一种损耗均匀的阵列波导光栅路由器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种损耗均匀的阵列波导光栅路由器。光从输入波导输入，到达输入星型耦合器，由于基尔霍夫衍射现象，光场在输入星型耦合器中得到扩大并由阵列波导所接收，阵列波导接收到的光经过Sinc函数耦合区后到输出星型耦合器中聚焦成像；Sinc函数耦合区将阵列波导传输过来的高斯型光场转变成Sinc函数型光场，使得从输出星型耦合器输出矩形光场，实现阵列波导光栅路由器损耗均匀的功能。本实用新型专利技术的阵列波导光栅路由器解决了阵列波导光栅路由器固有的损耗非均匀性难题，具有制作容差大，成本低，串扰小等优点。

An Array Waveguide Grating Router with Uniform Loss

The utility model discloses an arrayed waveguide grating router with uniform loss. The light is input from the input waveguide to the input star coupler. Because of Kirchhoff diffraction, the light field is expanded in the input star coupler and received by the array waveguide. The light received by the array waveguide passes through the Sinc function coupling region and then focuses in the output star coupler. The Sinc function coupling region transmits the array waveguide. The Gauss optical field is transformed into Sinc functional optical field, which makes rectangular optical field output from output star coupler and achieves the function of uniform loss of arrayed waveguide grating router. The arrayed waveguide grating router of the utility model solves the inherent problem of loss nonuniformity of the arrayed waveguide grating router, and has the advantages of large manufacturing tolerance, low cost and small crosstalk.

