[发明专利]一种阵列波导光栅波分复用器

说明书

技术领域

本发明涉及光传输领域的波分复用技术，尤其是一种阵列波导光栅波分复用器。

背景技术

随着光传输研究的发展，波分复用技术已经成为一种增大通信信息容量的有效手段。所谓波分复用是指将多个不同波长的光合到同一根波导或光纤中传输，解复用是将同一根波导或光纤中的不同波长的光按照波长分别分到不同波导或光纤中的技术。实现波分复用技术的关键部分是波分复用器。阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，简称AWG)型波分复用/解复用(WDM)器件具有信道间隔小、易于同其它器件集成、体积小、性能稳定、易于批量生产、以及成本低的特点而得到了快速的发展。

目前主要的制作AWG的材料是硅基二氧化硅与磷化铟。其中因为硅基二氧化硅波导具有传输损耗低、与普通单模光纤之间的耦合损耗低、制作工艺成熟等特点而成为目前AWG主导材料。特别是基于AWG的波分复用器，基本上都是利用硅基二氧化硅制作的。

为了保证与光纤之间的耦合损耗小，一般使用的硅基二氧化硅波导芯层相对包层的折射率差比较低，比如0.75％。低折射率差的波导制作的AWG缺点是尺寸较大，比如一个基于ITU 100GHz间隔的40通道的0.75％相对折射率差的硅基二氧化硅AWG，其芯片尺寸一般大于30mm×42mm，一块6英寸的硅片上能切割出的方形的单个AWG最多数量不超过6个，即使沿着AWG的边缘线切割出曲线型的AWG，其数量一般也只能达到20个左右。随着AWG市场的发展与竞争的加剧，对小尺寸的AWG要求越来约紧迫。虽然可以采用高折射率差的波导来制作小尺寸的AWG，但是高折射率差的波导与普通单模光纤之间的耦合损耗很大，需要用复杂的工艺制作三维的模场转换波导或高数值孔径的光纤来降低耦合损耗。而且高折射率差的波导对工艺要求更高——波导尺寸误差与折射率不均匀性对波导模场的折射率影响更大，则AWG的指标特性就更容易受到影响。

为了同时解决小尺寸问题以及与光纤之间的耦合损耗问题，目前有一种方法是采用低折射率波导制作AWG，但是在其所有的弯曲波导两侧刻上空气槽，从而达到波导的高折射率差。通过使用高折射率差的弯曲波导缩短弯曲波导的弯曲半径，例如：0.75％折射率差硅基二氧化硅波导一般弯曲半径要求大于5mm，而开了空气槽后的这种波导弯曲半径只需要0.2毫米左右。这样就可以将AWG的尺寸大大缩短。图1所示的是普通弯曲光波导结构图：带波导的芯片100，以及芯片上的波导101，图2表示的是普通弯曲波导截面图：硅衬低201，波导101，上包层202，下包层203。图3表示的是带空气槽的弯曲波导结构图：芯片300，波导301，空气槽302，图4表示的带空气槽的弯曲波导的截面图：衬底201，波导301，空气槽302，上包层202，下包层203。

这种方法虽然很好地降低了AWG芯片的尺寸，且能保证与光纤之间的耦合损耗较低，但是AWG是相位与偏振敏感器件，如图5所示是一个AWG的结构示意图：AWG芯片为400，包括输入波导401、输入平板波导402、阵列波导403、输出平板波导404，输出波导405。如果在其阵列波导上使用带空气槽的弯曲波导，则会比较容易影响其阵列波导相位，导致相位误差，而且这种高折射率差的波导，因为两侧的空气，其折射率相对波导层小得多，一般是偏振敏感的，所以会导致AWG的波长偏振相关性以及信道间的串扰变差。

发明内容

根据上述背景技术中存在的缺陷和不足，本发明提供一种阵列波导光栅波分复用器，该复用器体积小、光纤之间的耦合损耗少并且AWG的波长偏振相关性好，信道间的抗串扰性能优良。

为解决以上问题，本发明的技术方案如下：一种阵列波导光栅波分复用器，包括依次连接的输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导、输出波导，所述输入波导、输出波导的截面均包括芯层、包裹芯层的包层，所述芯层折射率比包层大，其不同之处在于：所述输出波导与输出平板波导相连接的一端为带空气槽输出波导，所述带空气槽输出波导是芯层两侧均刻蚀有空气槽的高折射率差波导。

按以上方案，所述输入波导与输入平板波导相连接的一端为带空气槽输入波导，所述带空气槽输入波导是芯层两侧均刻蚀有空气槽的高折射率差波导。

按以上方案，所述带空气槽输入波导、带空气槽输出波导分别为多模干涉波导、弯曲波导、直波导、锥形波导或其它任意结构中的一种或几种的组合。

按以上方案，所述空气槽内填充折射率低于芯层折射率的材料。

对比现有技术，本发明的有益优点在于：