[發(fā)明專利]基于多模干涉器反射鏡的反射式陣列波導(dǎo)光柵

無效

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• 申請日: 2012-07-02
• 公開（公告）號: CN102778730A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃華茂;胡海英
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G02B6/293
• 分類號: G02B6/293;G02B6/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及平面光波導(dǎo)集成器件領(lǐng)域，特別是涉及反射式陣列波導(dǎo)光柵。

背景技術(shù)

陣列波導(dǎo)光柵基于平面光波導(dǎo)技術(shù)，具有波長間隔小、通道數(shù)大、通道損耗均勻、尺寸小、易于集成、便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點，被認為是最適合用于大容量的密集波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。陣列波導(dǎo)光柵的小型化一直是一個重要的研究課題。

目前應(yīng)用最為廣泛的陣列波導(dǎo)光柵基于硅基二氧化硅材料系統(tǒng)，典型尺寸在10cm²數(shù)量級。隨著大規(guī)模集成器件的發(fā)展，器件的小型化是必然趨勢。增大波導(dǎo)芯層和包層的折射率差可將光限制在更小的波導(dǎo)內(nèi)，在相同的彎曲損耗下可減小波導(dǎo)的彎曲半徑，在相同的串?dāng)_下可減小陣列波導(dǎo)的間隔，從而減小器件的尺寸。在基于硅納米線的陣列波導(dǎo)光柵中，典型尺寸約為100μm²量級。

圖1是一個典型的4×4的硅納米線陣列波導(dǎo)光柵。其工作原理可描述如下。某一波長的光從輸入波導(dǎo)1輸入，在輸入耦合器2中發(fā)生衍射，擴束后的衍射光耦合進含有N個波導(dǎo)的陣列波導(dǎo)3。在陣列波導(dǎo)3中，各相鄰波導(dǎo)的幾何長度依次遞增，在其中傳輸?shù)墓獾南辔灰惨来伟l(fā)生偏移。這N束不同相位的光在輸出耦合器4中發(fā)生干涉，若在相長干涉的聚焦點處放置輸出波導(dǎo)5，則該波長的光從輸出波導(dǎo)5輸出。對于一束包含多個波長的光，其傳輸過程類似，由于在陣列波導(dǎo)3中發(fā)生的相位偏移是波長的函數(shù)，不同波長的光發(fā)生相長干涉的聚焦點的位置也不同，只要在相應(yīng)的聚焦點放置輸出波導(dǎo)5即可輸出不同波長的光。這樣即可實現(xiàn)解復(fù)用功能：從某一通道輸入復(fù)合光，不同波長的光束分別從不同的通道輸出。由于光路可逆，只要將輸入端口和輸出端口反過來用，就可以實現(xiàn)復(fù)用功能：從不同通道輸入的不同波長的光束，從同一通道輸出。

由于陣列波導(dǎo)光柵的結(jié)構(gòu)關(guān)于陣列波導(dǎo)3的中心線對稱，可以在中心線處加入反射鏡6，構(gòu)成如圖2所示的反射式陣列波導(dǎo)光柵。反射式陣列波導(dǎo)光柵的陣列波導(dǎo)3的長度減少至原來的一半，輸入波導(dǎo)1和輸出波導(dǎo)5位于陣列波導(dǎo)3的同一側(cè)，且輸入耦合器2和輸出耦合器4重合。這種結(jié)構(gòu)不僅減少了單個陣列波導(dǎo)光柵所占的面積，可在一個晶圓上生產(chǎn)更多數(shù)量的芯片，而且減少了寬度較窄的陣列波導(dǎo)3的長度，提高了器件制備的效率和良率。

反射鏡是反射式陣列波導(dǎo)光柵的一個要點。目前已有文獻公布的方案包括金屬反射鏡、多層介質(zhì)薄膜反射鏡、布拉格光柵反射鏡和光子晶體反射鏡。

金屬反射鏡是在陣列波導(dǎo)3的端面鍍金屬薄膜，例如Cr-Au薄膜。多層介質(zhì)薄膜反射鏡是在陣列波導(dǎo)3的端面鍍多層介質(zhì)薄膜，例如SiO₂/TiO₂多層薄膜。這兩種反射鏡都需要將陣列波導(dǎo)3的端面進行研磨、拋光、鍍膜等多道工藝，不僅工藝復(fù)雜，價格昂貴，而且末端反射面的平整度和粗糙度對AWG的損耗、信道串?dāng)_和傳輸譜寬等性能影響很大。

布拉格光柵反射鏡是在陣列波導(dǎo)3的末端制備布拉格光柵。由于布拉格光柵具有較高的色散，因此這種反射鏡只適用于較窄的波長范圍。

光子晶體反射鏡是在陣列波導(dǎo)3的末端制備尺寸小于300nm的周期分布的孔，而且孔與孔之間的間隙小于200nm，利用光子晶體的禁帶效應(yīng)進行反射。這種結(jié)構(gòu)的制作精度很高，對設(shè)備和操作人員的要求都高，不適于工業(yè)化生產(chǎn)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供基于多模干涉器反射鏡的反射式陣列波導(dǎo)光柵，本發(fā)明的反射式陣列波導(dǎo)光柵完全兼容平面光波導(dǎo)工藝、反射鏡對波長和制作誤差不敏感、陣列波導(dǎo)布局靈活，具體技術(shù)方案如下。

基于多模干涉器反射鏡的反射式陣列波導(dǎo)光柵，其包括輸入波導(dǎo)、耦合器、陣列波導(dǎo)、反射鏡和輸出波導(dǎo)，輸入波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)位于耦合器的同一側(cè)，陣列波導(dǎo)位于耦合器的另一側(cè)；所述陣列波導(dǎo)由多根納米線波導(dǎo)組成，每一根納米線波導(dǎo)的一端與耦合器相連，每一根納米線波導(dǎo)的另一端均各自連接一個反射鏡。

上述的反射式陣列波導(dǎo)光柵中，所述反射鏡是由多模干涉器和環(huán)型波導(dǎo)構(gòu)成的平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

上述的反射式陣列波導(dǎo)光柵中，所述多模干涉器包括一根單模輸入波導(dǎo)、兩根單模輸出波導(dǎo)和一個多模波導(dǎo)，單模波導(dǎo)與多模波導(dǎo)之間采用模式變換器；所述輸入波導(dǎo)的一端通過一個模式變換器與多模波導(dǎo)的一端相連，另一端與陣列波導(dǎo)中的一根納米線波導(dǎo)相連；所述兩根單模輸出波導(dǎo)均有一端各自通過一個模式變換器與所述多模波導(dǎo)的另一端相連，其中一根單模輸出波導(dǎo)的另一端與環(huán)型波導(dǎo)的一端相連，另一根單模輸出波導(dǎo)的另一端與環(huán)型波導(dǎo)的另一端相連。