本实用新型专利技术公开了一种通道损耗均匀且通带响应平坦的蚀刻衍射光栅器件。本实用新型专利技术在传统蚀刻衍射光栅设计的基础上，光栅反射齿面的每个齿面均由多个离散点连接构成并形成曲面，器件的光谱响应通带也相应分成多个离散点；每个光栅反射齿面上每个离散点均对光谱响应通带内的相应波长满足干涉加强条件，以实现通带响应平坦，同时光栅反射面的反射方向偏移常规闪耀光栅反射方向，使得经平板区传输后，光能量在输出波导阵列附近分散，以达到通道损耗均匀的效果。本实用新型专利技术在不改变蚀刻衍射光栅组成部分并不引入额外器件的基础上，实现了各通道带宽的增加，并且同时提高了蚀刻衍射光栅损耗均匀性；适用于基于磷化铟，二氧化硅，硅等各种材料的波导结构，具有制作简单、成本低等优点。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及集成蚀刻衍射光栅器件，具体涉及一种通道损耗均匀且通带响应平坦的蚀刻衍射光栅器件。
技术介绍
目前用于光通信的集成光波导光栅波分复用器件主要有阵列波导光栅(arrayedwaveguidegrating，简称AWG)和蚀刻衍射光栅(etcheddiffractiongrating，简称EDG)两种。其中蚀刻衍射光栅具有结构紧凑、易于集成、受工艺容差影响小、可靠性高能优点。N×N的EDG波长路由器可以通过N个波长实现N个输入和输出通道间的N2个链路连接，大大提高了系统的数据传输量，是全光路由系统的重要组成部件。然而，由于EDG波长路由器自由光谱范围(FreeSpectralRegion,简称FSR)一般较小，光栅齿面尺寸大，各输入输出通道组合的插入损耗非均匀性大(如N＝4时所有链路间最大最小损耗相差约5dB)，而在通信中一般要求输出通道间的插入损耗非均匀性小于1dB，这就大大影响了EDG波长路由器的可用通道数。因此提高EDG波长路由器的插入损耗均匀性十分重要。同时，EDG的通道频谱带宽也是其主要性能之一，频谱带宽的增加即频谱平坦化对放宽通信系统波长控制要求，克服环境温度改变等具有重要意义。目前针对阵列波导光栅，已报导的提高输出通道均匀性的技术主要有：扩大路由器FSR并抛弃边缘损耗较大通道、在输出波导出加入特殊结构，改善阵列波导和输出平板区界面场分布等。S.Kamei等人(S.Kamei,etal,\64×64channeluniform-lossandcyclic-frequencyarrayed-waveguidegratingroutermodule,\Electron.Lett.,vol.39,no.4,pp83-84,2003)通过设计一个比所需更大FSR的AWG,只使用FSR中间损耗相差小的一部分实现通道损耗均匀。H.Lu等人(H.Lu,etal,\Cyclicarrayedwaveguidegratingdeviceswithflat-toppassbandanduniformspectralresponse,\,Photon.Technol.Lett.,vol.20,No.1,pp3-5,2008)通过在输出波导前结合MMI和线性taper结构，实现了AWG的通带响应平坦和损耗均匀。J.C.Chen等人(J.C.Chen,etal,\Waveguidegratingrouterswithgreaterchanneluniformity,\Electron.Lett,vol.33,no.23,pp.1951-1952,1997)通过在阵列波导的入口和出口处增加一段辅助波导来改变阵列波导和输出平板波导交界面上的模场分布，从而提高了各输出通道的插入损耗均匀性，同时也实现了通带响应平坦。国家技术专利(ZL201220558264)通过调整AWG中阵列波导的方向分散光能量提高了其损耗均匀性。然而，以上提高阵列波导光栅各输出通道间插入损耗均匀性的技术大多数是以需要增加额外的器件或者增大器件尺寸为代价，这样增加了器件制作工艺的复杂度，而且对频谱的形状没有改善。对于蚀刻衍射光栅波长路由器，现有技术有提出通过旋转光栅齿面来实现损耗均匀，但还没有一种技术能够对蚀刻衍射光栅同时实现提高损耗均匀性和通带响应的平坦。
技术实现思路
针对
技术介绍
的不足，本技术的目的在于提出了一种通道间损耗均匀且通带响应平坦的蚀刻衍射光栅器件，解决了传统蚀刻衍射光栅各输出通道插入损耗相差较大的问题，同时通带响应平坦的设计可以放宽光通信系统中其他部分的性能要求。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本技术主要由至少一条输入波导、平板波导区、输出波导阵列和光栅反射齿面形成光路结构，输入波导的入射光经平板波导区发散后被光栅反射面反射，再经过平板波导区后被输出波导阵列接收，所述光路采用罗兰圆结构；光栅反射齿面的每个齿面均由K个离散点连接构成并形成曲面，器件的光谱响应通带相应分成K个离散点；光栅反射齿面上每个离散点满足下面的光栅衍射方程，以此实现通带响应平坦，同时使得光栅反射面的反射方向偏移常规闪耀光栅反射方向，以达到损耗均匀的效果：|IGn,k|+|OGn,k|-|IP|-|OP|=nmλkneffk,-N≤n≤N,1≤k≤K]]>其中，I为中心输入波导与罗兰圆圆周相交点，O为中心输出波导与罗兰圆圆周相交点，中心输出波导为位于输出波导阵列中间的波导，P为光栅极点，Gn,k表示第n个齿面上第k个离散点，m为衍射级次，n表示光栅齿面的序数，2N+1为光栅齿面的总数量，k表示每个齿面中离散点的序数，K表示每个齿面中离散点的总数；λk为光栅齿面上离散点对应的光谱响应通带内的离散点的波长，neffk为λk的平板区有效折射率。