[發明專利]低串擾32信道硅基陣列波導光柵波分復用器

在審

• 申請號: 202110346695.9
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN112946815A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 鄒喜華;解長健;李沛軒;黃瑤;閆連山;潘煒
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;H04J14/02
• 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32信道硅基陣列波導光柵波分復用器，光信號鏈路由以下硅基器件輸入波導，第一羅蘭圓，陣列波導，第二羅蘭圓以及輸出波導順次連接組成；輸入波導具有1個端口；輸出波導具有32個端口；陣列波導由550個具有相等長度差△L、呈拋物線錐形的條形波導陣列組成。32信道的最大插入損耗小于6.5dB,最小相鄰信道串擾低于?20dB。本發明具有低損耗、低串擾等優點，在光通信與光信號處理以及波分復用/解復用系統中有重要作用。

技術領域

本發明屬于硅基光子集成、密集型波分復用/解復用以及信號處理等領域，尤其涉及一種低串擾32信道硅基陣列波導光柵波分復用器。

背景技術

陣列波導光柵(Arrayed Waveguide Grating，AWG)是一種角色散型無源光集成器件，由輸入波導、輸入平板波導(羅蘭圓1)、陣列波導、輸出平板波導(羅蘭圓2)、輸出波導組成。它與其他的波分復用器件相比，具有插損較低、濾波性能較好、工藝較易實現、設計靈活、易于與光纖進行耦合等優點。其工作原理主要利用多光束干涉的原理，通過陣列波導可以引入一定的光程差，使得不同波長的光在平板波導中干涉成像，從而被不同的輸出波導所接收。基于硅基設計并制作的陣列波導光柵相對于其他低折射率材料，如二氧化硅，氮化硅，硅材料由于其較高的折射率對比度，可以在更緊湊的結構下實現器件功能。在陣列波導光柵的設計中，基于硅材料的設計可以將器件的整體結構從cm量級縮小至μm量級。

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]16th International Conference onOptical 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。而為實現低串擾輸出，采用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喪失，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 photonics arrayed 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 waveguidegrating integrated with loop-mirror reflectors[J].IEEE Photonics Journal,2018.)。

根據以上分析可知，硅基陣列波導光柵波分復用器的設計，難點主要在于在保證損耗和串擾等性能不降低的條件下，實現窄的信道間隔以及更多的輸出信道。

發明內容