缩小频率偏差的N×N阵列波导光栅光波长路由器制造技术

本发明专利技术公开了一种缩小频率偏差的N×N阵列波导光栅光波长路由器。它包括N条输入波导、输入平板波导区、阵列波导区、输出平板波导区和N条输出波导；采用倾斜的罗兰圆结构在输入平板波导区和输出平板波导区引入长度差，消除了传统阵列波导光栅光波长路由器的自由光谱范围要求和衍射级次为整数两者无法同时实现的矛盾，解决了自由光谱范围出现偏差的问题，从而减小了输出通道的频率偏差。本发明专利技术在不改变传统阵列波导光栅光波长路由器各个组成部分，同时不引入额外器件的基础上，解决了传统阵列波导光栅光波长路由器输出波长出现频率偏差的问题，适用于基于二氧化硅、磷化铟和硅等的波导材料和波导结构，具有制作简单、成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
缩小频率偏差的N×N阵列波导光栅光波长路由器
本专利技术涉及一种阵列波导光栅光波长路由器，具体涉及一种缩小频率偏差的N×N阵列波导光栅光波长路由器。
技术介绍
随着半导体工艺的最小特征尺寸按照摩尔定律持续减小，芯片集成度越来越高，各个晶体管间的数据交换速度将无法跟上其本身的数据处理速度，基于金属传导的电互连技术正面临不可逾越的“电子瓶颈”。与电互连相比，光互连(OpticalInterconnect)以光子为信息载体，具有超高带宽、超快传输速率、抗电磁干扰和低能耗等优势，将引发新一轮的信息产业革命。硅基光互连技术具有功耗低、与半导体CMOS工艺兼容、可集成、成本低等优点，是实现片间和片上光互连的理想平台。光波长路由器可以实现光节点上/下行波长的智能分配，高速无阻塞光域的选路交换，保证透明传输，是光互连网络系统的核心器件之一。光波长路由器可以用环形共振器(Ringresonator)，蚀刻衍射光栅(EDG)等方式实现。但考虑较多波长信道和制作要求时，阵列波导光栅(AWG)是光波长路由器的最佳选择之一。AWG具有结构紧凑、易于集成、性能优良和可靠性高等众多优点。由N×N型阵列波导光栅(AWG)构成的光波长路由器正成为研究热点。严重的输出波长频率偏差是阵列波导光栅光波长路由器的一个相当重要的问题。对于普通的阵列波导光栅光波长路由器，其中心波长由光栅方程(式1)决定，其中，nc是阵列波导的有效折射率，ΔL是相邻阵列波导在阵列波导区的长度差，m是衍射级次，λc是中心波长。其自由光谱范围表示为(式2)，其中，Nc是阵列波导的群折射率。在N×N的光波长路由应用中，要求AWG的FSR正好是通道间隔的N倍，而衍射级次m又必须是整数。因此两个等式无法同时满足。只能通过公式(2)求得阵列波导长度差在代入公式(1)得到的衍射级次m就近取整。那么根据整数m再反推回的FSR就和实际要求的存在偏差，引起比较严重的频率偏差现象，特别是当传输通道数目较多，FSR较大时，该现象就会更加明显。对于光互连网络而言，传输信号的频率误差将带来严重的后果，劣化传输信号，增大通信系统的误码率。因此，为了加大阵列波导光栅光波长路由器在光互连网络中的进一步应用，必须减小其输出波长的频率偏差。目前国内外报道的减小阵列波导光栅光波长路由器输出波长频率偏差的方法主要是与合波器结合的反馈法。在“32×32arrayed-waveguidegratingmultiplexerwithuniformlossandcyclicfrequencycharacteristics”，K.Okamoto，T.Hasegawa，O.Ishida，etal.，ElectronicsLett.，33(22)，1865-1866，1997这篇文章中提到，利用一个N×M的阵列波导光栅(其中M＞2N)，N个需要的通道位于M个输出通道的中间，并且当从N个不同通道输入时其聚焦波长出现在N个输出通道之外时利用一个合波器将其反馈到N个中间输出通道内，由于只利用阵列波导光栅的M个输出通道的中间N个通道，从而利用反馈解决了频率偏差问题。该方法成功地减小了阵列波导光栅光波长路由器输出波长的频率偏差。但是，由于3dB合波器的引入，增大了工艺制作的复杂性，使器件的性能变低、成本变高。特别对于具有较大色散的AWG，例如，超小尺寸的硅纳米线阵列波导光栅，要实现输出波长频率偏差的减小，该方法将变得十分困难，也就限制了该类阵列波导光栅光波长路由器在光互连中的应用。
