蚀刻衍射光栅波分复用器制造技术

一种蚀刻衍射光栅波分复用器，包括输入波导（１），输出波导阵列（２）、自由传播区域（４）和蚀刻凹面光栅（５），其特征在于所述输入波导（１）与自由传播区域（４）之间设有强限制渐变波导（３）。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术创造属于光通信波分复用领域，特别涉及一种频谱性能优良、制作工艺简便的集成型平面波分复用器件。技术背景光纤通信在短短数十年得到巨大的发展，最近几年更是急剧膨胀，如今光纤已经铺设到世界的每个角落。在很大程度上，光纤弥补了电缆通信的不足，使通信容量和质量大大增加。然而随着社会经济的发展，人们对信息的需求呈指数增长，通信业务也从电话、数据向视频、多媒体等宽带业务发展，传统光传输的带宽也不够用了。所幸在单根光纤上运用波分复用(WDM)技术能够成十几倍、几十倍、上百倍的增加系统容量，满足增长的对带宽的需求。波分复用光纤通信系统中复用器/解复用器(Multiplexer/Demultiplexer)是最关键的器件。在传统光传输链路上，两端加上复用器/解复用器，就可能以较低的成本实现扩容。蚀刻衍射光栅是平面集成波导复用器/解复用器的一种，它利用半导体工艺，可以在很小的芯片上实现40通道以上的密集波分复用。波分复用器件的频谱平坦化对系统应用来说很重要。国际上对波分复用的波长格点做了规定，但实际中波长在这些格点上由于种种因素(激光器不稳定，环境变化等)会产生偏移，这就要求波分复用器件对一定范围内的波长变化有容忍性，体现在器件性能上就是频谱的平坦化。为了实现波分复用器件频谱平坦化，目前主要采用的方法如下美国专利No.5,706,377.公开的方法是利用Y分支实现频谱平坦化，Y分支中的尖角将增大器件的插损；M.R.Amersfoort等发表的另一篇题为“Passband broadening ofintegrated arrayed waveguide filters using multimodeinterference couplers”，Electron.Lett.，1996，32，(5)，pp.449-451的文章中，采用多模波导实现频谱平坦化，通过调节MMI的宽度来实现不同的3dB带宽。由于通过增大MMI宽度来增大3dB带宽的同时，也进一步增大了器件的插损、带宽内的纹波(ripple)、串扰等，使得器件性能比较明显的恶化。美国专利No.5,926,587.公开的方法是利用两个级联光栅的方法实现频谱平坦化；A.Rign等发表的一篇题为“Multigratingmethod for flattened spectral response wavelengthmulti/demultiplexer’，Electron.Lett.，1997，33，(20)，pp.1701-1702.的文章中采用多光栅实现频谱平坦化；Y.P.Ho等发表的一篇题为“Flat channel-passband-wavelength multiplexingand demultiplexing devicesby multiple-Roland-circle design”，IEEE Photon.Tech.Lett.，1997，9，(3)，pp.342-344.的文章中采用多个罗兰圈结构实现频谱平坦化。这些设计对光栅结构要求精确，在实际加工中不易实现，对误差敏感。同时，能量会分散到其他级次，引人大的损耗；M.R.Amersfoort等人发表的题为“Phased-array wavelengthdemultiplexer with flattened wavelength response”，Electron.lett.，1994，30，(4)，pp.300-302的文章中，采用多模输出波导实现了频谱平坦化，但这种方法只适合于波分复用/解复用器件直接与探测器连接使用的场合。
