[发明专利]一种实现分段温度补偿的无热阵列波导光栅

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现分段温度补偿的无热阵列波导光栅（Athermal Arrayed WavelengthGratings，简称AAWG或无热AWG），本发明属于通信领域。

背景技术

光纤通信技术发展极为迅速，其中WDM（Wavelength Division Multiplexing波分复用）系统是当前最常见的光层组网系统，它通过复用与解复用实现多路信号传输。基于PLC（PlanarLightwave Circuit，平面光波线路）技术的AWG（Arrayed Wavelength Grating，阵列波导光栅）是WDM系统中一种重要的实现复用/解复用器件，其做法为在硅晶圆上沉积二氧化硅膜层，再利用光刻工艺及反应式离子蚀刻法制作AWG。相对于FBG（Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅）和TFF（Thin Film Filter，薄膜滤光片），AWG具有集成度高、波长通道数目多、通道间隔小、无需使用光隔离器，易于批量自动化生产等优点。

传统的硅基二氧化硅波导AWG芯片，其波导折射率对于温度比较敏感，从而导致当工作环境温度发生变化时，AWG芯片响应光谱的中心波长会随之发生改变，如图7所示，关系基本呈线性关系，中心波长随温度的漂移约为0.011nm/℃，对于100GHz波长间隔或间隔更窄的DWDM系统而言，这种AWG是不适用的。为了将AWG的中心波长固定在目标值，不受工作环境温度的影响，一种方法是使用加热片和温控电路将芯片温度固定在某一恒定值，称为有热AWG（Thermal AWG）。但这样做会相应增加了系统功耗，并需预留供电接口和监控接口，限制了使用的灵活性。

无热AWG则不使用加热片和温控电路，依靠自身的特殊材料结构或机械结构来实现AWG光谱中心波长不随工作环境温度变化而变化的目的。传统的依靠机械结构来实现温度补偿的无热AWG，其实现原理是：在AWG芯片输入平面波导处切割，将芯片分离为两部分，用金属补偿杆连接输入波导部分，或者可以用光纤代替输入波导，但切割处需在AWG芯片输入波导与输入平面波导交界处，在杆热胀冷缩的驱动下改变芯片两部分相对位置来补偿波长随温度的漂移。由于金属杆的热膨胀是线性的，所以这种无热的补偿方法是对波长的温度特性进行线性补偿，而硅基二氧化硅波导的折射率随温度变化有一个二次项的系数，如图8所示实际的AWG波长-温度曲线并不是线性的，而是一个开口向上的抛物线形，加上各输出通道波长相应的不一致性，器件在-40℃～80℃波长偏移基本达到了60pm以上。因此这种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。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种可以实现分段温度补偿的无热阵列波导光栅。

本发明采用的技术方案是：

一种实现分段温度补偿的无热阵列波导光栅，包括阵列波导光栅芯片、金属底板，所述阵列波导光栅芯片固定在金属底板上，阵列波导光栅芯片切割成阵列波导光栅芯片第一部分和阵列波导光栅芯片第二部分，金属底板上同阵列波导光栅芯片第一部分和阵列波导光栅芯片第二部分分割线对应区域设置有第一弹片，固定阵列波导光栅芯片第二部分的金属底板区域下方水平有一个未贯通的狭缝形成第二弹片，所述金属底板由第一弹片、第二弹片将其分隔为金属底板第一部分、金属底板第二部分和金属底板第三部分，所述第一弹片使金属底板第一部分与金属底板第二部分之间在受力情况下相对移动；第二弹片使金属底板第二部分与金属底板第三部分之间在受力情况下可相对移动；所述金属底板第一部分和金属底板第三部分之间且位于阵列波导光栅芯片下方区域设置有挖空区域，第一温度补偿杆跨过挖空区域设置且两端分别固定于金属底板第一部分和金属底板第三部分；位于狭缝上方的金属底板第二部分上设置有一个螺纹孔，所述螺钉设置于其中，所述螺钉底部穿过狭缝与金属底板第三部分紧密贴合，所述第一温度补偿杆的热膨胀系数大于阵列波导光栅芯片和金属底板的热膨胀系数。

所述第一弹片是设置在金属底板第一部分与金属底板第二部分之间且位于阵列波导光栅芯片第一部分和阵列波导光栅芯片第二部分之间的分割线中心区域下方的金属板连接部分。

所述阵列波导光栅第一部分固定在金属底板第一部分上，阵列波导光栅第一部分包含输入波导和一部分输入平面波导阵列波导；阵列波导光栅第二部分固定在金属底板第二部分上，阵列波导光栅第二部分包含剩余输入平面波导、阵列波导、输出平面波导和输出波导。

所述金属底板与阵列波导光栅芯片的的热膨胀系数相对保持一致。