技术实现思路
针对
技术介绍
的不足，本专利技术的目的在于提供一种缩小频率偏差的N×N阵列波导光栅光波长路由器，解决传统阵列波导光栅光波长路由器减小输出波长的频率偏差方法造成的工艺变复杂、器件性能变差，结构复杂，成本增大等问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术依次包括N条输入波导、输入平板波导区、阵列波导区、输出平板波导区和N条输出波导；光从N条输入波导依次通过输入平板波导区、阵列波导区和输出平板波导区传播至N条输出波导；由N条输入波导末端构成的输入面是在第一个罗兰圆上，输入平板波导区和阵列波导区的交界曲线是在一个比第一个罗兰圆半径大一倍的第一个光栅圆上，并且第一个罗兰圆与第一个光栅圆在输入平板波导区和阵列波导区的交界曲线的中心点相切；由N条输出波导末端构成的输出面是在第二个罗兰圆上，输出平板波导区和阵列波导区的交界曲线是在一个比第二个罗兰圆半径大一倍的第二个光栅圆上，并且第二个罗兰圆与第二个光栅圆在输出平板波导区和阵列波导区的交界曲线的中心点相切。输入平板波导区和阵列波导区的交界曲线中心的切线与输入平板波导区的光轴的夹角和输出平板波导区和阵列波导区的交界曲线中心的切线与输出平板波导区的光轴的夹角均为同一角度α，且α为大于0°小于180°非90°的角度，并满足关系式α＝90°-asin(ΔLs/da)，其中da为阵列波导区的中间阵列波导的中心与相邻的阵列波导中心的连线的距离，ΔLs是对应相邻阵列波导的光路在输入平板波导区中的长度差，也是对应相邻阵列波导的光路在输出平板波导区中的长度差；阵列波导光栅光波长路由器在阵列波导区的长度差和在输入平板波导区和输出平板波导区的长度差以及由此决定的输入平板波导区、阵列波导区和输出平板波导区的几何形状是根据使得该阵列波导光栅光波长路由器自由光谱范围要求和衍射级次为整数两者同时满足时而决定的。光从N条输入波导依次通过输入平板波导区、阵列波导区和输出平板波导区传播至N条输出波导时经过阵列波导区中相邻两波导所对应的总光程差由输入平板波导区中的光程差nsΔLs、阵列波导区中的光程差ncΔL和输出平板波导区中的光程差nsΔLs共同决定，其中，ns是输入平板区和输出平板区中的有效折射率。所述N条输入波导展开呈辐射状，连接输入平板波导区的一端排列在第一个罗兰圆的圆弧上；阵列波导中的每条波导正对中心输入波导，排列在第一个光栅圆的圆弧上，此第一个光栅圆和第一个罗兰圆在输入平板波导区和阵列波导区的交界曲线的中心点处相切；输入平板波导区的光轴与第一个罗兰圆的直径，也就是第一个光栅圆的半径，不重合，而是成一个角度β；输入平板波导区引入的长度差ΔLs＝da·sinβ，其中，β为输入平板波导区的光轴和第一个罗兰圆直径之间的夹角。所述对应N×N阵列波导光栅光波长路由器，N个信道占据阵列波导光栅光波长路由器的整个自由光谱范围，即信道间隔为自由光谱范围的1/N。所述输入平板波导区的N条输入波导的结构与输出平板波导区的N条输出波导的结构对称，从而构成N×N端口的光波长路由器。本专利技术具有的有益效果是：1.本专利技术有效减小阵列波导光栅光波长路由器由于自由光谱范围要求和衍射级次为整数两者无法同时实现而引起的严重的输出波长频率偏差，工作原理简单。2.本专利技术的制作工艺与传统阵列波导光栅光波长路由器的制作工艺完全兼容，不需要加入额外元件，不需要额外工艺步骤，不影响传统阵列波导光栅光波长路由器的其他性能。3.本专利技术应用于不同材料、不同波导结构的阵列波导光栅光波长路由器，具有制作简单、成本低等优点。附图说明图1是6×6的阵列波导光栅光波长路由器的波长路由示意图。图2是传统阵列波导光栅光波长路由器的结构示意图。