【技术实现步骤摘要】
一种基于布拉格光栅的定制化片上光谱仪
[0001]本专利技术涉及一种高分辨率、超大带宽的片上光谱仪，更具体的涉及一种基于布拉格光栅的定制化片上光谱仪，该光谱仪是多级基于反对称布拉格光栅设计的粗滤波器和基于宽波导微环谐振腔设计的精密滤波器组成的片上光谱仪。
技术介绍
[0002]光谱仪是光谱分析中不可或缺的工具。传统光谱仪有着体积庞大、成本高、设备复杂等缺点，光谱仪微型化已是大势所趋。其中，硅基光子技术具有良好的集成性能以及成熟的加工工艺，为片上光谱仪的发展提供了低成本、高集成度的解决方案。片上光谱仪将设备尺寸缩小至芯片量级，具有移植性高、功耗低、成本低等优点。片上光谱仪在生活健康、安防监测等方面有着广阔的应用前景，当集成到手机时，消费者可以随时检测食物、药品等的安全成分，也能能够分析空气质量和自身体脂信息，能极大的改善人们的生活质量。
[0003]在光谱分析中，分辨率和工作带宽时十分重要的指标，高分辨率能保证检测的精确度，大带宽则是为了适应不同的工作环境。目前，片上光谱仪主要包含色散型片上光谱仪和傅里叶变换型片上光谱仪。对于色散型片上光谱仪，主要包括刻蚀衍射光栅型硅基片上光谱仪、阵列波导光栅型硅基片上光谱仪和硅基多模波导片上光谱仪。对于刻蚀衍射光栅型硅基片上光谱仪，虽然具有光谱仪尺寸小、齿面间距小且数量多、单边输入输出等优点，但易激发高阶模且通道间串扰大。对于阵列波导光栅型硅基片上光谱仪，虽然重复性好、集成度和稳定度高，但必须需要考虑损耗和通道间串扰。而对于硅基多模波导片上光谱仪，目前还处于研究阶段。>
技术实现思路
[0004]针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于布拉格光栅的定制化片上光谱仪，从而实现高分辨率、超大带宽、低串扰、低损耗、低功耗的片上光谱测试。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]本专利技术包含端面耦合输入口、第一输入波导、第一级滤波通道A1、第二级滤波通道A2…
第N级滤波通道A
N
、加热电极、第一焊盘、第二焊盘、输出波导以及输出端口；其余各级滤波通道A2、A3…
A
N
结构与第一级滤波通道A1一致。
[0007]第一级滤波通道A1、第二级滤波通道A2…
第N级滤波通道A
N
依次级联，前一级滤波通道的输出端和后一级的滤波通道的输入端之间均通过连接输入波导连接，端面耦合输入口经第一输入波导连接到第一级滤波通道A1的输入端，第N级滤波通道A
N
的输出端经输出波导和输出端口连接。
[0008]加热电极覆盖在第一级滤波通道A1～第N级滤波通道A
N
的宽波导微环谐振腔中，并依次串联。加热电极的两端分别电连接第一焊盘和第二焊盘，第一焊盘和第二焊盘分别连接到外部的电压源的两极。
[0009]所述的第一级滤波通道A1包括第一级高阶模滤波器、第一连接波导、第一级粗滤
波器、第二连接波导、第一级精密滤波器、第三连接波导、第四连接波导、第五连接波导、第一探测器、第一测试端口和第二测试端口。
[0010]第一级高阶模滤波器的输入端作为第一级滤波通道A1的输入端，第一级高阶模滤波器的输出端经第一连接波导和第一级粗滤波器的输入端连接。
[0011]第一级粗滤波器的一个输出端作为第一级滤波通道A1的输出端，第一级粗滤波器的另一个输出端经第二连接波导连接到第一级精密滤波器的第一传输端，第一级精密滤波器的第一传输端经第三连接波导和第一测试端口连接，第一级精密滤波器的第三传输端经第四连接波导和第一探测器连接，第一级精密滤波器的第四传输端经第五连接波导和第二测试端口连接。
[0012]所述的第一级高阶模滤波器采用弯曲波导结构，具体主要由依次连接的第一90
°
弯曲波导、180
°
弯曲波导和第二90
°
弯曲波导构成，180
°
弯曲波导两端分别连接在第一90
°
弯曲波导、第二90
°
弯曲波导，未与180
°
弯曲波导连接的第一90
°
弯曲波导一端作为第一级高阶模滤波器的输入端并和第一输入波导连接，未与180
°
弯曲波导连接的第二90
°
弯曲波导一端作为第一级高阶模滤波器的输出端并和第一连接波导连接；各级滤波通道的各级高阶模滤波器能有效消除相应级输入光中的高阶模，降低各通道间的串扰，保证光的低损耗传输，利于实现低串扰的光谱测试。
[0013]所述的第一级粗滤波器包括第一渐变波导、第二渐变波导、第三渐变波导、第一模式解复用器和第一反对称布拉格光栅；第一渐变波导和第一模式解复用器一侧的输入端连接，第一模式解复用器另一侧的输出端经第二渐变波导和第一反对称布拉格光栅的一端连接，第一反对称布拉格光栅的另一端经第三渐变波导输出作为滤波通道的输出端，第一模式解复用器一侧的输出端和第二连接波导连接，第一模式解复用器另一侧的输入端空置。
[0014]所述的第一模式解复用器包括输入多模光波导、演化区宽锥形光波导、输出多模波导、前S型弯曲光波导、演化区窄锥形光波导和后S型弯曲光波导；输入多模光波导的一端作为第一模式解复用器一侧的输入端，输入多模光波导的另一端经演化区宽锥形光波导和输出多模波导的一端连接，输出多模波导的另一端作为第一模式解复用器另一侧的输出端，前S型弯曲光波导的一端经演化区窄锥形光波导和后S型弯曲光波导的一端连接，前S型弯曲光波导的另一端作为第一模式解复用器另一侧的输入端空置，后S型弯曲光波导的另一端作为第一模式解复用器一侧的输出端；前S型弯曲光波导位于输出多模波导旁并耦合连接，演化区窄锥形光波导位于演化区宽锥形光波导旁并耦合连接，后S型弯曲光波导位于输入多模光波导旁并耦合连接。
