[发明专利]一种螺旋波导光栅辅助反向耦合器型光色散延时线

说明书

本发明涉及一种螺旋波导光栅辅助反向耦合器型光色散延时线，包括SiO₂包层，SiO₂包层内部设有水平设置的波导层，所述波导层采用Si材料制备而成，包括四条横向直波导、两条S形弯曲波导、两段螺旋损耗线和一段螺旋波导啁啾光栅辅助反向耦合器；其中左侧一条横向宽直波导作为反向耦合器的输入端，横向窄直波导作为反向耦合器的输出端，两端口通过一对S形弯曲波导与反向耦合器连接；第一直波导左端为色散延时线的输入端口，第二直波导左端为色散延时线的输出端口；第三直波导和第四直波导作为前置缓冲区，右端分别与螺旋形单侧壁调制波导光栅和螺旋条形/锥形波导左端连接。

技术领域

本发明涉及一种延时线，具体涉及一种螺旋波导光栅辅助反向耦合器型光色散延时线，属于光通信技术领域。

背景技术

随着光通信技术向高速率、大容量方向迅速发展，对信息传输、处理的效率及准确性要求越来越高，具有大色散值的色散延时技术已然成为提升信息系统性能的关键。光色散延时线能够使输出光信号具有随波长变化的群延时量，延时值与波长一般符合线性变化关系，可应用于色散补偿、光缓存、光学真延时网络、集成化微波光子信号产生与处理等。常见的非集成光色散延时线主要包括色散补偿光纤、啁啾光纤光栅等光纤器件，为提供所需要的高色散值，此类器件长度通常达到几公里以上，不利于系统的小型化，而基于光波导技术的色散延时线则因其固有的高集成度、低损耗特性受到广泛关注。

与传统光学材料相比，基于SOI(Silicon on Insulator，绝缘体上的硅)材料制备的光波导器件具有传输损耗低、偏振特性好、器件工艺与标准CMOS工艺兼容、便于实现光电混合集成等优势；特别地，二氧化硅包层与硅器件层间的大折射率差使得光信号能够很好地被限制在硅中，有利于进一步减小波导尺寸，实现大规模集成。

依据不同的原理，目前集成波导色散延时线方案主要包括微环谐振器型、光子晶体波导型和布拉格光栅型。其中，微环谐振器与光子晶体波导受器件本身高插损的影响，难以在实际光子芯片中实用；当单波导布拉格啁啾光栅采用螺旋形片上布局时，能够在很小的器件尺寸内实现较大的总延时量和高色散值，然而这种反射型色散延时线需要外接独立环形器或设计片上分光器将其转换成二端口器件，以便于分离出反射信号，前者将增加系统复杂程度，不利于微型化，后者则会引入额外的3dB插损；另一种基于光栅辅助反向耦合器的色散延时线巧妙地利用双波导结构，以反向耦合的方式取代单波导光栅的反射输出方式，有效解决了输出信号的分离难题，然而对于大色散值的需要必然要求增加器件反向耦合区长度，在有限的芯片尺寸下极大地提高了集成难度。在不增加系统复杂度和损耗的前提下，设计具有尽可能小的器件尺寸和优化长宽比的光色散延时线有很大的实际意义。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于SOI材料制备的螺旋波导光栅辅助反向耦合器型光色散延时线，该技术方案为现代光通信系统中集成化色散补偿模块提供了一种可行方案，比现有的二端口器件具有更大的色散值和更紧凑的片上占用空间；可作为大延时量光缓存器、用于搭建光学真延时网络或为集成化微波光子信号产生提供易于集成的波长-时域映射组件。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种螺旋波导光栅辅助反向耦合器型光色散延时线，其特征在于，包括SiO₂包层，SiO₂包层内部设有水平设置的波导层，所述波导层采用Si材料制备而成，包括四条横向直波导、两条S形弯曲波导、两段螺旋损耗线和一段螺旋波导啁啾光栅辅助反向耦合器；其中左侧一条横向宽直波导作为反向耦合器的输入端，横向窄直波导作为反向耦合器的输出端，两端口通过一对S形弯曲波导与反向耦合器连接；第一直波导左端为色散延时线的输入端口（Inport），第二直波导左端为色散延时线的输出端口（Outport）；第三直波导和第四直波导作为前置缓冲区，二者右端分别与螺旋形单侧壁调制波导光栅和螺旋条形/锥形波导左端连接，第一直波导、第二直波导分别通过第一S形弯曲波导、第二S形弯曲波导分别与第三直波导、第四直波导相连；第一螺旋损耗线、第二螺旋损耗线与螺旋波导啁啾光栅辅助反向耦合器的透射端连接，用于将透射光辐射进入包层并损耗。