温度和偏振均不敏感的阵列波导光栅制造技术

本发明专利技术公开了一种温度和偏振均不敏感的阵列波导光栅。与传统阵列波导光栅相比，所述阵列波导光栅的总光程差由阵列波导区中的光程差和在输入平板波导区和输出平板波导区中至少一个区的光程差共同组成，三个波导区中至少任意一个区被分割成至少两块具有不同热光系数的温度补偿区域；三个波导区以及至少两块温度补偿区域的几何形状以及由该几何形状确定的对应相邻阵列波导的光程差是根据两个不同偏振态的光传播所经过的总光程相等和设定温度变化前后的光传播所经过的总光程相等的关系式共同决定，达到阵列波导光栅的信道波长对温度和偏振都不敏感的要求。解决了传统技术造成的器件性能变差等问题，适用于各种波导材料和波导结构的阵列波导光栅。

Temperature and polarization are insensitive to arrayed waveguide gratings

The invention discloses an array waveguide grating insensitive to both temperature and polarization. Compared with the traditional array waveguide grating, the total length of the optical path difference by array waveguide grating array waveguide area difference and optical path at least one area in the input planar waveguide region and the output planar waveguide region difference in together, the three waveguide region at least any one area is divided into at least two pieces of temperature compensation the regions have different thermo optic coefficient; three waveguide region and at least two pieces of temperature compensation region geometry and corresponding adjacent waveguide array is determined by the geometry of the optical path difference is between the light propagation based on light propagation in two different polarization states through which the total optical path equal and setting temperature changes before and after the total the optical path of equal is determined to channel wavelength array waveguide grating is not sensitive to the temperature and polarization requirements. It solves the problems of poor performance of the devices caused by the traditional technology, and is suitable for arrayed waveguide gratings of various waveguide materials and waveguide structures.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种阵列波导光栅，尤其涉及一种温度和偏振均不敏感的阵列波导光 栅。
技术介绍
光通信
中波分复用功能可以用很多方式来实现，包括环形共振器(Ring resonator)，蚀刻衍射光栅(EDG)等。但考虑较多波长信道和与硅基CMOS工艺兼容性，阵 列波导光栅(arrayed waveguide grating，AWG)仍是最佳选择之一。AWG具有结构紧凑、易 于集成、性能优良和可靠性高等众多优点。偏振敏感性和温度敏感性是AWG应用中相当关键的问题。由于经过普通光纤传输 后，信号光偏振态发生随机变化，传输波长的微小偏移都会对系统造成显著影响，劣化传输 信号，增大光通信系统误码率。然而，由于波导中横电(TE)、横磁(TM)模的传输常数不同， 引起TE模和TM模的光在成像面的像点发生偏移，从而使通道的频谱响应发生漂移，此即 所谓偏振敏感性。因此对于光纤线路上的光器件来说，偏振非敏感非常重要。另一方面，由 于光波导材料折射率随着温度变化而变化(此即热光效应)，AffG的中心波长也会随着温度 变化，对光通信系统造成不利影响。实际应用中一般要求80°C温度变化范围内，波长的变化 量小于通道宽度的10%，即可认为AWG对温度变化不敏感。为了防止中心波长随温度发生漂 移从而增大误码率，就需要发展温度不敏感技术。目前，国内外已报导的AWG的偏振色散补偿技术主要有半波片法、无双折射波 导法、衍射级匹配法和偏振分束(polarization diversity)技术等。国家专利技术专利(ZL 03118878. 8) “偏振无关的折叠式阵列波导光栅”是通过在折叠式阵列波导光栅的反射镜 前安置法拉第旋转器，使原有的TE (横电模)变为TM (横磁模)，原有TE变为TM，从而实现 偏振无关。国家专利技术专利(申请号200810059046. 5) “一种偏振不敏感阵列波导光栅”是 通过输入平板波导中的偏振分束器将两个偏振模式分开，分别经过两组参数独立的阵列波 导，最后通过输出平板波导中的偏振合束器将两个偏振模式合并。国家专利技术专利(申请号 200810059045. 0) “偏振不敏感的阵列波导光栅”是在各条阵列波导的一端依次连接偏振分 束器和反射镜，并且偏振分束器和反射镜之间有实现偏振色散补偿的连接波导。