【技术实现步骤摘要】
一种损耗均匀的阵列波导光栅路由器
本技术涉及了一种阵列波导光栅路由器，特别是涉及了一种损耗均匀的阵列波导光栅路由器。
技术介绍
近年来，随着通信容量的指数递增，硅基集成光波导波分复用器件被广泛运用于光通信领域。其中阵列波导光栅路由器(ArrayedWaveguideGratingRouter，简称AWGR)由于其具有成本低、体积小、结构紧凑、损耗小、串扰低、易于集成等优点成为光通信系统中实现波分复用功能的核心器件之一。然而，一个N×N的阵列波导光栅路由器由于其输出光谱覆盖整个自由光谱范围(FreeSpectralRegion,简称FSR),导致边缘通道的m级干涉极大和m-1级干涉极大能量相近，最终导致边缘输出通道与中心输出通道之间存在固有的3dB损耗非均匀性。然而，在实际通信运用中往往要求波分复用器件的插入损耗非均匀性小于1dB，这大大降低了AWGR的循环路由功能，因此，提高AWGR输出信道在一个FSR内的插入损耗均匀性显得尤为重要。近年来，国内外学者采用各种方法来提高AWGR的插入损耗均匀性，目前主要采用的技术主要有：通过一个多模干涉耦合器将边缘通道的m级干涉极大与m-1级干涉极大能量耦合到同一个输出信道，从而达到提高信道损耗非均匀性的目的。这种方法在输出波导端将存在很多波导交叉的节点，设计制作难度极大。还有通过在阵列波导输出端添加辅助波导，通过方向耦合器的方法来改变输出模场，从而实现各输出信道的损耗均匀性。由于二氧化硅等弱限制波导平台，方向耦合器之间的耦合效率较低，采用这种方法往往会设计锯齿状波导，通过提高波导损耗的方法来增加方向耦合器的耦合效率，这在增加设计复杂度的同时，也增加了制作难度，同时会引入不必要的波导损耗。其次国家技术专利(ZL200510126242.6)“采用损耗微调波导实现阵列波导光栅通道均匀性的方法”是通过在阵列波导光栅的输出波导的末端加入损耗微调波导，从而实现阵列波导光栅的输出信道插入损耗均匀。该方法在AWG的输出端增加了额外的损耗微调波导，导致整个结构极其复杂，体积较大。再者，国家技术专利(ZL2012104193432)“信道损耗均匀的波导光栅器件”是通过将阵列波导按照一定的角度倾斜，将能量在成像面上重新分布，类似于闪耀光栅的方法来提高AWGR输出信道损耗均匀性。这种方法，往往会额外增加AWGR的串扰，降低AWGR的性能。
技术实现思路
针对
技术介绍
的不足，本技术提供了一种损耗均匀的阵列波导光栅路由器，解决了阵列波导光栅路由器输出信道插入损耗非均匀性的问题。本技术所采用的技术方案是：本技术包括依次连接的输入波导、输入星型耦合器、阵列波导、Sinc函数耦合区、输出星型耦合器和输出波导；光从输入波导输入，到达输入星型耦合器，由于基尔霍夫衍射现象，光场在输入星型耦合器中得到扩大并由阵列波导所接收，阵列波导接收到的光经过Sinc函数耦合区后到输出星型耦合器中聚焦成像；Sinc函数耦合区将阵列波导传输过来的高斯型光场转变成Sinc函数型光场，Sinc函数型光场经傅里叶变换的远场成像为矩形光场，使得从输出星型耦合器输出矩形光场，实现阵列波导光栅路由器损耗均匀的功能。所述Sinc函数耦合区包括平板耦合区和波导耦合区，阵列波导输出端连接到平板耦合区的输入端，平板耦合区的输出端连接到波导耦合区输入端，波导耦合区输出端连接到输出星型耦合器输入端；所述波导耦合区主要由2P+1根长度一致和宽度一致的波导组成，P表示阵列波导中的波导总根数，所述波导耦合区各根波导连接到平板耦合区的输出端，阵列波导的各根波导平板耦合区的输入端，使得沿阵列波导的各根波导对应的直线上均布置有一根波导耦合区的波导，阵列波导的相邻两根波导对应的直线之间的平行中间直线上均布置有一根波导耦合区的波导，阵列波导最外侧的两根波导外侧对应的直线上各布置有一根波导耦合区的波导，从而形成2P+1根波导，所述波导耦合区相邻波导之间的间距相同。所述的波导耦合区和平板耦合区均由波导结构制成。所述Sinc函数耦合区采用方向耦合器，通过特殊设计的方向耦合器来实现。所述阵列波导包括P段长度呈等差数列的波导，P段波导的两端连接在输入星型耦合器和Sinc函数耦合区之间。所述输入波导和输出波导均由N根波导组成，其中N为该阵列波导光栅路由器的通道数目。所述输入星型耦合器将所述输入波导输入的光进行基尔霍夫衍射扩大，光场的扩大程度与所述输入波导宽度负相关，与所述输入星型耦合器的长度正相关。所述的阵列波导中各波导长度为L+jΔL，其中j＝0,1,2…P-1，j表示波导序号，P表示波导总数，L为最短波导的长度，作为参考波导长度；ΔL为相邻波导的长度差，采用以下公式计算：其中，m为衍射级次且为正整数，λ为真空中的光波长，na为光在阵列波导中的有效折射率。所述阵列波导光栅路由器的自由光谱范围由以下公式计算：其中，n为阵列波导光栅路由器的通道数目，Δλ为通道间隔。所述阵列波导光栅路由器不仅可以基于二氧化硅平台设计制作，对氮化硅、氮氧化硅、磷化铟、绝缘体上硅等材料平台都适用。本技术的有益效果是：本技术在不增加器件尺寸、不降低器件串扰、不增加器件制作工艺难度和不需要额外器件的基础上，实现阵列波导光栅路由器在一个自由光谱范围内所有输出信道的插入损耗非均匀性小于1dB。本技术提出的Sinc函数耦合区具有设计简单，制作工艺容差大，损耗小等优点。本技术提出的阵列波导光栅路由器不仅可以基于二氧化硅平台设计制作对氮化硅、氮氧化硅、磷化铟、绝缘体上硅等材料平台都适用。附图说明图1为本技术损耗均匀阵列波导光栅路由器的结构示意图；图2为本技术Sinc函数耦合区结构示意图；图3为普通设计阵列波导光栅路由器(虚线)和本技术损耗均匀阵列波导光栅路由器(实线)单个阵列波导输出光场的远场分布对比图；图4为普通设计阵列波导光栅路由器中心输出信道(实线)和边缘输出信道(点线)的远场成像图；图5为实时例的掩埋二氧化硅波导结构示意图；图6为普通设计阵列波导光栅路由器的输出信道的仿真光谱图；图7为本技术损耗均匀阵列波导光栅路由器的输出信道的仿真光谱图；图中：1、输入波导，2、输入星型耦合器，3、阵列波导，4、Sinc函数耦合区，5、输出星型耦合器，6、输出波导，7、平板耦合区，8、波导耦合区，9、包层，10、芯层。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本技术作进一步详细说明。如图1所示，本技术具体实施包括依次连接的输入波导1、输入星型耦合器2、阵列波导3、Sinc函数耦合区4、输出星型耦合器5和输出波导6；光从输入波导1输入，到达输入星型耦合器2，由于基尔霍夫衍射现象，光场在输入星型耦合器2中得到扩大并由阵列波导3所接收，阵列波导3接收到的光经过Sinc函数耦合区4后到输出星型耦合器5中聚焦成像；Sinc函数耦合区4将阵列波导3传输过来的高斯型光场转变成Sinc函数型光场，Sinc函数型光场经傅里叶变换的远场成像为矩形光场，使得从输出星型耦合器5输出矩形光场，实现阵列波导光栅路由器损耗均匀的功能。如图2所示，Sinc函数耦合区4包括平板耦合区7和波导耦合区8，阵列波导3输出端连接到平板耦合区7的输入端，平板耦合区7的输出端连接到波导耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种损耗均匀的阵列波导光栅路由器，包括依次连接的输入波导(1)、输入星型耦合器(2)、阵列波导(3)、输出星型耦合器(5)和输出波导(6)；光从输入波导(1)输入，到达输入星型耦合器(2)，由于基尔霍夫衍射现象，光场在输入星型耦合器(2)中得到扩大并由阵列波导(3)所接收，阵列波导(3)接收到的光到输出星型耦合器(5)中聚焦成像，成像后由输出波导(6)将成像后的光场输出；其特征在于：包括设置在阵列波导(3)和输出星型耦合器(5)之间的Sinc函数耦合区(4)，阵列波导(3)接收到的光经过Sinc函数耦合区(4)后到输出星型耦合器(5)中聚焦成像；Sinc函数耦合区(4)将阵列波导(3)传输过来的高斯型光场转变成Sinc函数型光场，使得从输出星型耦合器(5)输出矩形光场，实现阵列波导光栅路由器损耗均匀的功能。

