阵列波导光栅及波长补偿方法技术

本发明专利技术涉及一种光栅及波长补偿方法，属于光通信技术领域，具体是涉及一种阵列波导光栅及波长补偿方法。本发明专利技术的驱动杆与底板非固定连接的一端为锥形或球形，使得驱动杆与底板之间的接触方式为点‑面接触，从而避免了面‑面接触所导致的难加工、难装配、不稳定等问题。

【技术实现步骤摘要】
阵列波导光栅及波长补偿方法
本专利技术涉及一种光栅及波长补偿方法，属于光通信
，具体是涉及一种阵列波导光栅及波长补偿方法。
技术介绍
在光通信系统中，阵列波导光栅(ArrayedWaveguideGratings，简称AWG)是密集波分复用系统的关键光器件。AWG可以轻松实现多路光信号的复用和解复用，是增加光通信系统容量的重要器件。AWG是基于平面光波导的光器件，由输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导和输出波导组成，其中相邻阵列波导具有固定的长度差。当多个不同波长的光信号从同一个输入端口进入AWG，经过输入平板波导后，通过衍射把光功率分配到阵列波导中的每一个端口，阵列波导的长度差会产生不同的传输相位延迟，在输出平板波导中相干叠加，使不同波长的光输出到不同的输出端口，从而起到解复用的功效。反之，当多个光信号从不同的输出端口进入AWG，在输入端口可以实现复用的功效。密集波分复用系统对复用/解复用器件的中心波长稳定性要求较高，需要控制在通道间隔的一定比例范围以内，例如在100GHz间隔的波分复用系统中，中心波长精度往往需要控制在通道间隔的+/-(5％-10％)以内，即+/-(40-80)pm。对于更密集的波分复用系统，如50G和25G系统，中心波长精度的要求更高，分别要达到+/-40pm和+/-20pm，甚至更高。具体可以参考下表：目前商用的AWG芯片一般是基于硅基的平面光波导器件，其中心波长随环境温度变化较大，敏感度约为12pm/℃，那么在波分复用系统工作环境温度内(-5℃至65℃)，AWG芯片的中心波长漂移量会达到约800pm，明显超出了系统要求，因此，需要采用措施来控制AWG芯片的中心波长，使其能在工作环境温度内正常工作。无热AWG(AthermalAWG，简称AAWG)可以有效控制AWG芯片的中心波长随温度的漂移问题，而且不需要耗电，是纯无源器件，受到诸多关注。专利CN101019053B(PCT/US2004/0140842004.05.05)中介绍了一种常规的AAWG方案，该方案带有底板，芯片与底板相连，通过分割芯片的平板波导，底板的驱动器301带动铰链202发生移动，使底板上方的芯片发生相对的波导移动，用于补偿AWG芯片的中心波长随温度的变化。公式1表明了AWG被分割的平板波导的相对位移dx与温度变化dT之间的关系其中ns和nc分别是AWG的输入/输出平面波导和阵列波导的有效折射率，ng是群折射率，d是相邻阵列波导在罗兰圆周上的间距，m是衍射级次，R是罗兰圆焦距，dλ是AWG的中心波长变化值。设驱动器301的有效长度为L，线膨胀系数为那么由驱动器301的热胀冷缩引起的相对位移为：其中k是驱动器301的位移与底板的第一区域和第二区域的相对位移之间的杠杆系数。结合公式1和公式2，可以得出如下关系：从公式3可以看出，该方案的中心波长变化值与温度的变化值是线性的关系。实际上，AWG芯片的中心波长λ随温度T的变化值并不是单一的线性关系，而是具有非线性关系，如下公式4所示：dλ＝a*dT2+b*dT+c公式4现有的方案只能补偿中心波长随温度变化的一次项，不能补偿其二次项。经过线性补偿后的温度/波长变化曲线为抛物线，是残余的波长/温度非线性效应的体现。近年来随着WDM-PON(WavelengthDivisionMultiplexing-PassiveOpticalNetwork)系统的不断发展，AWG的应用需要从室内扩展至室外，即工作环境温度会从-5℃～65℃扩展至-40℃～85℃，即为工业级温度范围，中心波长随温度的漂移量更大，对波长控制技术的要求更高，当工作温度范围从-5-65度扩展到-40-85度时，中心波长精度将会从40pm上升至约70pm-80pm，很容易超标。
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题为了适应对更宽工作温度范围或更密集波分复用系统的应用需求，现有技术中的补偿装置采用多根驱动杆，且至少一个驱动杆的中间或者该驱动杆与光路底座之间有缝隙，该缝隙在不同的温度区域内由驱动杆的热胀冷缩引起开启和闭合。但是，由于平面加工的精确度很难达到um级别、组装过程也会引入额外的误差，这些缝隙难以保持完全闭合，且在运动过程中，闭合的位置可能会发生变化，导致公式杠杆系数Ki发生变化，从而影响补偿精度。具体的，在运动过程中，驱动杆驱动底板第一区域201相对第二区域203绕铰链202转动，平面接触的接触区域较大，在转动过程中难以一直保持全面接触，当驱动杆伸长时，接触区域向靠近铰链的方向转移，当驱动杆收缩时，接触区域向远离铰链的方向转移。接触区域发生变化时，接触作用点相对铰链转动的力臂长度相应发生变化，导致补偿效果发生变化。本专利技术改进了分段线性补偿装置的结构，使得AAWG的中心波长精度控制更加精确。解决技术问题所采用的技术方案本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种阵列波导光栅，包括：底板，具有可相对运动的两个区域，以及用于驱动两个区域间相对运动的驱动杆；所述驱动杆热膨胀系数与底板不同，其包括两端分别固接于底板两个子区域上的固接驱动杆，以及至少一端在驱动杆形变时可分离接触于底板子区域上的接触驱动杆；阵列波导光栅芯片，具有两个子部，且分别位于底板的两个区域之上；所述接触驱动杆的至少一端与底板子区域为点面接触。其中，所述接触驱动杆的一端固接于底板的子区域上，另一端与底板子区域点面接触。其中，接触驱动杆至少一端为锥形或球形。其中，所述接触驱动杆为两个以上，并且具有不同的热膨胀系数。其中，所述阵列波导光栅芯片的缝隙内填充有折射率匹配材料，该材料的折射率与阵列波导光栅被分割区域的波导材料的折射率相同或接近。其中，所述接触驱动杆为两根以上，分别在高温段和低温段与底板子区域点面接触；所述高温段和低温段分别位于常温段两侧，所述常温段为所有接触驱动杆至少一端与底板子区域分离的温度段。其中，所述高温段和/或低温段工作的接触驱动杆为两根以上。一种阵列波导光栅波长补偿方法，包括：利用热膨胀系数不同于底板的固接驱动杆固接底板可相对运动的两个子区域；利用热膨胀系数不同于底板的接触驱动杆固接于底板的一个子区域，并在该接触驱动杆的另一端设置驱动杆形变时与底板另一子区域的接触结构；将阵列波导光栅芯片分割成两个子部，且分别置于底板的两个不同子区域上；利用所述驱动杆形变带动阵列波导光栅芯片两个子部产生相对位移以进行波长补偿；所述接触结构点面接触结构。其中，所述固接驱动杆为第一驱动杆，所述接触驱动杆包括第二驱动杆和第三驱动杆，并且，各驱动杆满足以下公式：其中，第一驱动杆的有效长度为L1，热膨胀系数为其与底板2的杠杆系数为k1；第二驱动杆302的有效长度为L2，热膨胀系数为其与底板2的杠杆系数为k2；第三驱动杆的有效长度为L3，热膨胀系数为其与底板的杠杆系数为k3；其中，杠杆系统为底板第一区域和第二区域在驱动杆作用下的间距变化与驱动杆伸缩长度的比值。其中，所述固接驱动杆为第一驱动杆，所述接触驱动杆包括第二驱动杆和第三驱动杆，所述第一驱动杆301与底板的杠杆系数为0.63，第二驱动杆302与底板的杠杆系数为0.69，第三驱动杆303与底板的杠杆系数为0.5，所杠杆系统为底板第一区域和第二区域在驱动杆作用下的间距变化与驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列波导光栅，包括：底板，具有可相对运动的两个区域，以及用于驱动两个区域间相对运动的驱动杆；所述驱动杆热膨胀系数与底板不同，其包括两端分别固接于底板两个子区域上的固接驱动杆，以及至少一端在驱动杆形变时可分离接触于底板子区域上的接触驱动杆；阵列波导光栅芯片，具有两个子部，且分别位于底板的两个区域之上；其特征在于，所述接触驱动杆的至少一端与底板子区域为点面接触。

