[发明专利]紧凑的Bragg反射器型凹面衍射光栅波分复用器及其设计方法

权利要求书

1.一种紧凑的Bragg反射器型凹面衍射光栅波分复用器，其特征在于，包括MZI交错滤波器、第一输入波导(10-1)、第二输入波导(10-2)、第一输出波导阵列(13-1)、第二输出波导阵列(13-2)；第一输入波导(10-1)和第二输入波导(10-2)入射端口以及第一输出波导阵列(13-1)和第二输出波导阵列(13-2)的出射端口均在罗兰圆上，罗兰圆内切于光栅圆，且罗兰圆的直径等于光栅圆的半径；在罗兰圆与光栅圆的相切处设置凹面衍射光栅(12)；入射端口到光栅内部为自由传输区(11)；

MZI交错滤波器包括第一直波导(1-1)和第二直波导(1-2)；第一弯曲波导(2-1)、第二弯曲波导(2-2)、第一耦合区(3)、第三弯曲波导(4-1)、第四弯曲波导(4-2)、第一非对称臂(5-1)、第二非对称臂(5-2)、第五弯曲波导(6-1)、第六弯曲波导(6-2)、第二耦合区(7)、第三直波导(8)、第七弯曲波导(9-1)以及第八弯曲波导(9-2)；

第一弯曲波导(2-1)由两个1/4圆弧连接而成，其两端分别与第一直波导(1-1)、第一耦合区(3)相切连接；第二弯曲波导(2-2)为两个1/4圆弧连接而成，其两端分别与第二直波导(1-2)、第一耦合区(3)相切连接；第一耦合区(3)、第二耦合区(7)均由两段平行排列的直波导组成，且这两段直波导之间留有间距；第三弯曲波导(4-1)和第四弯曲波导(4-2)均为一个1/4圆弧，第三弯曲波导(4-1)的两端与第一耦合区(3)和第一非对称臂(5-1)相切连接，第四弯曲波导(4-2)的两端与第一耦合区(3)和第二非对称臂(5-2)相切连接；第五弯曲波导(6-1)和第六弯曲波导(6-2)均为一个1/4圆弧，第五弯曲波导(6-1)的两端与第一非对称臂(5-1)和第二耦合区(7)相切连接，第六弯曲波导(6-2)的两端与第二非对称臂(5-2)和第二耦合区(7)相切连接；第七弯曲波导(9- 1)为两端分别与第三直波导(8)、第一输入波导(10-1)相切连接的圆弧；第八弯曲波导(9-2)为两端分别与第二耦合区(7)、第二输入波导(10-2)相切连接的圆弧。

2.根据权利要求1所述的紧凑的Bragg反射器型凹面衍射光栅波分复用器，其特征在于，罗兰圆内切于光栅圆中，光栅圆以O₁点为圆心，O₁C为半径；罗兰圆以O₂点为圆心，O₁C为直径，两圆的切点C为极点，极点C与罗兰圆上一点O₃的连线与O₁C间的夹角为闪耀角θ；凹面衍射光栅(12)由两种材料n₁、n₂按厚度比h₁:h₂交替分布的圆形Bragg反射器在光栅圆上周期排列组成；折射率为n₂的材料对应各扇环的中心圆弧分布在以O₃点为圆心、相邻半径相差一个布拉格周期d的K个同心圆上，且该组同心圆中间的圆与光栅圆交于极点C；每个圆与光栅圆的交点及其后相邻同心圆对应交点与O₃点间连线的角平分线与该圆的交点为所取圆弧的起点，每个交点与O₃点间连线方向上均有N层圆弧。

3.一种如权利要求2所述紧凑的Bragg反射器型凹面衍射光栅波分复用器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：为保证输出波导完全分开，两输入波导相对光栅齿面的入射角之差满足：

其中，δ_λ为所设计凹面衍射光栅的相邻通道间隔，N为两输入波导分别对应的输出通道数，β为衍射角度，λ为入射波长，a为光栅周期，m为衍射级次，n_eff为自由传输区有效折射率；当相对光栅齿面的入射角较小且近似满足闪耀条件时，β近似为θ，d近似为mλ/2n_eff；

步骤2：根据MZI交错滤波器两分支波导长度差与凹面光栅波长间隔的关系：

完成MZI交错滤波器的设计；

步骤3：将MZI交错滤波器两输出分支波导以入射角同时输入到凹面衍射光栅，使各输入输出波导不交叉。