平面波导窄带干涉滤波方法的研究

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第１５卷第４期

光

学精密工程

Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ

Ｖｏ１．１５ ＮＯ．４

Ａｐｒ．２００７

２００７年４月

文章编号１００４—９２４Ｘ（２００７）０４—０４６７—０６

平面波导窄带干涉滤波方法的研究

李小奇 ，孙德贵

（１．中国科ｅ－院长春光ｅ－精密机械与物理研究所

应用光学国家重点实验室，吉林长春１３００３３；２．中国科学院研究生院，北京１０００３９）

摘要：基于多层膜干涉滤波的理论提出了一种在平面波导通道中进行干涉滤波的新方法，这种方法可以使窄带滤波器完

全集成在波导通道中，实际上就是波导通道的一部分。根据这种方法优化设计了两种波导干涉滤波器单元器件，并且以

２７层开放式波导干涉滤波器双腔结构为例，计算了垂直入射时的输出光谱和单腔结构滤波后的场强分布。最后，分别

分析了滤波器的波导膜的材料、厚度和信号入射角度对输出光谱的峰值透过率、通带半宽度、消光比以及有效区域的影

响，提出了进一步优化的方向。这种在平面波导通道中直接进行窄带滤波的技术将在光通信、光传感和光信息处理等很

多方面有广泛的应用。

关键词：集成光学；光开关；波导滤波器；干涉滤波；透射光谱

文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＮ２５６

Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｌｔｅｒ ｗｉｔｈｉｎ ｐｌａｎａｒ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ

ＬＩ Ｘｉａｏ—ｑｉ 一．ＳＵＮ Ｄｅ—ｇｕｉ

（１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，

Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００３３，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｅｗ ｎａｒｒｏｗ—ｂａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｌａｙｅｒ ｔｈｉｎ—ｆｉｌｍ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎ—

ｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａ ｍｕｌｔｉ—ｌａｙｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｌｔｅｒ ｉｓ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｔｏｍ—

ｐｌｅｔｅｌｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｃｈｅｍｅ，ＳＯ ｉｔ ｉｓ ａｃｔｕａｌｌｙ ａ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ．Ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ

ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｌｔｅｒｓ ａｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ａ ｔｗｏ—ｃａｖｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ２７ ｐｅｒｉｏｄｉｃ

ｌａｙｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ—ｃａｖｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂｙ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅ

ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ，ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｔｈｉｎ—ｆｉｌｍ ｌａｙｅｒ ａｎｄ

ｉｎｃｉｄｅｎｔ ａｎｇｌｅ ｏｎ ｐｅａｋ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ，ｐｅａｋ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ－ｍａｘｉｍｕｍ，ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｒｅａ

ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｔｏｏ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃｓ；ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈ；ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｆｉｌｔｅｒ；ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｌｔｅｒ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃ—

ｔｒ１ＬＩｍ

收稿日期：２００６—１２—２２；修订日期：２００７—０２—１９．

基金项目：国家自然科学基金项目（Ｎｏ．０５９１１ＪＱ０５１）