[0015]所述的第二连接波导包括依次连接的第一单模波导、第一锥形波导、第三90
°
弯曲波导、第二单模波导、第四90
°
弯曲波导、第三单模波导和第二锥形波导；第一单模波导的一端作为第二连接波导的输入端，第一单模波导的另一端依次经第一锥形波导、第三90
°
弯曲波导、第二单模波导、第四90
°
弯曲波导、第三单模波导和第二锥形波导的一端连接，第二锥形波导的另一端作为第二连接波导的输出端。
[0016]所述的第一级精密滤波器包括第一级输入/输出弯曲耦合波导、第一级宽波导微环谐振腔、第一级输出/输入弯曲耦合波导；第一级输入/输出弯曲耦合波导和第一级输出/输入弯曲耦合波导分别位于第一级宽波导微环谐振腔的两侧旁并耦合，第一级输入/输出弯曲耦合波导的两端分别作为第一级精密滤波器的第一传输端和第二传输端，第一级输
出/输入弯曲耦合波导的两端分别作为第一级精密滤波器的第三传输端和第四传输端，作为第一级精密滤波器第一传输端的第一级输入/输出弯曲耦合波导的一端和作为第一级精密滤波器第三传输端的第一级输出/输入弯曲耦合本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于布拉格光栅的定制化片上光谱仪，其特征在于：包含端面耦合输入口(1)、第一输入波导(2)、第一级滤波通道A1、第二级滤波通道A2…
第N级滤波通道A
N
、加热电极(47)、第一焊盘(48)、第二焊盘(49)、输出波导(50)以及输出端口(51)；第一级滤波通道A1、第二级滤波通道A2…
第N级滤波通道A
N
依次级联，前一级滤波通道的输出端和后一级的滤波通道的输入端之间均通过连接输入波导(46)连接，端面耦合输入口(1)经第一输入波导(2)连接到第一级滤波通道A1的输入端，第N级滤波通道A
N
的输出端经输出波导(50)和输出端口(51)连接；加热电极(47)覆盖在第一级滤波通道A1～第N级滤波通道A
N
的宽波导微环谐振腔中，并依次串联，加热电极(47)的两端分别电连接第一焊盘(48)和第二焊盘(49)，第一焊盘(48)和第二焊盘(49)分别连接到外部的电压源的两极。2.根据权利要求1所述的一种基于布拉格光栅的定制化片上光谱仪，其特征在于：所述的第一级滤波通道A1包括第一级高阶模滤波器、第一连接波导(6)、第一级粗滤波器、第二连接波导、第一级精密滤波器、第三连接波导、第四连接波导、第五连接波导、第一探测器(38)、第一测试端口(31)和第二测试端口(39)；第一级高阶模滤波器的输入端作为第一级滤波通道A1的输入端，第一级高阶模滤波器的输出端经第一连接波导(6)和第一级粗滤波器的输入端连接；第一级粗滤波器的一个输出端作为第一级滤波通道A1的输出端，第一级粗滤波器的另一个输出端经第二连接波导连接到第一级精密滤波器的第一传输端，第一级精密滤波器的第二传输端经第三连接波导和第一测试端口(31)连接，第一级精密滤波器的第三传输端经第四连接波导和第一探测器(38)连接，第一级精密滤波器的第四传输端经第五连接波导和第二测试端口(39)连接。3.根据权利要求2所述的一种基于布拉格光栅的定制化片上光谱仪，其特征在于：所述的第一级高阶模滤波器采用弯曲波导结构，具体主要由依次连接的第一90
°
弯曲波导(3)、180
°
弯曲波导(4)和第二90
°
弯曲波导(5)构成，未与180
°
弯曲波导(4)连接的第一90
°
弯曲波导(3)一端作为第一级高阶模滤波器的输入端并和第一输入波导(2)连接，未与180
°
弯曲波导(4)连接的第二90
°
弯曲波导(5)一端作为第一级高阶模滤波器的输出端并和第一连接波导(6)连接；所述的第一级粗滤波器包括第一渐变波导(7)、第二渐变波导(11)、第三渐变波导(13)、第一模式解复用器和第一反对称布拉格光栅(12)；第一渐变波导(7)和第一模式解复用器一侧的输入端连接，第一模式解复用器另一侧的输出端经第二渐变波导(11)和第一反对称布拉格光栅(12)的一端连接，第一反对称布拉格光栅(12)的另一端经第三渐变波导(13)输出作为滤波通道的输出端，第一模式解复用器一侧的输出端和第二连接波导连接；所述的第一模式解复用器包括输入多模光波导(8)、演化区宽锥形光波导(9)、输出多模波导(10)、前S型弯曲光波导(14)、演化区窄锥形光波导(15)和后S型弯曲光波导(16)；输入多模光波导(8)的一端作为第一模式解复用器一侧的输入端，输入多模光波导(8)的另一端经演化区宽锥形光波导(9)和输出多模波导(10)的一端连接，输出多模波导(10)的另一端作为第一模式解复用器另一侧的输出端，前S型弯曲光波导(14)的一端经演化区窄锥形光波导(15)和后S型弯曲光波导(16)的一端连接，后S型弯曲...
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