[发明专利]一种基于弯曲波导上集成光栅的波长色散器件

说明书

技术领域

本发明涉及光器件、集成光学领域，尤其是涉及一种基于弯曲波导上集成光栅的波长色散器件。

背景技术

随着密集波分复用(DWDM)光纤通信技术的发展，通信网络的传输容量得到极大提高，同时网络节点数目不断增多，使得基于DWDM技术的光通信系统从点到点的线性结构发展到多节点、带光分/插复用器(OADM)、并实现多节点互联的结构，并且向具有光交叉连接(OXC)功能的网格状结构的光网络方向发展。在目前点到点的光纤链路传输中，各种具有色散功能的光波分复用/解复用模块，如介质薄膜滤波器(TFF)、阵列波导光栅(AWG)、光纤Bragg光栅(FBG)构成的波分复用/解复用器(MUX/DEMUX)、OADM、OXC等器件和系统对于推动DWDM技术的发展起到了极为重要的作用。

近年来，伴随集成光学技术的快速发展，基于集成光学技术的光栅器件，如AWG、和刻蚀衍射光栅(EDG)，以其集成化、稳定性、可靠性等优点，成为实现光的复用/解复用、上下路复用、交错复用、波长路由和网络监测等功能的优选器件，开始在DWDM光网络的组建中占据主流位置。

如图1所示，AWG器件是在集成光学衬底1上制作的一种波分复用器件，由输入光波导2，两个自由传输区3，阵列波导4，和数条输出光波导5构成。阵列波导中各波导的基本参数相同，相邻波导的光程差为一定值，等间距排列，使得不同波长的信号产生多光束干涉，对入射光波起到衍射光栅的作用。AWG器件属于集成光学器件，具有一切平面波导技术的潜在优点，譬如适于批量生产、重复性好、可以实现复杂光路，与光纤对准容易等等。

如图2所示，EDG器件是另一种常用的集成光学器件，它在集成光学衬底1上制作，主要由输入光波导2，自由传输区3和刻蚀形成的衍射光栅6和数条输出光波导5组成。理论上EDG具有比AWG更优越的性能，比如更小的器件尺寸(更大的集成度)，低成本的潜在优势。目前EDG已经在玻璃、多种半导体材料和聚合物材料上实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于弯曲波导上集成光栅的波长色散器件，这种结构具有与AWG和EDG相似的色散功能、简单的工作原理、紧凑的器件结构、简单而灵活的工艺过程以及潜在的低成本优势。

本发明采用的技术方案是：

在集成光学衬底上的输入波导，带有多条栅线的弯曲条形光波导，位于弯曲条形光波导的凹面一侧的扇形的自由传输区，一系列的输出光波导位于弯曲条形光波导的焦平面或焦平面附近。

与现有的用于各种具有色散功能的光波分复用/解复用模块(如介质薄模滤波器、光纤Bragg光栅、阵列波导光栅、刻蚀衍射光栅相比，本发明具有的有益效果是：

(A)与介质薄模滤波器、光纤Bragg光栅相比，这种器件与阵列波导光栅、刻蚀衍射光栅同属集成光学器件，具有集成光学器固有的结构紧凑、适合于较多波长的解复用的特点；

(B)与阵列波导光栅相比，这种平面集成光栅器件的结构更加紧凑；

(C)与刻蚀衍射光栅相比，这种光波导器件对制作工艺的要求更低，制作工艺更灵活，制作成本更低。

附图说明

图1是一个常规的AWG的结构示意图。

图2是另一个常规的EDG的结构示意图。

图3是本发明基于弯曲波导上集成光栅的波长色散器件结构示意图。

图中：1、集成光学衬底，2、输入光波导，3、自由传输区，4、阵列波导，5、输出光波导，6、刻蚀形成的衍射光栅，7、栅线，8、弯曲条形光波导。

具体实施方式

如图3所示，在集成光学衬底1上的输入波导2，带有多条栅线7的弯曲条形光波导8，位于弯曲条形光波导8的凹面一侧的扇形的自由传输区3，一系列的输出光波导5位于弯曲条形光波导8的焦平面或焦平面附近。

所述的集成光学衬底1的材料为硅、硅基片上的二氧化硅、铌酸锂、砷化镓、磷化铟、III-V族半导体化合物及其衍生物、II-VI族半导体化合物、玻璃或光波导用的聚合物。

所述的弯曲条形光波导8上栅线7之间的距离根据不同的设计要求确定，在同一个器件中，该距离是恒定不变的或是变化的。

所述的弯曲条形光波导8上栅线7形成光栅的耦合系数沿弯曲条形光波导8是恒定的，也可以是变化的。

所述的弯曲条形光波导8的形状是弧形、抛物线、双曲线或椭圆的一部分。

所述的栅线7与弯曲条形光波导8之间的夹角是大于0°～90°；在同一个器件中，栅线7与弯曲条形光波导8之间的夹角是恒定的或者变化的。