[發明專利]一種基于立體直式陣列波導光柵波分器和功分器

有效

• 申請號: 201510054821.8
• 申請日: 2015-02-03
• 公開（公告）號: CN104570208B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 孫小菡;蔣衛鋒;李元;呂濤;崔晗;田勇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/124
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明屬于集成光子器件領域，涉及一種基于立體直式陣列波導光柵波分/功分器。

背景技術

AWG(Arrayed Waveguide Grating)是密集波分復用系統（DWDM）中的首選技術。一組具有相等長度差的陣列波導形成的光柵，使用具有分波的能力。其原理為：含有多個波長的復用信號光經中心輸入信道波導輸出后，在輸入平板波導內發生衍射，到達輸入凹面光柵上進行功率分配，并耦合進入陣列波導區。因陣列波導端面位于光柵圓的圓周上，所以衍射光以相同的相位到達陣列波導端面上。經陣列波導傳輸后，因相鄰的陣列波導保持有相同的長度差ΔL，因而在輸出凹面光柵上相鄰陣列波導的某一波長的輸出光具有相同的相位差，對于不同波長的光此相位差不同，于是不同波長的光在輸出平板波導中發生衍射并聚焦到不同的輸出信道波導位置，經輸出信道波導輸出后完成了波長分配即解復用功能。這一過程的逆過程，即如果信號光反向輸入，則完成復用功能，原理相同。目前國內外開發的DWDM技術主要有3種類型，它們分別基于陣列波導光柵和介質膜濾光片（TFF）以及光纖光柵（FBG）技術。AWG是一種平面波導器件，是利用PLC技術在芯片襯底上制作的陣列波導光柵。與FBG和TTF相比，AWG具有集成度高、通道數目多、插入損耗小、易于批量自動化生產等優點。

目前AWG發展的技術已經在向集成化、微小化發展，但AWG串聯干擾迫使AWG采用堆疊技術和級聯技術，以及羅蘭環的彎曲占用體積導致AWG器件體積龐大而難以集成，在和功分器結合后更是體積巨大，成本高昂。

發明內容

技術問題：本發明提供一種可以實現分出不同波長、減少器件尺寸、高度集成且可靠性高的基于立體直式陣列波導光柵波分器，同時提供一種基于該波分器的、功率平均分配的功分器。

技術方案：本發明的基于立體直式陣列波導光柵波分器，包括依次連接的輸入波導、輸入星型耦合器、正弦式曲臂陣列波導、輸出星型耦合器、輸出波導，所述輸入星型耦合器和輸出星型耦合器的構形均為直角梯形，二者的底角相等且斜邊相對設置，所述正弦式曲臂陣列波導由平行設置的多個正弦式曲臂波導構成。

本發明波分器的優選方案中，正弦式曲臂波導的曲臂形狀為正弦波形。

本發明波分器的優選方案中，正弦式曲臂陣列波導中，兩相鄰正弦式曲臂波導的長度差根據波分器的容量確定。通過確定的波分容量，按照現有的AWG計算方法可以計算出傳統曲臂陣列波導長度，其每根曲臂波導長度和正弦式曲臂波導長度一致。

本發明的基于立體直式陣列波導光柵功分器，由上述基于立體直式陣列波導光柵波分器和設置在所述波分器中輸出星型耦合器正上方的功分結構組成，所述功分結構包括依次連接的耦合波導陣列、耦合輸出星型耦合器和耦合輸出波導，所述耦合波導陣列由平行設置的多個耦合波導構成，所述耦合輸出星型耦合器與輸出星型耦合器的形狀完全一致。

本發明功分器的優選方案中，所述耦合波導的曲臂形狀為正弦波形，長度根據并列彎曲波導耦合原理來確定，耦合波導的輸入側的斷面與耦合輸出星型耦合器的梯形斜面平行。

本發明功分器的優選方案中，基于立體直式陣列波導光柵波分器與功分結構之間設置有隔離層。

本發明器件采用在硅晶圓上沉積二氧化硅（SiO2）膜層，再利用微影制程（Photolithography）及反應式離子蝕刻法（Reactive Ion Etch）定義出陣列波導及分光元件等，接著在最上層覆以保護層的方法，波導包括輸入波導，兩個梯形FPR中間的正弦式陣列波導，最終的輸出波導和上層的耦合波導。正弦式陣列波導由于FPR的梯形形狀，每個波導的周期不同，從而光程也不同，達到了分波的目的，而波導立體耦合結構能按用戶要求分出功率，達到功分器集成的效果。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：

同時具有功分和波分功能。目前現有的陣列波導大部分為符合羅蘭球面原理的陣列波導，利用羅蘭曲面的光程差特性來達到波分的目的。而本發明利用改變正弦式陣列波導的周期來改變光程長，通過改變梯形星型耦合器斜邊的斜率以及改變正弦波的振幅等手段可以得到不同的周期差，達到濾出所需波長的目的。同時利用倏逝場耦合原理，可以通過改變耦合層厚度來達到分出用戶要求的光功率的兩路的目的。