一种实现宽温度范围内波长稳定的无热阵列波导光栅制造技术

本发明专利技术公开了一种实现宽温度范围内波长稳定的无热阵列波导光栅，包括阵列波导光栅芯片，阵列波导光栅芯片包括输入波导、输入平面波导、阵列波导、输出平面波导和输出波导，阵列波导光栅芯片被切缝分割为第一芯片和第二芯片，切缝穿过输入平面波导或输出平面波导；第一芯片和第二芯片之间设有第一驱动杆和第二驱动杆，第一驱动杆和第二驱动杆两端均连接于第一芯片和第二芯片；设定温度范围内，第一驱动杆对阵列波导光栅芯片进行线性欠补偿，第二驱动杆对阵列波导光栅芯片进行线性过补偿。第一驱动杆和第二驱动杆在设定温低温和高温状态下分别对阵列波导光栅芯片进行线性欠补偿和线性过补偿，达到在设定温度范围内整体波长偏移较小的目的。

A Thermal-Free Array Waveguide Grating for Wavelength Stabilization in Wide Temperature Range

The invention discloses a heat-free arrayed waveguide grating which achieves wavelength stability in a wide temperature range, including an arrayed waveguide grating chip. The arrayed waveguide grating chip includes an input waveguide, an input planar waveguide, an array waveguide, an output planar waveguide and an output waveguide. The arrayed waveguide grating chip is sliced into a first chip and a second chip, and the slit passes through an input planar waveguide The first driver rod and the second driver rod are arranged between the first chip and the second chip, and both ends of the first driver rod and the second driver rod are connected to the first chip and the second chip. Within the set temperature range, the first driver rod undercompensates the arrayed waveguide grating chip linearly, and the second driver rod undercompensates the arrayed waveguide grating chip linearly. The linear undercompensation and linear overcompensation of the arrayed waveguide grating chips are carried out by the first and second driving rods respectively at set temperature, low temperature and high temperature, so that the overall wavelength offset is smaller in the set temperature range.

