无热阵列波导光栅制造技术

本发明专利技术提供一种无热阵列波导光栅，在阵列波导中，相邻的阵列波导具有不同的波导长度，对应的相邻的阵列波导具有不同的波导宽度，且阵列波导的波导宽度随阵列波导的波导长度的增加而减小，通过改变阵列波导的波导宽度，实现阵列波导光栅的无热化，无需外部供能，就能维持较好的温度稳定性，是一种无源器件，可以极大的降低系统维护成本；设计和工艺简单，无需后处理工艺，能适应大规模量产及商业化，且性能稳定；具有良好的工艺兼容，可采用标准的CMOS加工；能够实现多通道数的波分复用。本发明专利技术的无热阵列波导光栅在整体上保证相邻阵列波导的光程差固定的前提下，可实现中心波长温度不敏感。

【技术实现步骤摘要】
无热阵列波导光栅
本专利技术属于光通信与集成光学领域，涉及一种无热阵列波导光栅。
技术介绍
随着5G互联网的发展，人们对数据传输的需求量越来越大。光通信已经成为目前网络信息传输的主要方法，但是近年来数据传输需求量增长非常快。为了提升网络传输带宽、降低网络数据传输成本，波分复用系统已经成为提升网络带宽的主要解决方案。目前，实现波分复用的方法主要有两种：一种是基于几何光学透镜系统制作的波分复用器件，另一种是基于集成光学制作的波分复用器件。其中，基于几何光学透镜系统制作的波分复用器件，虽然容易实现，但是具有器件尺寸大、系统稳定性差等缺点，而基于集成光学制作的波分复用器件，则具有器件尺寸小、性能稳定性好、成本低廉的优点，因此基于集成光学制作的波分复用器件更适合大批量自动化生产。基于集成光学制作的波分复用器件主要为阵列波导光栅(ArrayedwaveguidegratingAWG)。其中，基于集成光学制作的波分复用器件中，由于材料本身具有热光效应，材料的折射率会随着温度的变化而变化，因此使得AWG通常具有温度敏感性，中心波长会随温度的变化发生漂移现象，因此，为了维持器件的温度稳定性，通常需要额外设置温度电路控制系统。在现代通信中，网络运营商更希望建立低维护成本的无源光网络，所以设计制作无热的无源AWG器件是实现集成AWG商业化的关键点，虽然现阶段已经提出了很多无热化方案，主要包括：基于金属补偿结构，基于负温度系数材料。然而，这两种方法虽然都有较好的温度稳定性控制效果，但是对于像SOI，SIN集成光学工艺而言，这两种方法无法与传统的CMOS工艺兼容，没办法快速大批量生产。随着通信系统对小型化、低能耗、大带宽的需求提升，集成光学技术将是未来光通信发展的主要方向之一，且片上无热是无源AWG走向商业化的关键技术点。因此，提供一种无热阵列波导光栅，实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种无热阵列波导光栅，用于解决现有技术中无热阵列波导所面临的上述一系列的制备问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种无热阵列波导光栅，所述无热阵列波导光栅包括：输入平板波导；输出平板波导；阵列波导，所述阵列波导连接所述输入平板波导及输出平板波导，且相邻的所述阵列波导具有不同的波导长度，对应的相邻的所述阵列波导具有不同的波导宽度，且所述阵列波导的波导宽度随所述阵列波导的波导长度的增加而减小；输入波导，所述输入波导与所述输入平板波导相连接；输出波导，所述输出波导与所述输出平板波导相连接。可选地，所述阵列波导包括矩形波导、脊型波导及离子扩散型波导中的一种。可选地，所述阵列波导的形貌包括马鞍形或三段式形貌。可选地，当所述阵列波导的形貌采用马鞍形时，所述阵列波导包括在弯曲传输部采用单模矩形波导及在直线传输部采用脊型直波导中的一种或组合。可选地，还包括锥形波导，所述锥形波导包括位于所述输入平板波导与所述阵列波导之间以及位于所述输出平板波导与所述阵列波导之间中的一种或组合。可选地，所述无热阵列波导光栅中，波导芯层的材料包括硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化硅中的一种，波导包层的材料包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、空气中的一种，且所述波导芯层的折射率大于所述波导包层。可选地，所述输入波导包括M≥1个。可选地，所述阵列波导的波导宽度的范围包括0.2μm～10μm。