[發明專利]一種帶有偏振控制的陣列波導光柵模塊

有效

• 申請號: 201310024634.6
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103091782A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 戴道鋅
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B6/27
• 分類號: G02B6/27
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種平面光波導集成器件，尤其是涉及一種帶有偏振控制的陣列波導光柵模塊。

背景技術

眾所周知，光作為載波在長距離通信已經取得巨大成功，并正在向短距離光通信范疇推進，如光纖到戶（FTTH）、光互連等系統。在這些光通信系統中，為了獲得更大數據傳輸量，人們已經發展了多種復用技術，包括波分復用、偏振復用、時分復用等。

其中，波分復用（WDM）技術在長距離光纖通信中已經取得巨大成功，其核心器件是波分復用-解復用器件，而其中最具代表性的便是陣列波導光柵。傳統的陣列波導光柵依次由輸入波導、輸入平板波導、陣列波導、輸出平板波導和輸出波導連接組成，復合光從輸入波導入射，進入平板波導并發散傳輸，然后耦合到波導陣列中的各條波導。相鄰陣列波導存在一定光程差，從而對各波長的光產生不同的位相差，實現光柵的色散功能。經過輸出平板波導后，不同波長的光會聚于陣列波導光柵像面上的不同點，然后再耦合到對應位置的輸出波導，即可將不同波長的光從不同輸出波導輸出，實現了不同波長的光的分離，這就是波分解復用的功能。反過來，就可以實現波分復用功能。

由于光波導中普遍存在雙折射效應，即兩個正交偏振模（橫電模和橫磁模）的有效折射率不相等，陣列波導光柵等波分復用器件通常存在偏振相關效應，其各個通道的中心波長與入射偏振態相關。因此，當入射光偏振態發生隨機變化時，波分復用器件的輸出發生波動。這在光纖通信系統中將降低信噪比從而增大誤碼率。因此，在實際應用中，如何消除器件偏振相關性，從而獲得偏振不敏感波分復用器件及接收模塊是一個非常重要的研究課題。在基于大截面光波導的傳統陣列波導光柵波分復用器件中，其中心通道波長有一定的偏振敏感性，而其通道間隔幾乎偏振不敏感。針對這一特點，已有多種偏振補償技術實現偏振不敏感特性：（1）利用高溫退火技術，引入應力補償【Opt.?Express?15,?15022-15028，?2007】；（2）在輸入端引入偏振分束技術【Journal?of?Selected?Topics?in?Quantum?Electronics,?2:?236-250,?1996】；（3）在陣列波導光柵中部引入半波片【IEEE?Photon.?Technol.?Lett.?6（5）:?626-628,?1994】；（4）在平板波導區域引入三角形淺刻蝕區【Electron.?Lett.?35（9）:?737-738,?1999】。但這些補償技術都只能實現中心通道波長偏振不敏感，且需要增加額外的工藝、或特殊的部件（如半波片）。近年來，硅納米線光波導以其超緊湊結構的特點逐漸受到人們重視。而硅納米線光波導的雙折射極為顯著，以致于基于硅納米線的陣列波導光柵器件具有極為嚴重的偏振相關效應。其特點是：通道間隔、中心波長均具有顯著的偏振敏感性。這與基于大截面光波導的傳統陣列波導光柵器件有顯著區別。注意到此前提出的用于基于大截面光波導的傳統陣列波導光柵器件的那些偏振補償技術往往僅能消除中心波長的偏振相關性，因此不適用于硅納米線陣列波導光柵器件。近幾年，人們不斷努力積極探索適用于硅納米線陣列波導光柵器件的偏振補償新方法，主要有以下幾種：（1）?利用二維光子晶體垂直耦合光柵的偏振分束、旋轉、耦合功能，將入射的兩個偏振態的光分離并耦合到兩個方向的硅納米線的TE模，同時利用陣列波導光柵的雙向性，實現了偏振不敏感的硅納米線波導【Optics?Express,?15（4）:?1567-1578,?2007】，此方法雖然比較巧妙，但僅適用于輸入、輸出都與光纖直接垂直耦合的情形，具有很大的局限性，不適合于與片上其它器件集成；（2）發明人幾年前提出的方法：在反射式陣列波導光柵的陣列波導中引入光柵型在線式偏振分束器，通過對TE、TM模引入不同的光程來實現偏振不敏感器件，此方法不引入額外工藝，能達到較好的補償效果，但需要在制作過程中對波導尺寸進行較為精確的控制【IEEE?Journal?of?Quantum?Electronics,?45（6）:?654-660,?2009】；（3）國家發明專利“一種陣列波導光柵實現均勻偏振補償的方法”（ZL）是通過引入特殊形狀的平板波導區域來補償器件偏振敏感性，但存在工藝容差小、不適用于N×N陣列波導光柵、也不適合于大通道數情況等缺點。由此可見，實現偏振不敏感陣列波導光柵波分復用器件及模塊仍是一項具有挑戰性的工作。