一种刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器制造技术

本发明专利技术公开了一种刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器，包括输入波导、输出波导、自由传输平板波导区和刻蚀衍射光栅，输入波导和输出波导位于自由传输平板波导区的同一侧，并均与自由传输平板波导区相连，自由传输平板波导区的另一侧与刻蚀衍射光栅相连，刻蚀衍射光栅的光栅面采用二维光子晶体反射镜结构。采用二维光子晶体反射镜结构替代常规刻蚀衍射光栅的光栅面，可以有效降低器件制作工艺难度，有效降低光栅介质与空气界面之间存在着的较大的菲涅尔反射损耗，从而降低器件的插入损耗；并可实现单一偏振模式的全反射，而另一偏振模式则全部透射，实现器件的偏振保持。

【技术实现步骤摘要】
一种刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器
本专利技术涉及光通信波分复用
，特别是涉及一种基于光子晶体反射镜结构的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器件。
技术介绍
全球互连网的迅速普及、光纤到户和家庭办公的崛起，使主干网和局域网的通信容量猛增，波分复用技术(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)充分利用了光纤的巨大带宽资源，用波分复用的方式来改进传输效率、提高复用效率、扩充传输容量，是实现大容量、高速率光纤通信的必然选择。波分复用/解复用器是波分复用光纤通信系统中最关键的器件，主要分为分立型和平面波导集成型两类。阵列波导光栅(ArrayWaveguideGratings，AWG)和刻蚀衍射光栅(EtchedDiffractionGratings，EDG)是最为典型的平面波导集成型密集波分复用/解复用器件。其中，EDG具有更小的器件尺寸，集成度高，适合于实现大通道数、窄通道间隔的波分复用/解复用功能。但是EDG的性能严重依赖于光栅面的质量，为了获得较低的插入损耗，对光栅面的制作工艺要求极高：光栅面必须深刻、陡直且光滑。同时，光栅介质和空气之间的菲涅尔反射也会导致插入损耗的增加。目前，一般会在光栅面上镀上金属膜以达到全反射的目的，来增加光栅面的反射率，降低损耗，这就增加了工艺的复杂性。另外，高折射率差EDG具有较强的偏振相关性，器件的偏振控制也是目前亟待解决的技术难题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器，可以有效降低器件的制作工艺难度及插入损耗，并且可以实现器件的偏振保持。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器，包括输入波导、输出波导、自由传输平板波导区和刻蚀衍射光栅，输入波导和输出波导位于自由传输平板波导区的同一侧，并均与自由传输平板波导区相连，自由传输平板波导区的另一侧与刻蚀衍射光栅相连，所述刻蚀衍射光栅的光栅面采用二维光子晶体反射镜结构。优选地，所述二维光子晶体反射镜结构为二维平板三角晶格空气孔型光子晶体结构。优选地，所述输入波导与自由传输平板波导区之间接入第一渐变展宽波导结构。优选地，所述输出波导与自由传输平板波导区之间接入第二渐变展宽波导结构。优选地，所述第一渐变展宽波导结构为线性渐变展宽波导结构或指数、抛物线等曲线型渐变展宽波导结构。优选地，所述第二渐变展宽波导结构为线性渐变展宽波导结构或指数、抛物线等曲线型渐变展宽波导结构。从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：1)采用二维光子晶体反射镜结构替代常规刻蚀衍射光栅的光栅面，可以有效降低器件制作工艺难度。2)可以有效降低光栅介质与空气界面之间存在着的较大的菲涅尔反射损耗，降低器件的插入损耗。3)可实现单一偏振模式的全反射，而另一偏振模式则全部透射，实现器件的偏振保持。附图说明图1是本专利技术第一实施例中的基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器结构示意图；图2是本专利技术第二实施例中的基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器结构示意图；图3是本专利技术第三实施例中在SOI材料上制作的基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器的光子晶体反射镜处的截面示意图；图4是通过平面波展开法模拟的本专利技术第三实施例中SOI基二维平板三角晶格空气孔型光子晶体能带图；图5(a)是通过时域有限差分法模拟的本专利技术第三实施例中SOI基常规刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器TE模式光传输图；图5(b)是时域有限差分法模拟的本专利技术第三实施例中SOI基基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器TE模式光传输图；图6(a)是本专利技术第三实施例中SOI基常规刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器的扫描电镜照片；图6(b)是本专利技术第三实施例中SOI基常规刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器的光栅结构扫描电镜照片；图7(a)是本专利技术第三实施例中SOI基基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器的扫描电镜照片；图7(b)是本专利技术第三实施例中SOI基基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器的二维光子晶体反射镜结构的扫描电镜照片；图8是本专利技术第三实施例中SOI基基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅型与常规刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器的输出光谱测试结果比较图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。