平面波導窄帶干涉濾波方法的研究

維普資訊

第１５卷第４期

光

學精密工程

Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ

Ｖｏ１．１５ ＮＯ．４

Ａｐｒ．２００７

２００７年４月

文章編號１００４—９２４Ｘ（２００７）０４—０４６７—０６

平面波導窄帶干涉濾波方法的研究

李小奇 ，孫德貴

（１．中國科ｅ－院長春光ｅ－精密機械與物理研究所

應用光學國家重點實驗室，吉林長春１３００３３；２．中國科學院研究生院，北京１０００３９）

摘要：基于多層膜干涉濾波的理論提出了一種在平面波導通道中進行干涉濾波的新方法，這種方法可以使窄帶濾波器完

全集成在波導通道中，實際上就是波導通道的一部分。根據這種方法優化設計了兩種波導干涉濾波器單元器件，并且以

２７層開放式波導干涉濾波器雙腔結構為例，計算了垂直入射時的輸出光譜和單腔結構濾波后的場強分布。最后，分別

分析了濾波器的波導膜的材料、厚度和信號入射角度對輸出光譜的峰值透過率、通帶半寬度、消光比以及有效區域的影

響，提出了進一步優化的方向。這種在平面波導通道中直接進行窄帶濾波的技術將在光通信、光傳感和光信息處理等很

多方面有廣泛的應用。

關鍵詞：集成光學；光開關；波導濾波器；干涉濾波；透射光譜

文獻標識碼：Ａ 中圖分類號：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；修訂日期：２００７—０２—１９．

基金項目：國家自然科學基金項目（Ｎｏ．０５９１１ＪＱ０５１）