[发明专利]紧凑的Bragg反射器型凹面衍射光栅波分复用器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种紧凑的Bragg反射器型凹面衍射光栅波分复用器及其设计方法，包括MZI交错滤波器、两输入波导、Bragg反射器型凹面衍射光栅、自由传输区以及两输出波导阵列，其方法是首先根据Bragg反射器型凹面衍射光栅角色散关系确定两输入波导相对光栅齿面的入射角关系，然后利用所设计凹面光栅波长间隔确定MZI交错滤波器结构参数，最终实现级联MZI交错滤波器的紧凑的Bragg反射器型凹面衍射光栅波分复用器设计。本发明与传统凹面衍射光栅波分复用器相比，将MZI交错滤波器输出的奇、偶信道光以不同角度分别入射到衍射光栅，利用MZI交错滤波器将波分复用器输出光频率间隔减半，充分利用了罗兰圆圆周长度，有效减小了器件尺寸，降低了工艺复杂性。

【技术领域】

本发明属于光通信、光探测技术领域，涉及一种紧凑的Bragg反射器型凹面衍射光栅波分复用器及其设计方法。

【背景技术】

波分复用器作为光通信、光探测领域的重要器件，广泛应用于光通信扩容、气体探测等。平面光波导型波分复用器有利于器件小型化、集成化，是波分复用器的主流发展方向。平面光波导型波分复用器主要包括阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)、刻蚀衍射光栅(Etched Diffraction Grating，EDG)，而Bragg反射器型凹面衍射光栅作为一种新型EDG，因其小尺寸、高衍射效率、性能稳定、工艺简单得到广泛关注。其利用罗兰圆结构成像原理，入射光波导位于罗兰圆上，经光栅圆上的一系列光栅齿面反射后，在自由传输区衍射、干涉，并重新聚焦于罗兰圆上，有效提高了器件集成度。

Pierre Pottier等人基于1/4波长理论设计了椭圆线型Bragg反射器凹面衍射光栅，并基于此进行了微型光谱仪的设计与加工(Integrated Microspectrometer withElliptical Bragg Mirror Enhanced Diffraction Grating on Silicon on Insulator,ACS Photonics,2014,1(5):430-436)；杜炳政等人利用一维光子晶体能带理论控制Bragg反射器型凹面衍射光栅的衍射带中心波长(Adesign method based on photonic crystaltheory for Bragg concave diffraction grating,Optics Communications,2017,385:92-96)。上述研究均仅有一个输入波导，没有充分利用罗兰圆圆周，要实现密集波分复用，都面临器件尺寸大幅增加的问题。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种利于器件小型化的级联MZI交错滤波器的Bragg反射器型凹面衍射光栅波分复用器及其设计方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种紧凑的Bragg反射器型凹面衍射光栅波分复用器，包括MZI交错滤波器、第一输入波导、第二输入波导、第一输出波导阵列、第二输出波导阵列；第一输入波导和第二输入波导入射端口以及第一输出波导阵列和第二输出波导阵列的出射端口均在罗兰圆上，罗兰圆内切于光栅圆，且罗兰圆的直径等于光栅圆的半径；在罗兰圆与光栅圆的相切处设置凹面衍射光栅；入射端口到光栅内部为自由传输区。

本发明进一步的改进在于：

MZI交错滤波器包括第一直波导和第二直波导；第一弯曲波导、第二弯曲波导、第一耦合区、第三弯曲波导、第四弯曲波导、第一非对称臂、第二非对称臂、第五弯曲波导、第六弯曲波导、第二耦合区、第三直波导、第七弯曲波导以及第八弯曲波导；