[发明专利]一种双层结构的阵列波导光栅

说明书

本发明公开了一种双层结构的阵列波导光栅，所述的阵列波导光栅包括输入星型耦合器(包括输入信道波导、输入平板波导和输入过渡波导)、阵列波导和输出星型耦合器(包括输出信道波导、输出平板波导和输出过渡波导，阵列波导通过输入过渡波导和输出过渡波导分别与输入星型耦合器和输出星型耦合器连接以减小散射损耗。本发明的双层结构的AWG，相比于传统的单层AWG，结合了强限制性波导(Δ25％)和弱限制性波导(Δ25％)的优势，有望在保证AWG器件性能的同时减小器件的尺寸，为AWG器件片上集成化，商用化提供了可行性。

技术领域

本发明属于光纤通信中的波分复用应用系统领域，具体涉及一种双层结构的阵列波导光栅。

背景技术

现今光通信系统已经广泛应用，且为最大限度地提高光纤系统的通信容量，使用多载波波长的波分复用(WDM)系统应运而生。WDM系统中的关键器件就是波长多路复用/解复用器。多路复用器将所有波长通道组合在一根光纤上，而解多路复用器将波长从一根光纤分离到多波长通道。

阵列波导光栅是实现WDM系统中复用/解复用和波长路由功能的关键器件，常见的阵列波导光栅(array waveguide grating，AWG)包括基于二氧化硅和硅的AWG，分别代表基于低折射率差波导的AWG和基于高折射率差波导的AWG，虽然基于高折射率差波导的AWG得益于纳米级的波导尺寸和微米级的弯曲半径，可以实现很小的器件尺寸，但是缺点是要保证AWG的工作性能，需要非常高分辨率的制备技术，通常具有高插入损耗和高串扰。而基于低相对折射率差的AWG，虽然器件性能很好，但致命的是，器件尺寸非常大，甚至达到厘米级别。

发明内容

本发明的目的是在保证AWG工作性能的条件下，减小器件的尺寸，并且本双层结构的阵列波导设计对于制备过程中不可避免引入的侧壁粗糙的容差更大。

为实现以上设计目标，本发明的技术方案如下：

一种双层结构的阵列波导光栅，包括输入星型耦合器、阵列波导、输出星型耦合器；

所述输入星型耦合器包括输入信道波导、输入平板波导、输入过渡波导；

所述输出星型耦合器包括输出信道波导、输出平板波导、输出过渡波导；所述输出信道波导包括第二单模波导部分、第二taper过渡结构；

所述阵列波导通过输入过渡波导和输出过渡波导分别与输入星型耦合器和输出星型耦合器连接以减小散射损耗；所述输入过渡波导和输出过渡波导结构相同，均包括基于低相对折射率差的单模波导、基于高相对折射率差的单模波导、以及设于基于高相对折射率差的单模波导和基于低相对折射率差的单模波导之间的传输结构；所述的基于高相对折射率差的单模波导的相对折射率差Δ25％，所述的基于低相对折射率差的单模波导的相对折射率差Δ25％，Δ＝(n₁²-n₂²)/2*n₁²，n₁是芯层波导的有效折射率，n₂是包层波导的有效折射率；所述的传输结构的宽度由基于低相对折射率差的单模波导的宽度线性减小至基于高相对折射率差的单模波导的宽度，且基于低相对折射率差的单模波导的占比线性减小，基于高相对折射率差的单模波导的占比线性增加。

上述技术方案中，进一步地，所述的输入星型耦合器中的输入信道波导、输入平板波导和所述的输出星型耦合器中的输出信道波导、输出平板波导均采用相对折射率差较小的波导结构，其相对折射率差Δ25％，包括但不限于氮化硅、氮氧化硅或者掺杂二氧化硅的波导。

进一步地，所述的阵列波导的波导结构采用相对折射率差较大的波导结构,其相对折射率差Δ25％，包括但不限于硅基波导，可以利用其较小的弯曲半径来减小器件的整体尺寸。