【技术特征摘要】
1.一种损耗均匀的阵列波导光栅路由器，包括依次连接的输入波导(1)、输入星型耦合器(2)、阵列波导(3)、输出星型耦合器(5)和输出波导(6)；光从输入波导(1)输入，到达输入星型耦合器(2)，由于基尔霍夫衍射现象，光场在输入星型耦合器(2)中得到扩大并由阵列波导(3)所接收，阵列波导(3)接收到的光到输出星型耦合器(5)中聚焦成像，成像后由输出波导(6)将成像后的光场输出；其特征在于：包括设置在阵列波导(3)和输出星型耦合器(5)之间的Sinc函数耦合区(4)，阵列波导(3)接收到的光经过Sinc函数耦合区(4)后到输出星型耦合器(5)中聚焦成像；Sinc函数耦合区(4)将阵列波导(3)传输过来的高斯型光场转变成Sinc函数型光场，使得从输出星型耦合器(5)输出矩形光场，实现阵列波导光栅路由器损耗均匀的功能。2.根据权利要求1所述的一种损耗均匀的阵列波导光栅路由器，其特征在于：所述Sinc函数耦合区(4)包括平板耦合区(7)和波导耦合区(8)，阵列波导(3)输出端连接到平板耦合区(7)的输入端，平板耦合区(7)的输出端连接到波导耦合区(8)输入端，波导耦合区(8)输出端连接到输出星型耦合器(5)输入端；所述波导耦合区(8)主要由2P+1根长度一致和宽度一致的波导组成，P表示阵列波导(3)中的波导总根数，所述波导耦合区(8)各根波导连接到平板耦合区(7)的输出端，阵列波导(3)的各根波导平板耦合区(7)的输入端，使得沿阵列波导(3)的各根波导对应的直线上均布置有一根波导耦合区(8)的波导，阵列波导(3)的相邻两根波导对应的直线之间的平行中间直线上均布置有一根...

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