一种基于液晶波导的可调谐阵列波导光栅，属于集成波导光器件，解决现有可调谐阵列波导光栅制备工艺复杂，成本较高，性能一致性较差的问题。本发明专利技术包括在光路上依次排列的输入耦合区、阵列波导区、输出耦合区和输出波导区；所述输入耦合区由第一直角梯形棱镜形状电极、第二直角梯形棱镜形状电极、凹透镜形状电极和第一凸透镜形状电极构成；所述阵列波导区由N条平行的直条形状电极构成；所述输出耦合区由第二凸透镜形状电极构成；所述输出波导区由M条平行的直条形状电极构成；上述各种形状电极均镀在液晶波导的液晶层上表面。本发明专利技术结构简单、易于制作、成本低廉，利用液晶层的电光效应，实现可调谐性能，有利于其解复用的波段频率调谐。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成波导光器件，特别涉及一种基于液晶波导的可调谐阵列波导光栅。
技术介绍
阵列波导光栅(以下简称AWG)作为光纤通信网络中的最重要的光器件之一，自从1988年被Smit提出后，逐步从实验室阶段走入商用阶段。如图1所示，传统结构的AWG —般由五部分构成:输入波导1、输入自由传输区2、阵列波导3、输出自由传输区4、输出波导5。由于阵列波导中相邻波导存在一定的光程差n △ L，从而各个波长的光将产生不同的相位差，进而实现光栅色散的功能。AWG实现功能是:将不同波长的组成的复合光中的各波长的光分离出来，是一种实现波分解复用的器件。作为重要的DWDM(密集波分复用)器件，如何增加现有AWG的可调谐性能是一个重要的研究课题。传统的AWG中，所用的材料是低电光系数的，电光调谐几乎不可行。现有集成可调谐的AWG技术方案，是在阵列波导3中采用电光相移器，实现其连续调谐功能，在设计结构上，输入、输出平板波导依旧都是采用罗兰圆结构的平板波导，构成阵列波导的各条波导则仍是弯曲的矩形波导，以现有的集成波导工艺，制备工艺复杂，成本较高，性能一致性较差；lHeck,M.J.R.,La Porta,A.,Leijtens,X.J.M et al.,Monolithic AWG-basedDiscretely Tunable Laser Diode With Nanosecond Switching Speed， IEEE PhotonicsTechnology Letters，2009，21(13):905_907。液晶的高电光系数(5V电压折射率变化典型值为0.2)为实现可调谐的集成光电子器件提供了可能性，已经有部分相关研究的报道，例如可调谐开关，可调谐SOI微环谐振器。由于集成光波导技术的发展，液晶波导良好的电光效应为新型光电器件的研制提供了新的发展途径和方向。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于液晶波导的可调谐阵列波导光栅，解决现有可调谐阵列波导光栅制备工艺复杂，成本较高，性能一致性较差的问题。本专利技术所提供的一种基于液晶波导的可调谐阵列波导光栅，包括在光路上依次排列的输入耦合区、阵列波导区、输出耦合区和输出波导区，其特征在于:所述输入耦合区由光路上依次排列的第一直角梯形棱镜形状电极、第二直角梯形棱镜形状电极、凹透镜形状电极和第一凸透镜形状电极构成，形成光束准直扩束系统；其中，第一直角梯形棱镜形状电极和第二直角梯形棱镜形状电极的形状相同，两者倒置拼接为矩形；所述阵列波导区由N条平行的直条形状电极构成，形成一个平行直阵列波导区，N ^ 3 ；所述输出耦合区由第二凸透镜形状电极构成，形成光束的汇聚干涉区；所述输出波导区由M条平行的直条形状电极构成，形成输出波导，M为输出通道数，M彡I ;上述各种形状电极均镀在液晶波导的液晶层上表面；所述液晶波导的侧剖面自上而下依次为液晶层、波导层、下包层、基底。入射光从液晶波导的端面进入。所述的可调谐阵列波导光栅，其进一步特征在于:所述输入耦合区、阵列波导区、输出耦合区和输出波导区各部分之间的间隙为10 u m 1000 u m ；所述第一直角梯形棱镜形状电极和第二直角梯形棱镜形状电极的上边长为IOiim IOOii m，上下边长比为1: 2 1: 4，高为50 y m 2000 y m ;所述凹透镜形状电极，上下边长为20 ii m 400 ii m,高为50 ii m 2000 u m,焦距10 u m 1000 u m ； 所述第一凸透镜形状电极，高为50 ii m 2000 u m,焦距10 ii m 1000 u m ；所述第一直角梯形棱镜形状电极、第二直角梯形棱镜形状电极、凹透镜形状电极和第一凸透镜形状电极之间间隙为5 m 20 m ;所述阵列波导区中，各直条形状电极形状和尺寸相同，宽度2 y m 5 y m，长度500 u m 3000 U m,间隔 10 u m ~ 20 u m ；所述第二凸透镜形状电极，高为50 ii m 2000 ii m，焦距10 y m 1000 y m ;所述输出波导区中，各直条形状电极形状和尺寸相同，宽度2 5pm，长度100 u m 1000 u m,间隔 10 u m 50 u m。所述的可调谐阵列波导光栅，所述液晶波导的波导层材料为硅(Si)或者氮化硅(Si3N4)，厚度为 0.3um~2.0um；所述输入耦合区、阵列波导区、输出耦合区和输出波导区的各电极材料为氧化铟锡(ITO)。