[發明專利]一種低串擾的硅基陣列波導光柵

有效

• 申請號: 202011305679.7
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112327409B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 鄒喜華;解長健;李沛軒;潘煒;閆連山
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G02B6/122
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

本發明公開了一種低串擾的硅基陣列波導光柵，基底和上包層采用二氧化硅材料，主體波導光柵結構采用硅材料；主體波導光柵由三部分組成：輸入輸出波導、兩個羅蘭圓結構型自由傳播區波導、陣列波導；在陣列波導以及輸入輸出波導和自由傳播區波導的連接處，使用拋物線錐形波導作為過渡；在輸出端優化調節波導的占空比來提高信道的分離度，降低信道串擾。本發明有效降低了損耗以及因寬度突變而引起的相位誤差；增大了各信道的隔離度，降低信道串擾；在光通信與光信號處理、波分復用器系統中具有重要應用。

技術領域

本發明屬于硅基光子集成、光波長復用以及信號處理等領域，尤其涉及一種低串擾的硅基陣列波導光柵。

背景技術

硅基陣列波導光柵是一種角色散型無源器件，由輸入輸出波導、自由傳播波導(或自由傳播區)和一系列具有固定長度差的陣列波導組成。陣列波導光柵多利用光束干涉原理，通過陣列波導引入一定的光程差，使得不同波長的光在自由傳播波導中干涉成像，從而被不同的輸出波導所接收。目前商用的陣列波導光柵器件采用低折射率差的光波導，如二氧化硅，其尺寸大約在cm²量級。為了實現更小尺寸器件，目前多用硅材料制作器件，可以將器件的尺寸縮小至μm²量級。但由于硅波導對工藝制作較為敏感，相比于低折射率差的器件，硅基光波導陣列波導光柵器件通常具有更高的串擾。

目前的硅基光波導陣列波導光柵設計中，多數采用傳統的分段式設計，相關論文包括：1)Wu Y,Lang T N T,Song J,et al.Horseshoe-Shaped 16×16Arrayed WaveguideGrating Router Based on SOI Platform[C]//2017 16th International Conferenceon Optical Communications and Networks(ICOCN).2017；2)Dumon P,Bogaerts W,VanThourhout D,et al.Compact wavelength router based on a Silicon-on-insulatorarrayed waveguide grating pigtailed to a fiber array[J].Oe/14/2/oe Pdf,2006,14(2):664-0；3)Stanton E J,Volet N,Bowers J.Low-loss arrayed waveguide gratingat 2.0μm[C]//Cleo:ScienceInnovations.2017。上述論文輸出信道數多為8個左右，同時為降低串擾或節約尺寸，在自由傳播區采用羅蘭圓設計，并作出改良，但輸出信道的串擾仍然高于-20dB。而實現低串擾輸出的設計，采用例如Zhiqun Zhang等人設計的兩級級聯陣列波導光柵，成功將信道數拓展至16的情況下，輸出信道串擾低于-30dB，但是整體結構共使用了5個陣列波導光柵單元，硅基集成器件的緊湊尺寸特征被丟失，同時多級級聯的損耗也會增大，降低器件性能。(Zhiqun,Zhang,Juan,et al.Low-crosstalk silicon photonicsarrayed waveguide grating[J].Chinese Optics Letters,2017)。因此進一步為降低整體結構的尺寸，Qing Fang等人采用折疊設計，通過在陣列波導光柵處添加多模干涉反射單元，將光路折返，進而實現器件尺寸減半的目標，然而這一方法不適用于具有更多輸出信道的陣列波導光柵結構。(Qing F,Xiaoling C,Yingxuan Z,et al.Folded Silicon-Photonics Arrayed Waveguide Grating Integrated with Loop-Mirror Reflectors[J].IEEE Photonics Journal,2018,10(4):1-8.)。

根據以上分析可知，目前基于硅基光波導的陣列波導光柵，在面對輸出信道需求上漲的情況下，難以實現低損耗、低串擾、小尺寸的設計，而無法實現這些性能指標，將會直接影響所設計器件的實際應用價值。