在硅基片上光系统中，滤波器实现对某一范围波长的选择，是一种典型的无源器件。可以用作滤波器的元件有很多种，如微环谐振器结构、侧壁光栅结构、马赫-增德尔干涉结构等。EPIC组具有设计和制备多种硅基滤波器的基础，以级联微环为例，我们设计并制作出了带宽达到1.8nm、消光比达到32dB的单元器件。

微环谐振器Micro Ring Resonator(MRR)

微环谐振器的滤波机理是：微环对一系列呈梳状的频率具有选择性谐振作用，如图1所示是一个典型的微环分波装置，通过设置微环的半径、输入波导和微环的耦合间距等参数，可以使每个微环对不同的波长谐振；包含多个波长的光信号从直波导输入，当经过微环时，谐振波长的光信号会耦合进微环中；光波在微环中谐振，可设置输出波导和微环之间的距离，使该谐振光波再次耦合到输出波导中。图中为微环滤波器的显微镜视图和测试得到的光谱。

本组具备设计和制作单个和级联微环的能力，并可以以此为基础设计和制作滤波波长可调的微环结构。如图1为我们设计并制作的微环上下话路滤波器的显微镜视图和测试曲线。在改善微环带宽方面，EPIC组成功制作出了峰值半宽达到1.8nm，消光比达到32dB的级联微环结构。

图1 单个微环谐振器和光谱曲线

侧壁光栅Side-wall grating

侧壁光栅利用波导侧面的周期性凸起和凹陷，形成周期性的布拉格反射，从而实现对波长的选择。侧壁光栅具有高消光比和大的自由光谱范围，可满足宽带滤波的要求。如图2为EPIC组设计并经由CMOS流片制作的侧壁光栅元件，图中显示为扫描电子显微镜视图以及不同参数元件的测试曲线。该器件的FSR大于100nm且消光比可达27dB以上。

图2 侧壁光栅的SEM视图和测试曲线

马赫-增德尔干Mach-Zehnder Interferometer(MZI)

MZI由两个3dB分光结构（如多模干涉耦合器）和两臂长组成，其分波长的原理为：光从MZI的输入波导进入，经过3dB耦合器分光，均匀地进入两臂，通过精确的设计臂长差，使得滤波波长处于干涉极大的位置。级联多个MZI结构，最终选择出所需的滤波波长。

如图3所示为IBM的Yurii A. Vlasov等人制作的1分8路MZI级联型滤波器，左右分别为显微镜视图和测试曲线。测试结果表明该器件具有良好的平顶响应，且损耗和串扰分别为1.6dB、-18dB~-20dB[1]。

图3 MZI级联结构的显微镜视图和测试曲线

参考文献

[1] Folkert Horst, William M.J. Green, Solomon Assefa, Steven M. Shank, Yurii A. Vlasov, and Bert Jan Offrein, " Cascaded Mach-Zehnder wavelength filters in silicon photonics for low loss and flat pass-band WDM (de-)multiplexing," Opt. Express. 21(10), 11652–11658 (2013).