图3是图2输入平板波导区和输出平板波导区采用的波导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种缩小频率偏差的N×N阵列波导光栅光波长路由器，依次包括N条输入波导(1)、输入平板波导区(2)、阵列波导区(3)、输出平板波导区(4)和N条输出波导(5)；光从N条输入波导(1)依次通过输入平板波导区(2)、阵列波导区(3)和输出平板波导区(4)传播至N条输出波导(5)；由N条输入波导(1)末端构成的输入面(11)是在第一个罗兰圆(8)上，输入平板波导区和阵列波导区的交界曲线(10)是在一个比第一个罗兰圆(8)半径大一倍的第一个光栅圆(9)上，并且第一个罗兰圆(8)与第一个光栅圆(9)在输入平板波导区和阵列波导区的交界曲线(10)的中心点相切；由N条输出波导(5)末端构成的输出面(16)是在第二个罗兰圆上，输出平板波导区和阵列波导区的交界曲线(15)是在一个比第二个罗兰圆半径大一倍的第二个光栅圆上，并且第二个罗兰圆与第二个光栅圆在输出平板波导区和阵列波导区的交界曲线(15)的中心点相切；其特征在于：输入平板波导区和阵列波导区的交界曲线中心的切线(6)与输入平板波导区的光轴(7)的夹角和输出平板波导区和阵列波导区的交界曲线中心的切线(14)与输出平板波导区的光轴(13)的夹角均为同一角度α，且α为大于0°小于180°非90°的角度，并满足关系式α＝90°‑asin(ΔLs/dε)，其中da为阵列波导区的中间阵列波导的中心与相邻的阵列波导中心的连线(20)的距离，ΔLs是对应相邻阵列波导的光路在输入平板波导区(2)中的长度差，也是对应相邻阵列波导的光路在输出平板波导区(4)中的长度差；阵列波导光栅光波长路由器在阵列波导区(3)的长度差和在输入平板波导区(2)和输出平板波导区(4)的长度差以及由此决定的输入平板波导区(2)、阵列波导区(3)和输出平板波导区(4)的几何形状是根据使得该阵列波导光栅光波长路由器自由光谱范围要求和衍射级次为整数两者同时满足时而决定的。...

【技术特征摘要】
1.一种缩小频率偏差的N×N阵列波导光栅光波长路由器，依次包括N条输入波导(1)、输入平板波导区(2)、阵列波导区(3)、输出平板波导区(4)和N条输出波导(5)；光从N条输入波导(1)依次通过输入平板波导区(2)、阵列波导区(3)和输出平板波导区(4)传播至N条输出波导(5)；由N条输入波导(1)末端构成的输入面(11)是在第一个罗兰圆(8)上，输入平板波导区和阵列波导区的交界曲线(10)是在一个比第一个罗兰圆(8)半径大一倍的第一个光栅圆(9)上，并且第一个罗兰圆(8)与第一个光栅圆(9)在输入平板波导区和阵列波导区的交界曲线(10)的中心点相切；由N条输出波导(5)末端构成的输出面(16)是在第二个罗兰圆上，输出平板波导区和阵列波导区的交界曲线(15)是在一个比第二个罗兰圆半径大一倍的第二个光栅圆上，并且第二个罗兰圆与第二个光栅圆在输出平板波导区和阵列波导区的交界曲线(15)的中心点相切；其特征在于：输入平板波导区和阵列波导区的交界曲线中心的切线(6)与输入平板波导区的光轴(7)的夹角和输出平板波导区和阵列波导区的交界曲线中心的切线(14)与输出平板波导区的光轴(13)的夹角均为同一角度α，且α为大于0°小于180°非90°的角度，并满足关系式α＝90°-arcsin(ΔLs/da)，其中da为阵列波导区的中间阵列波导的中心与相邻的阵列波导中心的连线(20)的距离，ΔLs是对应相邻阵列波导的光路在输入平板波导区(2)中的长度差，也是对应相邻阵列波导的光路在输出平板波导区(4)中的长度差；阵列波导光栅光波长路由器在阵列波导区(3)的长度差和在输入平板波导区(2)和输出平板波导区(4)的长度差以及由此决定的输入平板波导区(2)、阵列波导区(3)和输出平板波导区(4)的几何形状是根据使得该阵列波导光栅光波长路由器自由光谱范围要求和衍射级次为整数两者同时满足时而决定...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠廷，郎婷婷，邹俊，何建军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33