[发明专利]一种实现双线性温度补偿的温度不敏感型阵列波导光栅

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现双线性温度补偿的温度不敏感型阵列波导光栅(温度不敏感型阵列波导光栅，Athermal Arrayed Waveguide Grating，简称AAWG)，属于通信领域。

背景技术

AWG(Arrayed Waveguide Grating，阵列波导光栅)是一种平面波导器件，是利用PLC(Planar Lightwave Circuit，平面光波线路)技术在芯片衬底上制作的阵列波导光栅。与FBG(Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅)和TFF(Thin Film Filter，薄膜滤光片)相比，AWG具有集成度高、通道数目多、插入损耗小，易于批量自动化生产等优点。但是，由于传统的硅基AWG芯片对温度比较敏感，一般中心波长随温度的漂移为0.0118nm/℃，因此对传统的热敏感AWG(Thermal AWG)需要使用温度控制器和温度控制电路来稳定中心输出波长，相应增加了AWG的成本、尺寸以及限制了它的应用范围。因而国内外许多大公司推出了AAWG产品。

AAWG开辟了两个新的市场。一个是在机架不能供电或者不方便提供额外电源进行温度控制的时候，AAWG可以代替薄膜滤光片TFF用于DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用)系统的复用器/解复用器模块。另一个更富有潜力的市场是新兴的WDM-PON(Wavelength Division Multiplex_Passive Optical Network，波分复用-无源光网路)系统，因为WDM-PON系统要求在室外-30℃到70℃的温度范围内都可以正常运行，而TFF的温漂大，不符合室外WDM-PON系统的应用要求，所以系统可能会使用大量的AAWG以提供超过百兆的光纤到户业务。

通常的AAWG采用温度补偿的技术保持波长的稳定，如用金属温度补偿杆连接输入波导，在温度补偿杆热胀冷缩的驱动下使输入波导移动来补偿波长随温度的漂移。但是目前现有的各种方案均存在如下问题：这些补偿方法都是对波长的温度特性进行线性补偿。但实际的AWG波长-温度曲线并不是线性的，因此这些补偿方法只能在有限的温度范围内保持波长的稳定性，对于室外等较大温度变化范围的应用则难以满足。

输入波导的位移随温度的变化率与折射率对温度的导数成线性关系，该结论参见下列公式表示。

AWG的衍射方程：dn_ssinθ_i+dn_ssinθ_o+n_cΔL＝mλ(1)

其中n_s和n_c分别是AWG的输入平面波导、输出平面波导，也叫罗兰圆的有效折射率和阵列波导的有效折射率，d是相邻阵列波导在罗兰圆周上的间距，θ_i和θ_o是输入和输出平面波导的衍射角，ΔL是相邻阵列波导的长度差。m是衍射级次。λ是真空波长。

AWG的中心波长满足：mλ＝n_cΔL               (2)

旁轴近似条件下(θ_i＜＜1，θ_o＜＜1)，公式(1)两边微分得角色散公式：

dθdλ=mnsdngnc---(3)]]>

其中θ是输入衍射角，n_g是群折射率，且