[发明专利]低串扰32信道硅基阵列波导光栅波分复用器

说明书

本发明公开了一种低串扰32信道硅基阵列波导光栅波分复用器，光信号链路由以下硅基器件输入波导，第一罗兰圆，阵列波导，第二罗兰圆以及输出波导顺次连接组成；输入波导具有1个端口；输出波导具有32个端口；阵列波导由550个具有相等长度差△L、呈抛物线锥形的条形波导阵列组成。32信道的最大插入损耗小于6.5dB,最小相邻信道串扰低于‑20dB。本发明具有低损耗、低串扰等优点，在光通信与光信号处理以及波分复用/解复用系统中有重要作用。

技术领域

本发明属于硅基光子集成、密集型波分复用/解复用以及信号处理等领域，尤其涉及一种低串扰32信道硅基阵列波导光栅波分复用器。

背景技术

阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)是一种角色散型无源光集成器件，由输入波导、输入平板波导(罗兰圆1)、阵列波导、输出平板波导(罗兰圆2)、输出波导组成。它与其他的波分复用器件相比，具有插损较低、滤波性能较好、工艺较易实现、设计灵活、易于与光纤进行耦合等优点。其工作原理主要利用多光束干涉的原理，通过阵列波导可以引入一定的光程差，使得不同波长的光在平板波导中干涉成像，从而被不同的输出波导所接收。基于硅基设计并制作的阵列波导光栅相对于其他低折射率材料，如二氧化硅，氮化硅，硅材料由于其较高的折射率对比度，可以在更紧凑的结构下实现器件功能。在阵列波导光栅的设计中，基于硅材料的设计可以将器件的整体结构从cm量级缩小至μm量级。

目前的硅基光波导阵列波导光栅设计中，多数采用传统的分段式设计，相关论文包括：1)Wu Y,Lang T N T,Song J,et al.Horseshoe-Shaped 16×16Arrayed WaveguideGrating Router Based on SOI Platform[C]16th International Conference onOptical Communications and Networks(ICOCN).2017；2)Dumon P,Bogaerts W,VanThourhout D,et al.Compact wavelength router based on a Silicon-on-insulatorarrayed waveguide grating pigtailed to a fiber array[J].Oe/14/2/oe Pdf,2006,14(2):664-0；3)Stanton E J,Volet N,Bowers J.Low-loss arrayed waveguide gratingat 2.0μm[C]Cleo:ScienceInnovations.2017。上述论文输出信道数多为8个左右，同时为降低串扰或节约尺寸，在自由传播区采用罗兰圆设计，并作出改良，但输出信道的串扰仍然高于-20dB。而为实现低串扰输出，采用两级级联阵列波导光栅成功将信道数拓展至16的情况下，输出信道串扰低于-30dB，但是整体结构共使用了5个阵列波导光栅单元，硅基集成器件的紧凑尺寸特征丧失，同时多级级联的损耗也会增大，降低器件性能。(Zhiqun,Zhang,Juan,et al.Low-crosstalk silicon photonics arrayed waveguide grating[J].Chinese Optics Letters,2017)。因此进一步为降低整体结构的尺寸，Qing Fang等人采用折叠设计，通过在阵列波导光栅处添加多模干涉反射单元，将光路折返，进而实现器件尺寸减半的目标，然而这一方法不适用于具有更多输出信道的阵列波导光栅结构。(Qing F,Xiaoling C,Yingxuan Z,et al.Folded silicon-photonics arrayed waveguidegrating integrated with loop-mirror reflectors[J].IEEE Photonics Journal,2018.)。

根据以上分析可知，硅基阵列波导光栅波分复用器的设计，难点主要在于在保证损耗和串扰等性能不降低的条件下，实现窄的信道间隔以及更多的输出信道。

发明内容