【技术特征摘要】
1.一种阵列波导光栅，包括：底板，具有可相对运动的两个区域，以及用于驱动两个区域间相对运动的驱动杆；所述驱动杆热膨胀系数与底板不同，其包括两端分别固接于底板两个子区域上的固接驱动杆，以及至少一端在驱动杆形变时可分离接触于底板子区域上的接触驱动杆；阵列波导光栅芯片，具有两个子部，且分别位于底板的两个区域之上；其特征在于，所述接触驱动杆的至少一端与底板子区域为点面接触。2.根据权利要求1所述的一种阵列波导光栅，其特征在于，所述接触驱动杆的一端固接于底板的子区域上，另一端与底板子区域点面接触。3.根据权利要求1所述的一种阵列波导光栅，其特征在于，接触驱动杆至少一端为锥形或球形。4.根据权利要求1所述的一种阵列波导光栅，其特征在于，所述接触驱动杆为两个以上，并且具有不同的热膨胀系数。5.根据权利要求1所述的一种阵列波导光栅，其特征在于，所述阵列波导光栅芯片的缝隙内填充有折射率匹配材料，该材料的折射率与阵列波导光栅被分割区域的波导材料的折射率相同或接近。6.根据权利要求1所述的一种阵列波导光栅，其特征在于，所述接触驱动杆为两根以上，分别在高温段和低温段与底板子区域点面接触；所述高温段和低温段分别位于常温段两侧，所述常温段为所有接触驱动杆至少一端与底板子区域分离的温度段。7.根据权利要求6所述的一种阵列波导光栅，其特征在于，所述高温段和/或低温段工作的接触驱动杆为两根以上。8.一种阵列波导光栅波长补...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡家艳，李长安，凌九红，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42