[發(fā)明專利]一種基于亞波長光柵的超緊湊型陣列波導(dǎo)光柵波分復(fù)用器

在審

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• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114755759A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒喜華;解長健;謝小軍;潘煒;閆連山
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12
• 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(fā)明公開了一種基于亞波長光柵的超緊湊型陣列波導(dǎo)光柵波分復(fù)用器，由輸入波導(dǎo)、第一平板波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)、第二平板波導(dǎo)以及輸出波導(dǎo)順次連接組成；輸入波導(dǎo)具有1個端口；輸出波導(dǎo)具有8個端口；陣列波導(dǎo)由50個具有相等長度差的等效條形均勻波導(dǎo)組成，每一個等效條形均勻波導(dǎo)均為亞波長光柵結(jié)構(gòu)，形成基于慢光效應(yīng)增大群折射率或傳輸時延的效果。間隔為200GHz的8個信道的最低相鄰信道串擾小于?27dB，整體尺寸保持在300×230μm以內(nèi)。本發(fā)明在保持200GHz信道間隔的良好工作性能下將器件整體集成尺寸降低了1個數(shù)量級，顯著提升了器件的集成度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于密集型波分復(fù)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于亞波長光柵的超緊湊型陣列波導(dǎo)光柵波分復(fù)用器。

背景技術(shù)

陣列波導(dǎo)光柵(ArrayedWaveguide Grating，AWG)是一種角色散型無源光集成器件，由輸入波導(dǎo)、輸入平板波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)、輸出平板波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)組成。目前基于硅基的陣列波導(dǎo)光柵，克服了以往氮化硅或二氧化硅材料下器件尺寸巨大，無法實現(xiàn)高密度集成這一問題；同時相對于其他結(jié)構(gòu)的波分復(fù)用器(如微環(huán)，馬赫曾德爾干涉儀等)，陣列波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)更為簡單，設(shè)計靈活性高，同時理論上也更易實現(xiàn)較大的波長復(fù)用數(shù)。其工作原理是當寬譜光經(jīng)輸入波導(dǎo)進入第一個平板波導(dǎo)時，光束會在其內(nèi)部發(fā)生衍射后進入陣列波導(dǎo)，由于相鄰的陣列波導(dǎo)具有ΔL的長度差，光束會在陣列波導(dǎo)內(nèi)部產(chǎn)生相位差并在第二個平板波導(dǎo)發(fā)生干涉，不同波長的光聚焦到不同的輸出波導(dǎo)處。

目前的硅基光波導(dǎo)陣列波導(dǎo)光柵設(shè)計中，主要關(guān)注的指標參數(shù)主要有損耗、串擾、信道數(shù)、信道間隔以及器件整體尺寸。針對8信道的陣列波導(dǎo)光柵研究較多，代表性的緊湊型陣列波導(dǎo)光柵相關(guān)論文包括：1)Park J,Kim G,Park H,et al.Performanceimprovement in silicon arrayed waveguide grating by suppression of scatteringnear the boundary of a star coupler[J].Applied Optics,2015,54(17):5597；2)HanQ,J St-Yves,Chen Y,et al.Polarization-insensitive silicon nitride arrayedwaveguide grating[J].Optics Letters,2019,44(16):3976.；3)Shang K,Pathak S,QinC,et al.Low-loss compact silicon nitride arrayed waveguide gratings forphotonic integrated circuits[J].IEEE Photonics Journal,2017,9(5):1-5。上述論文研究報道的輸出信道數(shù)均為8個，采用的結(jié)構(gòu)都是傳統(tǒng)的三段式陣列波導(dǎo)光柵。論文(1)主要攻克的問題為器件整體的串擾與損耗，其采用深淺刻蝕結(jié)構(gòu)，盡可能降低多模的產(chǎn)生，它的整體尺寸在400×240μm左右，但其信道間隔為400GHz；隨著性能提高(信道間隔由400GHz升級到200GHz)，其尺寸(主要是所需的相鄰波導(dǎo)之間的長度差或時延差增大)將顯著增大到4～6倍，面積將達到10mm2量級。論文(2)針對的問題和論文(1)基本一致，但著眼點在于偏振模式的干擾，通過構(gòu)建波導(dǎo)，降低了器件整體對偏振的敏感性，從而實現(xiàn)器件整體性能的提升；但由于采用氮化硅材料，因此整體結(jié)構(gòu)在4000×1500μm左右，面積約為10mm2量級。論文(3)和論文(2)采用的材料都是氮化硅，通過構(gòu)造波導(dǎo)結(jié)構(gòu)限制模式，提升性能的同時完成緊湊型設(shè)計，其整體尺寸在1800×600μm左右，面積約為10mm2量級。由此可見，目前對于器件尺寸的緊湊型設(shè)計，主要是通過材料的特性實現(xiàn)(即硅這一類高折射率對比性的材料)，此外可利用的方法十分有限。

根據(jù)以上分析可知，硅基陣列波導(dǎo)光柵波分復(fù)用器集成度的提升依然是一個難點。

發(fā)明內(nèi)容

為了利用慢光效應(yīng)解決陣列波導(dǎo)光柵整體尺寸巨大，集成度無法繼續(xù)提升的問題，本發(fā)明提供一種基于亞波長光柵的超緊湊型陣列波導(dǎo)光柵波分復(fù)用器。