[发明专利]无热阵列波导光栅波分复用器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学器件，尤其涉及一种无热阵列波导光栅波分复用器。

背景技术

随着网络通讯的发展，光纤网络的数据传送速度越来越快，对光纤网络的容量要求也越来越高。现在的高速光纤网络系统中，波分复用技术常用于提高光纤网络的容量，该技术主要使用阵列波导光栅波分复用器实现。

现有一种阵列波导光栅波分复用器的结构如图1所示，其具有硅材料制成的平面衬底10，衬底10的上表面沉积有波导层，波导层包括输入光波导11、输入平板波导12、阵列波导16、输出平板波导14以及输出光波导15。通常，波导层由硅石玻璃材料制成，阵列波导16由多根并列的条形波导13构成，且多根条形波导13弯曲并列设置，相邻的两根条形波导13之间存在长度差，且每一根条形波导13的长度均不相同。

输入光波导11的输出端连接至输入平板波导12，输入平板波导12通过多根条形波导13连接至输出平板的波导14，输出平板波导14的输出端连接至多根输出光波导15。

当输入光波导11中传输的复用光信号进入输入平板波导12时，该复用光信号在侧向不再受约束，于是因衍射而展开。侧向衍射展开的复用光信号耦合进入多根条形波导13并在多根条形波导13中传播。由于多根条形波导13相互之间存在长度差，在各根条形波导13中传播的复用光信号在到达输出平板波导14时，相互之间存在一定的相位差。这些相位差引起输出平板波导14内的波前倾斜。由于相移大小与波长相关，各波长光信号的汇聚成像位置依赖于输入光波长，在不同的成像位置处设置的输出光波导15可将不同波长的光信号分解到相应的输出光波导15中，完成解复用功能。

反之，将图1中的输入光波导11改为输出光波导，将图1中的输出光波导15改为输入光波导，可将输入波导中的具有不同波长的光信号汇聚到同一根输出波导中，完成复用功能。因此，根据输入光线方向的不同，现有的波分复用器可实现复用或解复用的功能。

波分复用器的中心波长会受到温度变化的影响，现有的波分复用器中心波长变化随温度的变化的典型值是0.011nm/℃，随着温度变化越大，中心波长变化越大，这一现象称为温度漂移。由于温度漂移对波分复用器的工作稳定性有很大的影响，人们对波分复用器进行改进以减少温度漂移。

参见图2，现有一种无热阵列波导光栅波分复用器包括衬底20，衬底20上沉积有波导层，波导层包括输入光波导23、输入平板波导24、阵列波导25、输出平板波导26以及输出光波导27，其中阵列波导25包括多根并列且弯曲设置的条形波导，相邻的两根条形波导之间存在长度差。

阵列波导光栅波分复用器被一个分割面29分割成两部分，分别是第一部分21与第二部分22，且分割面29横向穿过输入平板波导24。阵列波导光栅波分复用器的波导层上还设有滑动件28，滑动件28的两端分别固定在第一部分21与第二部分22上，滑动件28由线性热膨胀系数大于衬底20的材料制成，如铝质材，当温度发生变化时，滑动件28会随温度变化而伸缩，第一部分21相对于第二部分22在衬底20平面内发生位移，此时输入平板波导24被分割的两个部分也会发生相对位移，从而对波分复用器的中心波长进行补偿。

无热阵列波导光栅波分复用器的中心波长随温度变化曲线是开口朝上的抛物线形状，如图3的虚线a-b-c所示。这里，设置波分复用器的中心波长在20℃时温度漂移为零，但温度在-30℃到70℃变化时，中心波长的最大漂移达到0.04纳米，在温度变化更大的环境下，或者在带通更宽、频率间隔小于100G赫兹的网络系统中，该种温度漂移特性的波分复用器的性能将会受到严重的影响。

此外，阵列波导光栅波分复用器是在衬底20的基础上，经过后续精密而昂贵的工艺操作，如火焰水解沉积、光刻、反应离子束刻蚀等制作出波导层才得到的，制作成本较高。上述的波分复用器在波导层上直接设置滑动件28，其占用波导层较大的面积，造成极大的浪费，也增加了波分复用器的生产成本。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种生产成本较低的无热阵列波导光栅波分复用器。

本发明的另一目的是提供一种中心波长温度漂移较小的无热阵列波导光栅波分复用器。