振器结构包括：
光输入结构，设置于所述可动上电极表面；
光谐振器，临近所述光输入结构设置于所述可动上电极表面；
光输出结构，临近所述光谐振器设置于所述可动上电极表面。
2.根据权利要求1所述的一种可调光谐振器，其特征在于：所述光输入结构、光谐振器和光输出结构的光导纤维宽度相等。
3.根据权利要求1或2所述的一种可调光谐振器，其特征在于：所述光输入结构、光输出结构和光谐振器之间的耦合区的最小距离小于光纤维的宽度。
4.根据权利要求1或2所述的一种可调光谐振器，其特征在于：所述光谐振器为圆形或者椭圆形。
5.根据权利要求4所述的一种可调光谐振器，其特征在于：所述光谐振器与所述下电极相互重叠。
6.根据权利要求1所述的一种可调光谐振器，其特征在于：所述吸合阻挡梁设置在可动上电极可动区域的两侧。
7.根据权利要求6所述的一种可调光谐振器，其特征在于：所述吸合阻挡梁的高度至少是所述可动上电极和所述下电极之间间距的三分之二。
8.根据权利要求6所述的一种可调光谐振器，其特征在于：所述吸合阻挡梁向着各自靠近的锚区弯曲。
9.根据权利要求1所述的一种可调光谐振器，其特征在于：所述光输入结构、所述光谐振器和所述光输出结构都采用片上光纤结构。
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