本专利技术基于平板液晶波导，在传输光时，在构成输入稱合区的各电极上设定合适的电压，使得各电极下方液晶波导构成等效第一直角梯形棱镜、第二直角梯形棱镜、凹透镜和第一凸透镜光学元件；光经过输入耦合区，形成准直扩束平行光，均匀地耦合进入阵列波导区，再由阵列波导区传送至输出耦合区，在构成输出耦合区的第二凸透镜形状电极设定合适的电压，使得该电极下方液晶波导构成等效第二凸透镜光学元件，光在输出耦合区中实现多光束汇聚干涉，不同波长的光将在输出波导区中不同位置处的波导进行汇聚输出，实现波分解复用的功能。本专利技术可调谐的性能原理是:阵列波导区平行的直条形状电极的电压g为:Vc=I(Vya)，其中^为施加于每条直条形状电极上，使得直条形状电极下方液晶波导构成等效条形波导的电压为附加在每条直条形状电极上，使得各等效条形波导产生光程差的电压；设定每条直条形状电极上的电压€，可以控制阵列波导区中等效条形波导的光程差，达到输出光波长连续可调谐的效果。本专利技术结构简单、易于制作、成本低廉，阵列波导区由平行的直条形状电极构成，相比传统AWG同等结构的弯曲型阵列波导，性能一致性好；利用液晶层的电光效应，实现可 调谐性能，有利于其解复用的波段频率调谐。附图说明图1为传统阵列波导光栅结构示意图；图2为本专利技术结构示意图；图3为液晶波导的侧剖面结构示意图；图4为输入耦合区电极形状示意图；图5为阵列波导区电极形状示意图。具体实施例方式以下结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。如图2所示，本专利技术包括在光路上依次排列的输入耦合区7、阵列波导区8、输出耦合区9和输出波导区10 ;上述各部分均镀在液晶波导6的液晶层上表面；入射光从液晶波导6的端面进入。如图3所不,所述液晶波导6自上而下依次为液晶层6-1、波导层6-2、下包层6-3、基底6-4。如图4所示，所述输入耦合区7由光路上依次排列的第一直角梯形棱镜形状电极7-1、第二直角梯形棱镜形状电极7-2、凹透镜形状电极7-3和第一凸透镜形状电极7-4构成，形成光束准直扩束系统；其中，第一直角梯形棱镜形状电极7-1和第二直角梯形棱镜形状电极7-2的形状相同，两者倒置拼接为矩形；如图5所示，所述阵列波导区8由N条平行的直条形状电极构成，形成一个平行直阵列波导区；所述输出耦合区9由第二凸透镜形状电极构成，形成光束的汇聚干涉区；所述输出波导区10由M条平行的直条形状电极构成，形成输出波导，M为输出通道数。本专利技术的实施例1:所述输入I禹合区7、阵列波导区8、输出f禹合区9和输出波导区10各部分之间的间隙为300 u m ；所述第一直角梯形棱镜形状电极7-1和第二直角梯形棱镜形状电极7-2，上边长100 ilm，上下边长比 1: 4，高 2000iim，所述凹透本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于液晶波导的可调谐阵列波导光栅，包括在光路上依次排列的输入耦合区(7)、阵列波导区(8)、输出耦合区(9)和输出波导区(10)，其特征在于：所述输入耦合区(7)由光路上依次排列的第一直角梯形棱镜形状电极(7?1)、第二直角梯形棱镜形状电极(7?2)、凹透镜形状电极(7?3)和第一凸透镜形状电极(7?4)构成，形成光束准直扩束系统；其中，第一直角梯形棱镜形状电极(7?1)和第二直角梯形棱镜形状电极(7?2)的形状相同，两者倒置拼接为矩形；所述阵列波导区(8)由N条平行的直条形状电极构成，形成一个平行直阵列波导区，N≥3；所述输出耦合区(9)由第二凸透镜形状电极构成，形成光束的汇聚干涉区；所述输出波导区(10)由M条平行的直条形状电极构成，形成输出波导，M为输出通道数，M≥1；上述各种形状电极均镀在液晶波导(6)的液晶层上表面；所述液晶波导(6)的侧剖面自上而下依次为液晶层(6?1)、波导层(6?2)、下包层(6?3)、基底(6?4)。
【技术特征摘要】
1.一种基于液晶波导的可调谐阵列波导光栅，包括在光路上依次排列的输入耦合区(7)、阵列波导区(8)、输出耦合区(9)和输出波导区(10)，其特征在于: 所述输入稱合区(7)由光路上依次排列的第一直角梯形棱镜形状电极(7-1)、第二直角梯形棱镜形状电极(7-2)、凹透镜形状电极(7-3)和第一凸透镜形状电极(7-4)构成，形成光束准直扩束系统；其中，第一直角梯形棱镜形状电极(7-1)和第二直角梯形棱镜形状电极(7-2)的形状相同，两者倒置拼接为矩形； 所述阵列波导区(8)由N 条平行的直条形状电极构成，形成一个平行直阵列波导区，N ^ 3 ； 所述输出耦合区(9)由第二凸透镜形状电极构成，形成光束的汇聚干涉区； 所述输出波导区(10)由M条平行的直条形状电极构成，形成输出波导，M为输出通道数，M彡I ; 上述各种形状电极均镀在液晶波导￠)的液晶层上表面；所述液晶波导￠)的侧剖面自上而下依次为液晶层￠-1)、波导层￠-2)、下包层￠-3)、基底￠-4)。2.按权利要求1所述的可调谐阵列波导光栅，其特征在于: 所述输入耦合区(7)、阵列波导区(8)、输出耦合区(9)和输出波导区(10)各部分之间的间隙为10 y m 1000 u m ； 所述第一直角梯形棱镜形状电极(7-1)和第二直角梯形棱镜形状电极(7-2)的上边长为IOiim IOOii m，上下边长...
【专利技术属性】
技术研发人员：张敏明，戴竞，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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