可选地，所述阵列波导的有效折射率的热光系数随波导宽度的增加而增加；所述阵列波导的有效折射率随波导宽度的增加而增加。可选地，所述阵列波导的有效折射率随温度变化呈线性关系，所述无热阵列波导光栅满足：其中，ni+1为第i+1个所述阵列波导的有效折射率；ni为第i个所述阵列波导的有效折射率；Li+1为第i+1个所述阵列波导的波导长度；Li为第i个所述阵列波导的波导长度；ns为所述输出平板波导的有效折射率；da为相邻的所述阵列波导的间距；θ为中心波导与所述输出波导的夹角；m为衍射级次；λ为中心波长；T为温度；T0为初始温度；ki+1为第i+1个所述阵列波导的热光系数；ki为第i个所述阵列波导的热光系数。如上所述，本专利技术的无热阵列波导光栅，相邻的阵列波导具有不同的波导长度，对应的相邻的阵列波导具有不同的波导宽度，且阵列波导的波导宽度随阵列波导的波导长度的增加而减小，通过改变阵列波导的波导宽度，实现阵列波导光栅的无热化，无需外部供能，就能维持较好的温度稳定性，是一种无源器件，可以极大的降低系统维护成本；设计和工艺简单，无需后处理工艺，能适应大规模量产及商业化，且性能稳定；具有良好的工艺兼容，可采用标准的CMOS加工；能够实现多通道数的波分复用，包括粗波分和密集波分。本专利技术的无热阵列波导光栅在整体上保证相邻阵列波导光程差固定的前提下，可实现中心波长温度不敏感。附图说明图1显示为实施例中具有三段式阵列波导的无热阵列波导光栅的结构示意图。图2显示为实施例中的矩形波导的截面结构示意图。图3显示为实施例中的具有不同波导宽度的阵列波导有效折射率随温度变化的关系图。图4显示为实施例中的具有不同波导宽度的阵列波导有效折射率及有效折射率的热光系数的关系图。图5显示为实施例中的具有马鞍形阵列波导的无热阵列波导光栅的结构示意图。元件标号说明101输入波导102输入平板波导103阵列波导104输出平板波导105输出波导201波导衬底202矩形波导芯层203矩形波导包层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无热阵列波导光栅，其特征在于，所述无热阵列波导光栅包括：/n输入平板波导；/n输出平板波导；/n阵列波导，所述阵列波导连接所述输入平板波导及输出平板波导，且相邻的所述阵列波导具有不同的波导长度，对应的相邻的所述阵列波导具有不同的波导宽度，且所述阵列波导的波导宽度随所述阵列波导的波导长度的增加而减小；/n输入波导，所述输入波导与所述输入平板波导相连接；/n输出波导，所述输出波导与所述输出平板波导相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种无热阵列波导光栅，其特征在于，所述无热阵列波导光栅包括：
输入平板波导；
输出平板波导；
阵列波导，所述阵列波导连接所述输入平板波导及输出平板波导，且相邻的所述阵列波导具有不同的波导长度，对应的相邻的所述阵列波导具有不同的波导宽度，且所述阵列波导的波导宽度随所述阵列波导的波导长度的增加而减小；
输入波导，所述输入波导与所述输入平板波导相连接；
输出波导，所述输出波导与所述输出平板波导相连接。


2.根据权利要求1所述的无热阵列波导光栅，其特征在于：所述阵列波导包括矩形波导、脊型波导及离子扩散型波导中的一种。


3.根据权利要求1所述的无热阵列波导光栅，其特征在于：所述阵列波导的形貌包括马鞍形或三段式形貌。


4.根据权利要求3所述的无热阵列波导光栅，其特征在于：当所述阵列波导的形貌采用马鞍形时，所述阵列波导包括在弯曲传输部采用单模矩形波导及在直线传输部采用脊型直波导中的一种或组合。


5.根据权利要求1所述的无热阵列波导光栅，其特征在于：还包括锥形波导，所述锥形波导包括位于所述输入平板波导与所述阵列波导之间以及位于所述输出平板波导与所述阵列波导之间中的一种或组合。


6.根据权利要求1所述的无热阵列波导光栅，其特征在于：所述无热...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨忠华，李智慧，何来胜，梁宇鑫，崔乃迪，
申请(专利权)人：联合微电子中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50