【技术实现步骤摘要】
一种实现宽温度范围内波长稳定的无热阵列波导光栅
本专利技术涉及通信
，更具体地说，它涉及一种实现宽温度范围内波长稳定的无热阵列波导光栅。
技术介绍
目前，光纤通信技术发展极为迅速，其中WDM（WavelengthDivisionMultiplexing波分复用）系统是当前最常见的光层组网系统，它通过复用与解复用实现多路信号传输。基于PLC（PlanarLightwaveCircuit，平面光波线路）技术的AWG（ArrayedWavelengthGrating，阵列波导光栅）是WDM系统中一种重要的实现复用/解复用器件，其做法为在硅晶圆上沉积二氧化硅膜层，再利用光刻工艺及反应式离子蚀刻法制作AWG。相对于FBG（FiberBraggGrating，光纤布拉格光栅）和TFF（ThinFilmFilter，薄膜滤光片），AWG具有集成度高、波长通道数目多、通道间隔小、无需使用光隔离器，易于批量自动化生产等优点。传统的硅基二氧化硅波导AWG芯片，其波导折射率对于温度比较敏感，从而导致当工作环境温度发生变化时，AWG芯片响应光谱的中心波长会随之发生改变。如图1所示，关系基本呈线性关系，中心波长随温度的漂移约为11pm/℃，对于100GHz波长间隔或间隔更窄的DWDM系统而言，这种AWG是不适用的。为了将AWG的中心波长固定在目标值，不受工作环境温度的影响，现有技术中，一般采用以下两种方式：一种是使用加热片和温控电路将芯片温度固定在某一恒定值，称为有热AWG（ThermalAWG），但这样做会相应增加了系统功耗，并需预留供电接口和监控接口，限制了使用的灵活性。另一种为无热AWG，无热AWG不使用加热片和温控电路，依靠自身的特殊材料结构或机械结构来实现AWG光谱中心波长不随工作环境温度变化而变化的目的。传统的依靠机械结构来实现温度补偿的无热阵列波导光栅，如图2所示，阵列波导130光栅芯片100包括输入波导110、输入平面波导120、阵列波导130、输出平面波导140和输出波导150，阵列波导130光栅芯片100被切缝160分割为第一芯片101和第二芯片102，且所述切缝160穿过输入平面波导120，并用金属补偿杆220连接第一芯片101和第二芯片102，在金属补偿杆220热胀冷缩的驱动下，改变第一芯片101和第二芯片102的相对位置来补偿波长随温度的漂移。由于金属补偿杆的热膨胀是线性的，所以这种封装方法是对波长的温度特性进行线性补偿，而硅基二氧化硅波导的折射率随温度变化有高阶系数，如图3所示，其波长随温度变化的实际关系是一个开口向上的抛物线形，加上各输出通道波长相应的不一致性，器件在-40℃~80℃波长偏移基本达到了80pm以上，因此这种补偿方法只能在有限的温度范围内保持波长的稳定性，对于室外等较大温度变化范围的应用则难以满足。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种实现宽温度范围内波长稳定的无热阵列波导光栅，通过第一驱动杆和第二驱动杆的配合，增强了在设定温度范围内阵列波导光栅光谱的中心波长的稳定性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种实现宽温度范围内波长稳定的无热阵列波导光栅，包括阵列波导光栅芯片，所述阵列波导光栅芯片包括输入波导、输入平面波导、阵列波导、输出平面波导和输出波导，所述阵列波导光栅芯片被切缝分割为第一芯片和第二芯片，且所述切缝穿过所述输入平面波导或输出平面波导；所述第一芯片和第二芯片之间设置有第一驱动杆和第二驱动杆，所述第一驱动杆和第二驱动杆的两端均分别连接于所述第一芯片和第二芯片；在设定温度范围内，所述第一驱动杆对所述阵列波导光栅芯片进行线性欠补偿，所述第二驱动杆对所述阵列波导光栅芯片进行线性过补偿。通过采用上述技术方案，在设定温度范围的低温状态下，由第一驱动杆驱动第一芯片和第二芯片发生相对运动，由于第一驱动杆对阵列波导光栅芯片进行线性欠补偿，所以在该温度范围内，波长偏移较小；在设定温度范围的高温状态下，由第二驱动杆驱动第一芯片和第二芯片发生相对运动，由于第二驱动杆对阵列波导光栅芯片进行线性过补偿，所以在该温度范围内，波长偏移较小；综合第一驱动杆和第二驱动杆在设定温度的低温和高温状态下分别作用，达到在设定温度范围内整体波长偏移较小的目的，增强了在设定温度范围内阵列波导光栅光谱的中心波长的稳定性。进一步的，所述第二驱动杆的总膨胀量大于所述第一驱动杆的总膨胀量，所述第一驱动杆一端固定连接于第一芯片或者第二芯片，另一端抵接于第二芯片或者第一芯片；所述第二驱动杆通过弹性块固定连接于所述第一芯片和第二芯片。通过采用上述技术方案，在设定温度范围的低温状态下，由于第二驱动杆的总膨胀量大于第一驱动杆的总膨胀量，同理可知第二驱动杆的总收缩量大于第一驱动杆的总收缩量，此时，第一驱动杆的抵接端依然与第一芯片或者第二芯片抵接，弹性块伸长，第一芯片和第二芯片的相对位移量为第一驱动杆的收缩量，即通过第一驱动杆对阵列波导光栅芯片进行线性欠补偿，使得在设定温度范围的低温状态下，波长偏移较小;在设定温度范围的高温状态下，由于第二驱动杆的总膨胀量大于第一驱动杆的总膨胀量，此时，第一驱动杆的抵接端与第一芯片或者第二芯片分离，弹性块不发生形变，第一芯片和第二芯片的相对位移量为第二驱动杆的膨胀量，即通过第二驱动杆对阵列波导光栅芯片进行线性过补偿，使得在设定温度范围的高温状态下，波长偏移较小；即在设定温度范围的低温和高温状态下，由第一驱动杆和第二驱动杆分别对阵列波导光栅芯片进行温度补偿，使得整体波长偏移较小。进一步的，所述第一驱动杆两端位置均设置有第一固定块，所述第一固定块分别与第一芯片和第二芯片固定连接；所述第一驱动杆与其中一个第一固定块固定连接，并与另一个第一固定块接触。通过采用上述技术方案，第一驱动杆与第一芯片、第二芯片的连接均通过第一固定块，可避免第一驱动杆膨胀或者收缩时直接将力作用在第一芯片和第二芯片上，起到保护芯片的作用。进一步的，所述第一芯片和所述第二芯片上均固定连接有第二固定块，所述弹性块的一端和所述第二驱动杆的一端分别与两个第二固定块固定连接，所述弹性块的另一端与所述第二驱动杆的另一端固定连接。通过采用上述技术方案，第二驱动杆与第一芯片、第二芯片的连接均通过第二固定块，可避免第二驱动杆膨胀或者收缩时直接将力作用在第一芯片和第二芯片上，起到保护芯片的作用。进一步的，所述弹性块包括与所述第二驱动杆相适配的块体，以及开设在所述块体位于所述第二驱动杆长度方向的侧面上的未贯通槽，所述块体与所述第二驱动杆一体成型设置。通过采用上述技术方案，在块体侧面设置未贯通槽，使得整个块体形成类似于弹簧的结构，具有较为稳定的弹性形变力和弹性恢复力，且块体与第二驱动杆一体成型设置，可减少零部件，简化结构。进一步的，所述弹性块包括与所述第二驱动杆相适配的块体，以及开设在所述块体位于所述第二驱动杆长度方向的侧面上的未贯通槽，所述块体与所述第二驱动杆分体设置，并与所述第二驱动杆固定连接。通过采用上述技术方案，在块体侧面设置未贯通槽，使得整个块体形成类似于弹簧的结构，具有较为稳定的弹性形变力和弹性恢复力，块体与第二驱动杆分体设置，可选择不同形状的块体，适用性更高。进一步的，所述第一驱动杆与第二驱动杆材料的膨胀系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现宽温度范围内波长稳定的无热阵列波导光栅，包括阵列波导光栅芯片(100)，所述阵列波导光栅芯片(100)包括输入波导(110)、输入平面波导(120)、阵列波导(130)、输出平面波导(140)和输出波导(150)，其特征在于，所述阵列波导光栅芯片(100)被切缝(160)分割为第一芯片(101)和第二芯片(102)，且所述切缝(160)穿过所述输入平面波导(120)或输出平面波导(140)；所述第一芯片(101)和第二芯片(102)之间设置有第一驱动杆(170)和第二驱动杆(180)，所述第一驱动杆(170)和第二驱动杆(180)的两端均分别连接于所述第一芯片(101)和第二芯片(102)；在设定温度范围内，所述第一驱动杆(170)对所述阵列波导光栅芯片(100)进行线性欠补偿，所述第二驱动杆(180)对所述阵列波导光栅芯片(100)进行线性过补偿。

