[發明專利]一種雙光柵雙波段的Bragg?凹面衍射光柵波分復用器的設計方法

有效

• 申請號: 201510373986.1
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN104914510B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 朱京平;杜炳政;毛玉政;李寶;宗康
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G02B6/293
• 分類號: G02B6/293
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

【技術領域】

本發明屬于光通信、光傳感、光探測領域涉及波分復用技術，具體涉及一種雙光柵雙波段的Bragg-凹面衍射光柵波分復用器的設計方法。

【背景技術】

波分復用器是光通信領域與光傳感探測領域的重要器件之一，在光通信領域，波分復用器在無需增加敷設光線網絡的情況下實現幾十倍、幾百倍的信道擴容，在光傳感探測領域以波分復用器為核心的微小型光譜分析儀可應用于食品安全檢測、礦井安全檢測、大氣水質污染監測、醫學檢測等。

平面集成波導復用器是波分復用器的主流發展方向，其中陣列波導光柵(Arrayed Waveguide Grating，簡稱AWG)型和蝕刻衍射光柵型(Etched Diffraction Grating，簡稱EDG)是平面集成波導復用器的兩種主要器件。

EDG器件以尺寸小、性能穩定、易于批量生產、成本低、適合做密集型波分復用而得到了廣泛的研究與應用。其中Bragg反射鏡齒面結構的EDG(Bragg-EDG)器件是近年來的研究熱點，該類型器件無需二次加工，淺刻蝕即可實現器件功能，工藝難度相對較低而衍射效率較高，是近年來研究的熱點。

Brouckaert J等人在硅基二氧化硅材料上設計了頻帶為1.5um-1.6um的Bragg反射面凹面衍射光柵粗波分復用器(Planar concave grating demultiplexer with distributed Bragg reflection facets，Proceedings of the 4th IEEE International Conference on Group IV Photonics.2007:1-3.)。Pierre Pottier等人設計了周期性結構的Bragg橢圓線低級次高效衍射凹面光柵(Mono-order high-efficiency dielectric concave diffraction grating，Journal of Lightwave Technology，2012，30(17):2922-2928)，并利用該結構進行了基于絕緣體上硅的微小型集成光波分復用器的加工與制作。上述兩個小組的學者主要基于1/4波長的多層介質膜理論進行Bragg-EDG的設計。重點研究了Bragg-EDG的反射效率問題，忽視了Bragg-EDG還具有在其他頻帶的透射作用。

【發明內容】

本發明的目的在于合理的利用了Bragg-EDG器件的透射作用，提出了一種雙光柵雙波段的Bragg-凹面衍射光柵波分復用器的設計方法。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種雙光柵雙波段的Bragg-凹面衍射光柵波分復用器的設計方法，包括以下步驟：

1)根據Bragg反射器周期性結構的材料折射率與Bragg-EDG入射光與反射面夾角的角度，結合傳輸矩陣法繪制第一衍射光柵Bragg反射器的能帶圖A；

2)結合能帶圖A確定第一衍射光柵(104)Bragg反射器相應的周期性結構材料厚度比例，以及反射帶歸一化頻率上下限；通過Bragg反射器的工作中心波長，根據公式和確定第一衍射光柵(104)的Bragg反射器實際周期厚度與各介質層的實際厚度；其中，λ為衍射波長，λ₀為中心衍射波長，d₁₂為第一衍射光柵Bragg反射器的周期厚度，為歸一化頻率，為第一衍射光柵Bragg反射器反射帶的低頻邊界，為第一衍射光柵Bragg反射器反射帶的高頻邊界，如圖1A所示；

3)根據衍射波長λ、第一衍射光柵Bragg反射器的周期厚度d₁₂以及歸一化頻率結合光柵方程mλ＝na(sinα+sinβ)得出設計Bragg-EDG的光柵方程：

根據式(1)，完成第一衍射光柵的設計；

4)應用傳輸矩陣法，結合第一衍射光柵的Bragg反射器的周期厚度d₁₂以及兩種折射率不同的材料的寬度d₁和d₂，計算出Bragg反射器在波段一與波段二的反射與透射效率，確保第一衍射光柵在第一波段具有高反作用，在第二波段具有高透作用，以便于第二波段的光高效率傳輸到第二衍射光柵進行衍射分光；

5)根據Bragg反射器周期性結構的材料折射率與Bragg-EDG入射光與反射面夾角的角度，結合傳輸矩陣法繪制第二衍射光柵Bragg反射器的能帶圖B；