[发明专利]一种无热阵列波导光栅

说明书

本发明提供了一种无热阵列波导光栅，包括硅基衬底和设置于所述硅基衬底之上的无热阵列波导，所述无热阵列波导包括包层与波导芯层，所述芯层设于所述包层之中，并且其折射率高于所述包层的折射率；所述波导芯层包括周期性设置的多层结构，所述多层结构包括：双层二氧化硅材料以及设置于所述双层二氧化硅材料之间的负温度系数材料；所述负温度系数材料用于对所述硅基衬底受热后尺寸形变进行补偿，以减小该无热阵列波导光栅的温漂系数。本发明的技术方案简化了无热型阵列波导光栅的结构，并在芯层结构中引入负温度系数材料，使波导结构最终的折射率温度系数是负数，最终保证该光栅的温漂系数满足工艺需求，从而实现无热型工作条件。

技术领域

本发明涉及平面光波导器件，属于一种无热阵列波导光栅。

背景技术

阵列波导光栅是一种角色散型无源器件，它基于平面光波导技术，最初由Smit在上世纪80年代末提出，之后便受到Bell研究机构和NTT等多家研究机构的关注，随着平面光波导技术的发展，相应的产品也逐步实现商业化。与其它波分复用器件相比，阵列波导光栅具有设计灵活、插入损耗低、滤波性好、长期稳定、易于光纤耦合等优点。此外阵列波导光栅还比较容易与光放大器、半导体激光器等有源器件结合，实现单片集成，是当今的研究热点。

阵列波导光栅的中心波长和环境温度之间存在关联特性，主要原理说明如下：

上式是阵列波导光栅的中心波长表达式，其中n_eff是波导的有效折射率，ΔL是相邻波导的几何长度差，m是衍射级数，决定光栅色散能力。n_eff和ΔL都可以由温度相关函数加以描述。器件的中心波长随温度的变化可以由上式对温度求导来得到，最终表达式如下所示：

而其中

α_sub是阵列波导光栅衬底材料的线膨胀系数。硅基二氧化硅结构的阵列波导光栅，二氧化硅波导厚度远小于硅基衬底，温度变化导致的尺寸形变主要由衬底材料决定，α_sub≈2.6x10^-6,常规二氧化硅波导，n_eff＝1.456,综合计算后中心波长温漂系数在0.012nm/deg。

为了让阵列波导光栅中心波长在不同环境温度下保持不变，减小其中心波长的温漂系数，传统技术是附接温度控制装置，如加热器或者电致制冷器来稳定AWG的工作温度，这就需要提供额外的电力输入，并且在具有较大温差的工作环境中，主动温控的使用受到限制。常规的无热技术需要对光栅引入额外机械结构来实现波长-温度漂移补偿功能，这种技术本身要求比较复杂的结构设计和工艺方法。

因此，针对上述问题，有必要提供一种结构简单的无热阵列波导光栅。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有负温度特性波导结构的无热阵列波导光栅，利用特殊设计的负温度变化特性，来实现器件的无热工作模式

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无热阵列波导光栅，包括硅基衬底；和设置于硅基衬底之上的：

至少一个输入光信号的输入波导；

由第一平板波导构成的第一自由传输区，与输入波导的输出端耦合；

无热阵列波导，与第一自由传输区的输出端耦合；

由第二平板波导构成的第二自由传输区，与波导阵列的输出端耦合；

至少一个输出光信号的输出波导，与第二自由传输区的输出端耦合；

无热阵列波导包括包层与波导芯层，该芯层设于包层之中，并且其折射率高于包层的折射率；