技术实现思路
本专利技术创造的目的是提供一种结构简单、频谱性能优良的蚀刻衍射光栅波分复用器。为了实现上述目的，本专利技术创造是采用这样的技术方案解决的它包括输入波导，输出波导阵列、自由传播区域和蚀刻凹面光栅，其特征在于所述输入波导与自由传播区域之间设有强限制渐变波导。本专利技术创造与现有技术相比，由于在输入波导与自由传播区域之间设有强限制渐变波导，而该强限制渐变输入波导能够提供一个从单模到多模缓慢过渡的桥梁。在单模到多模过渡的过程中，光场能量分布逐渐由中心最大变化到光强峰值向两边分散，形成中心凹陷的有利频谱平坦化的模场形状；在强限制渐变输入波导两边包层为空气，其折射率差大，平面方向上属于强限制波导，其模场分布边缘陡直下降，因而可以实现更好的平坦化效果。附图说明图1为本专利技术创造的结构示意图图2为本专利技术创造的局部结构示意图图3为本专利技术创造的光波导结构示意图图4为光信号在本专利技术创造中传播时场的变化图5为本专利技术创造的强限制渐变输入波导入口端宽度优化设计图6为本专利技术创造的强限制渐变输入波导长度优化设计图7为本专利技术创造的频谱响应具体实施方式参照附图本专利技术创造包括输入波导1，输出波导阵列2、自由传播区域4和蚀刻凹面光栅5，所述输入波导1与自由传播区域4之间设有强限制渐变波导3；该强限制渐变输入波导3由梯形波导和楔形空腔7构成，楔形空腔7位于梯形波导的外侧，所述梯形波导与输入波导1相联通。强限制渐变输入波导3边缘将与光纤阵列连接，间距调整到大于等于光纤的直径。输入波导1和输出波导2在器件的同一个侧边，这样只需要光纤阵列一次对准，有利于器件的封装。包含多个波长的光信号从输入波导1进入，光信号在进入自由传播区域4之前，单模的光束要经过强限制渐变输入波导3，光束的模式开始转变，光场的分布也发生变化。变化后的光场由强限制渐变输入波导3进入自由传播区域4之前开始扩散，在自由传播区域4中传播，光能量分布到蚀刻凹面光栅5的各个面上，经反射分波和聚焦后不同的波长的光聚集在不同的输出端口，由输出波导2导出。强限制渐变输入波导3位于输入波导1、输出波导2与自由传输区4的连接区域。输入波导1和输出波导2为条形波导，两者由覆盖层6相隔，输入波导1、输出波导2和自由传播区域4均具有较高的折射率，覆盖层6的折射率稍低，强限制渐变波导3两侧的楔形空腔7的折射率很低。在梯形波导和两个楔形空腔7构成的强限制渐变波导3，光的分布由单峰的高斯形状转变成两个峰的形状；梯形波导的两端的宽度分别为W1和W2，其长度为L，其数值由优化方法确定。强限制渐变输入波导3提供了一个从单模到多模缓慢过渡的桥梁。在单模到多模过渡的过程中，光场能量分布逐渐由中心最大变化到光强峰值向两边分散，形成中心凹陷的有利频谱平坦化的模场形状。强限制渐变输入波导3两边包层为楔形空腔7折射率差大，平面方向上属于强限制波导，其模场分布边缘陡直下降，可以实现更好的平坦化效果。由于强限制渐变输入波导3两边是折射率为1的楔形空腔7，它与光栅反射面之后的空气一样，能够在工艺上同时形成。二氧化硅光波导是目前制作集成光波导器件的最常用的材料之一，承袭半导体制作过程，其工艺也最成熟。本专利技术创造所述基手强制渐变输入波导3结构的蚀刻衍射光栅制作在平面光波导材料上。输入波导1和输出波导2通常制作成掩埋型条形波导，而自由传播区域4则是简单的层壮平板波导。本专利技术创造所采用的强限制渐变输入波导3，可以得到很好的频谱响应。这种结构可以用在各种平面波分复用器件，包括阵列波导光栅和蚀刻衍射光栅。在制作工艺上本专利技术创造更适合于蚀刻衍射光栅。蚀刻衍射光栅需要两个掩模做两次光刻蚀刻，强限制渐变输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：盛钟延，何赛灵，
申请(专利权)人：盛钟延，
类型：实用新型
国别省市：