图1是本专利技术第一实施例提出的一种基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器的结构示意图。如图1所示，该波分复用/解复用器包括输入波导1、多个输出波导2、自由传输平板波导区3和刻蚀衍射光栅4。其中，输入波导1和输出波导2位于自由传输平板波导区3的同一侧，并均与自由传输平板波导区3相连，自由传输平板波导区3的另一侧与刻蚀衍射光栅4相连，刻蚀衍射光栅4的光栅面采用二维光子晶体反射镜结构5，该反射镜结构5为二维平板三角晶格空气孔型光子晶体结构。其中利用本专利技术提出的基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器对多波长复用光进行解复用的过程如下：光纤输入的多波长复用光首先耦合进入输入波导1，之后光在自由传输平板波导区3传输后，均匀照射在基于二维光子晶体反射镜结构5的刻蚀衍射光栅4上，经过光栅衍射，不同波长的光具有不同的光程差，分别聚焦在不同的输出波导2位置，不同波长的光从不同的输出波导2输出，完成解复用过程。整个衍射过程服从光栅衍射方程：neffd(sinθi+sinθk)=mλ其中，neff是有效折射率，d是光栅周期，θi是入射角，θk是衍射角，m是衍射级次，λ是给定的波长。利用本专利技术提出的基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器对多个波长不同的光进行复用的过程包括：不同波长的光耦合进入不同的输出波导2，之后光在自由传输平板波导区3传输后，均匀照射在基于二维光子晶体反射镜5的刻蚀衍射光栅4上，经过光栅衍射，聚焦在同一根输入波导1位置，多波长复用光从同一根输入波导1输出，完成复用过程。由于刻蚀衍射光栅4的光栅面采用了二维光子晶体反射镜结构5，不需要进行深刻、陡直及光滑光栅面的严格光刻及刻蚀工艺，就可获得较低的插入损耗，因此，有效降低了器件的制作工艺难度。二维光子晶体反射镜结构5具有较宽的光子禁带，在宽的禁带范围内可以有效提高光栅面的反射率，减小器件的插入损耗，同时，禁带内的反射谱线更为平坦，有助于提高输出光谱的均匀性。通过优化二维光子晶体反射镜结构5的晶格常数、占空比等参数，可以实现单一偏振的光子禁带，而对于另一偏振模式，则不存在禁带，因此理论上可实现单一偏振模式的100％全反射，而另一偏振模式的光则全部透射，该结构不仅减小了刻蚀衍射光栅4的损耗，而且可有效滤除另一偏振模式，实现刻蚀衍射光栅4的偏振保持。二维光子晶体反射镜结构5，可采用正方晶格或三角晶格结构，对于二维平板空气孔型光子晶体，在同样的占空比下，三角晶格结构可获得更宽范围的光子禁带，输出光谱的均匀性会得到进一步的提高。图2是本专利技术第二实施例提出的一种基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器的结构示意图。如图2所示，本实施例中该波分复用/解复用器与第一实施例的区别在于：第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器，包括输入波导(1)、输出波导(2)、自由传输平板波导区(3)和刻蚀衍射光栅(4)，其中，输入波导(1)和输出波导(2)位于自由传输平板波导区(3)的同一侧，并均与自由传输平板波导区(3)相连，自由传输平板波导区(3)的另一侧与刻蚀衍射光栅(4)相连，所述刻蚀衍射光栅(4)的光栅面采用二维光子晶体反射镜结构(5)。

【技术特征摘要】
1.一种刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器，包括输入波导(1)、输出波导(2)、自由传输平板波导区(3)和刻蚀衍射光栅(4)，其中，输入波导(1)和输出波导(2)位于自由传输平板波导区(3)的同一侧，并均与自由传输平板波导区(3)相连，自由传输平板波导区(3)的另一侧与刻蚀衍射光栅(4)相连，所述刻蚀衍射光栅(4)的光栅面采用二维光子晶体反射镜结构(5)；其中，所述二维光子晶体反射镜结构(5)为二维平板三角晶格空气孔型光子晶体结构；所述输入波导(1)与自由传输平板波导区(3)之间接入第一渐变展宽波导结构(6)；所述输出波导(2)与自由传输平板波导区(3)之间接入第二渐变展宽波导结构(7)。2.根据权利要求1所述的刻蚀衍射光栅型波分复用/解复用器，其特征在于，所述第一渐变展宽波导结构(6)和所述第二渐变展宽波导结构(7)为线性渐变展宽波导结构或曲线型渐变展宽波导结构。3.根据权利要求2所述的刻蚀衍射光栅型波分复用/...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玥，张家顺，安俊明，吴远大，王红杰，李建光，胡雄伟，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：