【技术特征摘要】
1.一种实现宽温度范围内波长稳定的无热阵列波导光栅，包括阵列波导光栅芯片(100)，所述阵列波导光栅芯片(100)包括输入波导(110)、输入平面波导(120)、阵列波导(130)、输出平面波导(140)和输出波导(150)，其特征在于，所述阵列波导光栅芯片(100)被切缝(160)分割为第一芯片(101)和第二芯片(102)，且所述切缝(160)穿过所述输入平面波导(120)或输出平面波导(140)；所述第一芯片(101)和第二芯片(102)之间设置有第一驱动杆(170)和第二驱动杆(180)，所述第一驱动杆(170)和第二驱动杆(180)的两端均分别连接于所述第一芯片(101)和第二芯片(102)；在设定温度范围内，所述第一驱动杆(170)对所述阵列波导光栅芯片(100)进行线性欠补偿，所述第二驱动杆(180)对所述阵列波导光栅芯片(100)进行线性过补偿。2.根据权利要求1所述的实现宽温度范围内波长稳定的无热阵列波导光栅，其特征在于，所述第二驱动杆(180)的总膨胀量大于所述第一驱动杆(170)的总膨胀量，所述第一驱动杆(170)一端固定连接于第一芯片(101)或者第二芯片(102)，另一端抵接于第二芯片(102)或者第一芯片(101)；所述第二驱动杆(180)通过弹性块(190)固定连接于所述第一芯片(101)和第二芯片(102)。3.根据权利要求2所述的实现宽温度范围内波长稳定的无热阵列波导光栅，其特征在于，所述第一驱动杆(170)两端位置均设置有第一固定块(200)，所述第一固定块(200)分别与第一芯片(101)和第二芯片(102)固定连接；所述第一驱动杆(170)与其中一个第一固定块(200)固定连接，并与另一个第一固定块(200)接触。4.根据权利要求3所述的实现宽温度范围内波长稳定的无热阵列波导光栅，其特征在于，所述第一芯片(101)和所述第二芯片(102)上均固定连接有第二固定块(210)，所述弹性块(190)的一端和所述第二驱动杆(180)的一端分别与两个第二固定块(210)固定连接，所述弹性块(190)的另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，周大海，胡志伟，孙先福，
申请(专利权)人：上海永鼎光电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31