[发明专利]基于平板波导移动的无热阵列波导光栅的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度不敏感阵列波导光栅。特别是涉及一种利用温度补偿杆的热胀冷缩带动阵列波导栅芯片的a、b两部分产生相对移动，从而补偿由温度引起的波长漂移的基于平板波导移动的无热阵列波导光栅的制作方法。

背景技术

由于IP数据业务的不断增长和各种宽带接入业务的涌现带来了对带宽的无限需求，密集波分复用(DWDM)技术得到了蓬勃发展。复用器和解复用器是DWDM系统中的关键器件，目前已有多种结构的器件能实现波分复用功能，如薄膜干涉滤光片、声光滤波器、光纤光栅、阵列波导光栅(AWG)等。最近几年发展的阵列波导光栅具有尺寸小、易于集成、通道间距窄、性能稳定等优点，促进了波分复用型无源光网络(WDM-PON)的发展。但由于普通AWG是利用硅基二氧化硅技术制作的，二氧化硅的折射率随温度的变化而改变，波导的尺寸也会随温度的变化而改变，从而导致AWG的各个通道的波长随温度而变化，通常情况下，该类器件的中心波长的温度变化为0.011nm/℃，但通信系统要求AWG的各个输出通道光信号的波长和国际电信联盟(ITU-T)规定的波长严格一致。为了解决AWG器件的温度敏感性，目前市场上普遍采用加热器或Pilter冷却器进行温度控制，采用温控电路使得AWG处于恒温环境下，这样中心波长就不会漂移。但它会对AWG本身的稳定性有不良影响、增加器件及系统的复杂性及运营成本。因此解决AWG的温度敏感性问题，省略温控电路，消除附加费用已经势在必行；并且，在WDM-PON中使用的复用/解复用器是不使用电功率的，这样使用电流、带温控电路的AWG是不能满足要求的，从而只能使用无热AWG。另外，可重构光分插复用器(ROADM)和可变光衰减复用器(VMUX)在城域网中得到了广泛使用，在这两个器件中使用无须辅助电路的无热AWG就很容易地解决了热量及电功率消耗等关键问题，从而给系统开发以更大的设计自由度。所有这些显示出设计无热AWG具有异常重要的意义，为此，人们提出了许多无热AWG的方案，按照其特征分，可以归纳为以下几类：

1、波导移动型(包括移动输入波导、输出波导、输入平板波导和输出平板波导)

通过切开的两部分之间的相对位置改变(这个位置的改变是通过一个热伸缩材料实现的)来补偿普通AWG中心波长随温度的变化。

2、波导嵌入填充物型

在AWG波导中嵌入折射率温度系数与二氧化硅折射率温度系数不同的材料进行补偿。目前使用最多的是POLYMER材料，它具有大的负热光系数，硅片(二氧化硅)的热光系数为正，如果在AWG的局部区域嵌入POLYMER材料代替二氧化硅材料，那么POLYMER的负热光系数就会补偿或抵消二氧化硅的正热光系数，最终使构成AWG材料的综合热光系数为零，从而实现AWG通道波长与温度无关。如在阵列波导上开三角形的槽或者在平板波导上开月亮形的槽，填充POLYMER材料。

3、无热波导型(包括全聚合物型波导结构和混合型波导结构)

全聚合物型波导结构是利用聚合物的负热光系数同硅/二氧化硅波导长度的变化对波长的影响相抵消；对混合型波导结构而言，波导上包层制成POLYMER材料，或改变二氧化硅的掺杂，并通过适当的选择波导截面尺寸，或者在波导上加过渡层的办法。这种混合波导结构的折射率温度系数不能通过解析的方法求得，只能应用数值方法求得，通过精确设计能使波导的光程不受外界温度影响。

4、压光效应型

利用压力对材料光折射率的影响，张应力使折射率变小，压应力使折射率变大。通过设计，使压力带来的折射率的变化抵消或补偿硅基二氧化硅材料热光系数带来的折射率变化，从而稳定了AWG各个通道的波长。如应力板法。

5、其它

实现AWG的无热特性，还有其它的一些方案，也仅限于少量文献报道，这些方法因实用性较差，这里不叙述。