优选地，本技术可包含多条输入波导，所述的中心输入波导为位于多条输入波导中间的波导。优选地，本技术可包含一条输入波导，所述的中心输入波导为该条输入波导。所述每个齿面中所有离散点对应的光谱响应范围内的离散点的波长λk以λc为中心在平坦通带波长范围λR之内从到均匀分布，具体为：λk=λc+(2k-1K-1)λR]]>其中，λc表示所述器件的光谱响应通带的中心波长。所述的平坦通带波长范围λR取值和通道间隔△λ相关，满足0<λR<△λ。所述的输入波导数量与输出波导阵列中的输出波导数量相同，构成N×N端口的光波长路由器。所述器件的N个通道占据整个自由光谱范围，即通道间隔为自由光谱范围的1/N。所述的输入波导只有一条，所述器件具有1个输入通道和N个输出通道，N个通道占据的光谱范围小于整个自由光谱范围。本技术的光栅反射齿面上每个齿面的内离散点分别对中心波长附近光谱响应通带中一定波长的离散点满足干涉加强条件，从而达到通带响应平坦化效果；同时在此条件下光栅反射面成为中心点位置不变但反射方向偏移常规闪耀光栅反射方向的曲面，使得经平板区传输后，光能量在输出波导阵列附近分散，同时提高了输出通道的损耗均匀性；通带响应平坦化和通道损耗均匀的程度由上述波长离散点的范围决定。本技术具有的有益效果是：1.本技术在不增加器件尺寸和引入额外结构的基础上，可以提高各通道之间的损耗均匀性，同时实现蚀刻衍射光栅各输出通道通带响应平坦化。2.本技术适用于基于二氧化硅，磷化铟，硅等的各种材料的波导和波导...
【技术保护点】
一种通道损耗均匀且通带响应平坦的蚀刻衍射光栅器件，主要由至少一条输入波导(1)、平板波导区(2)、输出波导阵列(3)和光栅反射齿面(4)形成光路结构，输入波导(1)的入射光经平板波导区(2)发散后被光栅反射齿面(4)反射，再经过平板波导区(2)后被输出波导阵列(3)接收，所述光路采用罗兰圆(7)结构；其特征在于：光栅反射齿面(4)的每个齿面均由I个离散点连接构成并形成曲面，器件的光谱响应通带相应分成I个离散点；光栅反射齿面(4)上每个离散点满足下面的光栅衍射方程，以此实现通带响应平坦，同时使得光栅反射齿面(4)的反射方向偏移常规闪耀光栅反射方向，以达到损耗均匀的效果：其中，I为中心输入波导(5)与罗兰圆(7)圆周相交点，O为中心输出波导(6)与罗兰圆(7)圆周相交点，中心输出波导(6)为位于输出波导阵列(3)中间的波导，P为光栅极点，Gn,k表示第n个齿面上第k个离散点，m为衍射级次，n表示光栅齿面的序数，2N+1为光栅齿面的总数量，k表示每个齿面中离散点的序数，K表示每个齿面中离散点的总数；λk为光栅齿面上离散点对应的光谱响应通带内的离散点的波长，neffk为λk的平板区有效折射率。
【技术特征摘要】
1.一种通道损耗均匀且通带响应平坦的蚀刻衍射光栅器件，主要由至少一条输入波导(1)、平板波导区(2)、输出波导阵列(3)和光栅反射齿面(4)形成光路结构，输入波导(1)的入射光经平板波导区(2)发散后被光栅反射齿面(4)反射，再经过平板波导区(2)后被输出波导阵列(3)接收，所述光路采用罗兰圆(7)结构；其特征在于：
光栅反射齿面(4)的每个齿面均由I个离散点连接构成并形成曲面，器件的光谱响应通带相应分成I个离散点；光栅反射齿面(4)上每个离散点满足下面的光栅衍射方程，以此实现通带响应平坦，同时使得光栅反射齿面(4)的反射方向偏移常规闪耀光栅反射方向，以达到损耗均匀的效果：
其中，I为中心输入波导(5)与罗兰圆(7)圆周相交点，O为中心输出波导(6)与罗兰圆(7)圆周相交点，中心输出波导(6)为位于输出波导阵列(3)中间的波导，P为光栅极点，Gn,k表示第n个齿面上第k个离散点，m为衍射级次，n表示光栅齿面的序数，2N+1为光栅齿面的总数量，k表示每个齿面中离散点的序数，K表示每个齿面中离散点的总数；λk为光栅齿面上离散点对应的光谱响应通带内的离散点的波长，neffk为λk的平板区有效折射率。
2.根据权利要求1所述的一种通道损耗均匀且通带响应平坦的蚀刻衍射光栅器件，其特征在于：包含多条输入波导(1)，所述的中心输入波导(5)为位于多条输入波导(1)中间的波导。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：穆鸽，何建军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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