为了使AWG的中心波长不受外界温度变化的影响，最简单的方法是外加恒温控制 器，但恒温控制器大多昂贵累赘，功耗较大，也不符合无源光网络的无源要求。因此更好的 方法是采用温度不敏感设计。目前国内外有报道的温度不敏感设计可以分为两大类一种 是利用材料的热光学特性，另外一种是利用材料的热机械特性。采用光学方式，可以通过设计温度不敏感的光波导或是插入特殊的材料来改变波 导的结构°Keil 等人(Neil, et al, Athermal all-polymer arrayed—waveguide grating multiplexer, Electron. Lett. , 37 (9) : 579-580，2001.)适当调整聚合物基底的热膨胀 系数以及对温度和偏振的依赖性，使光波导温度不敏感，制作而成的AWG在25-65°C范围内 的温度漂移小于士0.05nm。朱大庆等人(朱大庆，许振鄂，一种温度不敏感型阵列波导光栅的研究，光学学报，24(7): 907-911，2004.)将阵列波导光栅的上包层改为聚合物材 料，制作的AWG的波长随温度的漂移系数大大减少。在文献A. Kaneko, et al, Athermal silica-based arrayed-waveguide grating (AffG) multi/demultiplexers with new low loss groove design. Electon. Lett., 36: 318-319，2000.中提到的方法是在基于二氧 化硅材料的AWG阵列波导区域刻槽，然后填充具有负热光系数的硅树脂。采用机械方式，是把AWG输入侧固定在由金属或者合金制作的机械臂的一端。机 械臂的热膨胀可以使AWG的输入沿着平面光波导芯片的边缘移动。典型例子就是Ignis Photonyx设计的、带有移动输入光纤的热不敏感AWG (Μ. Boulanger, AffG passive thermal compensation techniques for WDM-PON, 2008, http://www. Iightwaveonline. com) ο很明显，以上AWG的偏振色散和温度色散的补偿方法大都需要增加额外器件，或 是增加额外工艺步骤，器件制作复杂，可靠性低、成本高。另外，迄今为止，尚未有报道不增 加额外器件可以同时实现温度和偏振均不敏感的AWG。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种温度和偏振均不敏感的阵列波 导光栅，解决了传统阵列波导光栅偏振色散和温度色散补偿方法造成的器件性能变差，结 构复杂等问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的本专利技术包括至少一条输入波导、输入平板波导区、阵列波导区、输出平板波导区和至少 一条输出波导，光从输入波导依次通过输入平板波导区、阵列波导区和输出平板波导区传 播至输出波导时经过阵列波导区中相邻两波导所对应的总光程差由在阵列波导区中的光 程差和在输入平板波导区和输出平板波导区中至少一个区的光程差共同组成；其特征在 于输入平板波导区和输出平板波导区的至少一部分与阵列波导区的至少一部分具有不同 双折射性质，输入平板波导区、阵列波导区和输出平板波导区中至少任意一个区被分割成 至少两块具有不同热光系数的温度补偿区域；阵列波导区，输入平板波导区、输出平板波导 区和所述至少两块温度补偿区域的几何形状以及对应阵列波导区中相邻阵列波导的光路 在这些几何形状中的光程差是根据两个不同偏振态的光传播所经过的总光程相等和设定 温度变化前后的光传播所经过的总光程相等的关系式共同决定，从而达到阵列波导光栅的 信道波长对温度和偏振都不敏感的要求。所述输入平板波导区和输出平板波导区中至少任意一个区被分割成 至少两块具有不同热光系数的温度补偿区域；两块温度补偿区域的光程差分别 为 M1Ai1和《2&￡2,其中 和 为两块温度补偿区域的有效折射率，Ai1和Δ￡2为对应阵列波导区中相邻阵列波导的光路在两块温度补偿区域中的长度差；阵列波导区中相邻阵列波导的长度差Δ￡、AihAZ2三者同时满足 c *Δ 1Δ￡1 +c * An2AL2 + AnliAL = O 和c * Δ ；Ai1 +c *An2AL2 +AnaAL = O ,式中常数c的取值为1，2，分别代表在输入平板波导区或者输出平板波导区中进行分割和在输入平板波导区和输出平板波导区中均进行分割为阵列波导区的有效折射率，Δ 和Δ 2 为两块温度补偿区域的横电模TE和横磁模TM的有效折射率差，即Ln1 = (IE)-^1 (IM) ,Ln2 = 2(TE)-^2CIM) ;Δ 为阵列波导区的横电模TE和横磁模TM的有效折射率差，即 Δ ；Δ '和Δ 2'为设定温度变化前后两块温度补偿区域的有效折射率差值；为设定温度变化前后阵列波导区的有效折射率差值。所述阵列波导区被分割成至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种温度和偏振均不敏感的阵列波导光栅，包括至少一条输入波导（１）、输入平板波导区（２）、阵列波导区（３）、输出平板波导区（４）和至少一条输出波导（５），光从输入波导（１）依次通过输入平板波导区（２）、阵列波导区（３）和输出平板波导区（４）传播至输出波导（５）时经过阵列波导区（３）中相邻两波导所对应的总光程差由在阵列波导区（３）中的光程差和在输入平板波导区（２）和输出平板波导区（４）中至少一个区的光程差共同组成；其特征在于：输入平板波导区（２）和输出平板波导区（４）的至少一部分与阵列波导区（３）的至少一部分具有不同双折射性质，输入平板波导区（２）、阵列波导区（３）和输出平板波导区（４）中至少任意一个区被分割成至少两块具有不同热光系数的温度补偿区域；阵列波导区（３），输入平板波导区（２）、输出平板波导区（４）和所述至少两块温度补偿区域的几何形状以及对应阵列波导区（３）中相邻阵列波导的光路在这些几何形状中的光程差是根据两个不同偏振态的光传播所经过的总光程相等和设定温度变化前后的光传播所经过的总光程相等的关系式共同决定，从而达到阵列波导光栅的信道波长对温度和偏振都不敏感的要求。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郎婷婷，何建军，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：86