[发明专利]宽光谱高分辨率波导分光芯片结构

权利要求书

1.一种宽光谱高分辨率波导分光芯片结构，其特征在于：

包括级联MZI波导宽谱分光模块，阵列波导分光模块和调相模块；

所述级联MZI波导宽谱分光模块，用于将输入光进行宽光谱预分光，并将输出的多路预分光传输至阵列波导分光模块；

所述阵列波导分光模块，用于将级联MZI波导分光模块的输出的多路预分光进行精细分光，输出更多路窄带宽的光波；

调相模块，用于对所述阵列波导分光模块进行调相，调制所述阵列波导分光模块输出的中心波长；

AWG结构引入热光调相前，输出的光强为I₁，引入热光调相后输出的光强为I₂，引入热光调相前后中心波长的偏移量为对光谱分布进行差分计算，表示为：

通过对光谱分布进行差分计算，可实现≤2nm的光谱分辨率。

2.根据权利要求1所述的波导分光芯片结构，其特征在于：

所述级联MZI波导宽谱分光模块为串并联设计的多级MZI结构，和/或；

所述阵列波导分光模块为多个中心波长不同的阵列波导光栅(AWG)和/或；

所述调相模块，为热光调相模块或载流子色散效应调相模块和/或；

波导分光芯片的波导选用硅材料，聚合物材料或Ⅲ-Ⅴ族材料。

3.根据权利要求2所述的波导分光芯片结构，其特征在于：

所述级联MZI波导宽谱分光模块为两级结构，其中第一级MZI结构为单一的MZI结构，用于实现第一级分光，第二级MZI结构为两个并联的MZI结构，第一级分光分出的两束光，传输至并联的第二级MZI结构中。

4.根据权利要求3所述的波导分光芯片结构，其特征在于：

所述阵列波导光栅(AWG)为8通道的AWG结构。

5.根据权利要求4所述的波导分光芯片结构，其特征在于：

所述调相模块，为热光调相模块，针对AWG结构引入热电极，进行热光调相。

6.根据权利要求5所述的波导分光芯片结构，其特征在于：

所述级联MZI波导宽谱分光模块中，第一级MZI结构，自由光谱范围为200nm，中心波长为1350nm，用于将输入的带宽为1150nm-1550nm的光进行第一级分光，分光后经耦合器输出为带宽为200nm的两束宽光谱光，并传输至并联的第二级MZI结构中；

第二级MZI结构，自由光谱范围为400nm，用于将第一级MZI结构的两束输出光进行再分光，分光后为带宽为100nm的四束输出光，得到中心波长为1200nm，1300nm，1400nm，1500nm的四路预分光；

所述多个中心波长不同的8通道的AWG结构为四个8通道AWG结构，中心波长分别为1200nm，1300nm，1400nm，1500nm，用于将级联MZI波导分光模块的四路带宽为100nm的光进一步分为通道间隔为12.5nm的光；

所述波导分光芯片的波导选用硅材料。

7.根据权利要求5或6所述的波导分光芯片结构，其特征在于：

级联MZI波导分光模块中的MZI结构是由两个方向耦合器和一对光学延迟线构成的，单个MZI结构的自由光谱范围Δλ和两条延迟线的光程差ΔL成反比例的关系：

其中λ_c为MZI结构的中心波长；

ΔL为MZI结构的两臂的物理臂长差；

n_g为波导结构的群折射率，可以表示为：

其中n_e为等效折射率。

8.根据权利要求5或6所述的波导分光芯片结构，其特征在于：

每个AWG结构的中心波长λ_c和自由光谱范围Δλ满足：

其中ΔL′为AWG结构中阵列波导两相邻波导的长度差；

n_a为AWG结构的等效折射率；

m为衍射级次；

n_g为阵列波导结构的群折射率。

9.根据权利要求5或6所述的波导分光芯片结构，其特征在于：

对于所述热光调相模块，对热电极施加电压，引起温度的变化，当温度变化为ΔT时，引起的AWG结构中心波长的变化表示为：

其中n_a为AWG结构的等效折射率；

n_si和分别为Si和SiO₂的等效折射率。