[發(fā)明專利]一種中階梯光柵硅光芯片溫度傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011621174.1
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112665749B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭宇;黃穎
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科宇智聯(lián)信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 武漢藍(lán)寶石專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 廉海濤

本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種中階梯光柵硅光芯片溫度傳感器，包括：光源、輸入波導(dǎo)、羅蘭圓、曲面光柵、輸出波導(dǎo)及光電探測器。羅蘭圓內(nèi)部為硅材料的自由傳播區(qū)域；曲面光柵的反射面由多個(gè)子曲面構(gòu)成；羅蘭圓與曲面光柵的反射面的中心相切相交。輸入波導(dǎo)及輸出波導(dǎo)設(shè)置在羅蘭圓上。光源發(fā)出的光信號經(jīng)輸入波導(dǎo)入射至曲面光柵的反射面，經(jīng)曲面光柵反射、聚焦后從輸出波導(dǎo)輸出至光電探測器。本發(fā)明提供的中階梯光柵硅光芯片溫度傳感器，結(jié)構(gòu)簡單，整體尺寸可微型化到300μm×100μm，大大優(yōu)化了空間使用效率，降低了制造成本。通過調(diào)節(jié)羅蘭圓半徑、輸入波導(dǎo)位置、輸出波導(dǎo)位置等參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)超寬帶光譜運(yùn)行，降低了對光源工作波長范圍的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種中階梯光柵硅光芯片溫度傳感器。

背景技術(shù)

硅光芯片擁有小尺寸、高集成度、低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于光通信等領(lǐng)域。由于硅材料較高的熱-光系數(shù)，導(dǎo)致其光學(xué)特性隨溫度有較大變化，因此需要對硅光芯片進(jìn)行溫度監(jiān)控。

現(xiàn)有的用于硅光芯片的溫度傳感器，包括外置溫度傳感器和內(nèi)置溫度傳感器。外置溫度傳感器的缺點(diǎn)在于，硅光芯片的核心波導(dǎo)被包裹在二氧化硅包層中，外置溫度傳感器不能迅速、精確地探測硅光芯片核心波導(dǎo)的溫度變化。常見的內(nèi)置溫度傳感器有兩種結(jié)構(gòu)，其中一種內(nèi)置的硅光芯片的溫度傳感器包含N級非對稱馬赫-曾德干涉儀、多個(gè)分束器、多個(gè)合束器，導(dǎo)致其尺寸較大，制造成本較高。另一種內(nèi)置的硅光芯片溫度傳感器，其由硅波導(dǎo)及微環(huán)波導(dǎo)構(gòu)成，其缺點(diǎn)在于對光源要求高，必須是工作在特定波長范圍的光源。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的硅光芯片溫度傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需要工作在特定波長范圍的光源的技術(shù)問題，提供了一種中階梯光柵硅光芯片溫度傳感器。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種中階梯光柵硅光芯片溫度傳感器，包括：光源、輸入波導(dǎo)、羅蘭圓、曲面光柵、輸出波導(dǎo)及光電探測器；

所述羅蘭圓內(nèi)部為硅材料的自由傳播區(qū)域；

所述曲面光柵的反射面由多個(gè)子曲面構(gòu)成；所述羅蘭圓與所述曲面光柵的反射面的中心相切相交；

所述輸入波導(dǎo)及所述輸出波導(dǎo)設(shè)置在所述羅蘭圓上；

所述光源發(fā)出的光信號經(jīng)所述輸入波導(dǎo)入射至所述曲面光柵的反射面，經(jīng)所述曲面光柵反射、聚焦后從所述輸出波導(dǎo)輸出至所述光電探測器。

進(jìn)一步的，所述曲面光柵所在的光柵圓半徑為羅蘭圓半徑的二倍。

進(jìn)一步的，所述輸出波導(dǎo)為單通道或多通道。

進(jìn)一步的，所述輸出波導(dǎo)的通道數(shù)為1-20。

進(jìn)一步的，所述子曲面的面積為曲面光柵的反射面的面積的1/20～1/10。

本發(fā)明提供的中階梯光柵硅光芯片溫度傳感器至少具備以下有益效果或優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的中階梯光柵硅光芯片溫度傳感器，羅蘭圓內(nèi)部為硅材料的自由傳播區(qū)域；曲面光柵的反射面由多個(gè)子曲面構(gòu)成；羅蘭圓與曲面光柵的反射面的中心相切相交；輸入波導(dǎo)及輸出波導(dǎo)設(shè)置在所述羅蘭圓上；光源發(fā)出的光信號經(jīng)輸入波導(dǎo)入射至曲面光柵的反射面，經(jīng)曲面光柵反射、聚焦后從輸出波導(dǎo)輸出至光電探測器。由于每個(gè)輸出波導(dǎo)接收到的來自于自由傳播區(qū)域的光信號，是寬帶光信號相互干涉的結(jié)果，因此每個(gè)輸出波導(dǎo)輸出光信號的波長與自由傳播區(qū)域材料的折射率相關(guān)。自由傳播區(qū)域的材料是硅，硅具有較高的熱-光系數(shù),溫度變化會(huì)引起硅折射率改變，進(jìn)一步引起輸出波導(dǎo)輸出的光信號波長變化，探測輸出光信號的波長即可傳感硅光芯片的內(nèi)部核心溫度。本發(fā)明提供的中階梯光柵硅光芯片溫度傳感器，結(jié)構(gòu)簡單，整體尺寸可微型化到300μm×100μm，大大優(yōu)化了空間使用效率，降低了制造成本。通過調(diào)節(jié)羅蘭圓半徑、輸入波導(dǎo)位置、輸出波導(dǎo)位置等參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)超寬帶光譜運(yùn)行，降低了對光源工作波長范圍的要求。