[發明專利]絕熱波導過渡

無效

• 申請號: 200810097699.2
• 申請日: 2008-05-23
• 公開（公告）號: CN101311759A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發明（設計）人: 巴特勒米·方達;埃德蒙·J.·墨菲;羅伯特·J.·布雷納德
• 申請（專利權）人: JDS尤尼弗思公司
• 主分類號: G02B6/125
• 分類號: G02B6/125;G02B6/34
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 鄭小粵

技術領域

[01]本發明涉及在平面光波線路中形成的光學裝置，該光學裝置包含在平板波導和信道波導之間的過渡區域以減小光學損耗。特別地，本發明包含星型耦合器和陣列波導光柵(AWG)裝置，所述陣列波導光柵裝置包含減小損耗的過渡區域。

背景技術

[02]目前，光學通信網絡依靠諸如星型耦合器、支路功率分束器和陣列波導光柵(AWG)和可變光學衰減器(VOA)的平面光波線路(PLC)裝置來同時控制整個網絡的眾多波長復用光信號。

[03]PLC包含光學波導，該光學波導沉積并圖案化在基底上。在一種常用的技術中，摻雜硅石(silica)芯層和包層被沉積并被圖案化在硅石或硅基底上。也可采用其它的基底和波導技術。PLC中的常用結構為星型耦合器。星型耦合器為M×N的功率分配器。AWG在其結構中包含兩個星型耦合器。星型耦合器具有耦合到平板波導的M個信道波導和耦合到平板波導相對側的N個信道波導的第一陣列。平板波導為光引導結構，在其中允許波前僅在一維被限制為單模傳播，然而，信道波導將光在垂直于傳播方向的二維限制為單模傳輸。由于反射和散射，來自平板波導的突變進入信道波導陣列會引起光學損耗。這種損耗作為插入損耗被測量并且是不需要的。經過陣列的反射和散射的變化會引起插入損耗的變化，這也是不需要的。

[04]關于在平板和信道波導輸出陣列之間的過渡的一個問題是：信道波導經過過渡變得不連續。在每一個波導之間存在間隙。這些間隙會引起未被耦合入波導的光的反射和散射。

[05]針對這一問題的一個解決方案是在輸出陣列中提供一種錐形信道波導，此輸出陣列在扇出區域波導的寬度逐漸增大，以使波導的的寬邊緣完全填充平板波導的端面邊界。但是，這樣的設計與加工制造技術不相兼容，因為在平板波導附近，波導之間的間隙太小以致于不能被分解為錐形波導。在PLC技術中，對可采用光刻解決的結構的尺寸和可用包層材料完全覆蓋的間隔的尺寸都有限制。不完全的包覆留下空洞而且會導致無法接受的損耗。如果加工公差太小，制造產量會下降而且制造變得不切實際。

[06]對于針對約1550nm波長設計的硅石(silica)波導PLC來說，波導結構的厚度(高度)為5微米。波導結構的高度比寬度的比率接近1是理想的。如果將波導結構的寬度減小，那么該比率將增加。在5微米高的芯片中，寬度小于5微米的波導結構在工藝可變范圍內會變得較難控制。用于硅基二氧化硅PLC的光刻沉積的波導結構的實際限制是至少3微米的寬度。二氧化硅(silicon?dioxide)包層通常被應用到波導結構的周圍。可靠包層的最小間隙尺寸為1微米，或較優選為1.5微米。這些僅僅是針對1550nm應用的硅石(silica)PLC事例。當然，在可替代的波導技術中，不同的材料和折射率對比對尺寸有不同的限制。

[07]上面所指的突變是物理效應和光學效應共同作用的結果。波導的邊緣代表光學折射率的突然變化。但是，光學領域中波的傳播不完全被限制在波導的芯中。而是，延伸到包圍其芯的包層區域。因此，確定光學領域的傳播的有效光學折射率是通過芯的折射率和包層折射率的共同作用確定的。如果可以改變波導的有效(平均)折射率，那么會影響光學模式尺寸、模式傳播、插入損耗和插入損耗一致性。

[08]本發明是以這樣的方式通過將變化或擾動引入包層來消除這些突變：控制傳播波的有效折射率從平板波導到輸出波導平穩且單調變化。現有技術中已經對這樣的逐漸過渡作了研究。但是，與高產量制造工藝相兼容的設計中，仍然需要一種可提供低插入損耗和插入損耗一致性的解決方案。

[09]公開在“IEEE?Journal?of?Lightwave?Technology，vol?13，no.10，October?1995”中的Weissman等人的文章“周期分段式波導模式擴展器的分析”(“Analysis?of?PeriodicallySegmented?Waveguide?Mode?Expanders”)中介紹了逐漸改變有效折射率的技術。此文章講述了一種用于創建模式擴展器的周期分段式波導結構，此模式擴展器用來將Ti、InP或高折射率硅石的小模式尺寸波導耦合入大得多的模式尺寸石英光纖。有效折射率是由分段波導的占空比確定的。但僅僅考慮了單模波導耦合。