[发明专利]一种大时延差色散波导结构

说明书

本发明公开了一种波分‑时延阵列‑反射型大时延差色散波导结构，包括波分复用单元、时延阵列、反射级三个部分。其波分复用单元可基于阵列波导光栅结构实现，用于将多波长复用信号解复用到分波端；色散延迟阵列基于波导总线延迟单元构成延迟网络实现大波长范围内的低抖动、大色散；最后的反射级用于将所有波长进行反射。针对大延迟需求，这里延迟单元利用波导总线的S‑螺旋结构实现紧凑的大延迟单元，并且利用色散单元之间的级联实现高色散斜率色散。相比基于FBG的色散结构，本结构制备工艺更为简单，更容易实现宽谱范围内低时延抖动。综上，本发明提供了一种具有宽谱、高色散/大时延差、工艺简单、抖动小的特点的色散波导芯片结构。

技术领域

本发明涉及光信号时延控制技术领域，尤其涉及光通信技术及微波光子学等技术领域。

背景技术

色散延迟结构在色散控制/补偿、传感、通信、光信号处理、及相控阵天线、波束成形等微波光子技术领域具有广泛的应用。为了满足大范围高精度相位/延迟调节等的需求，色散延迟结构需要有大的群时延差、大带宽、低插损、良好的带内平坦度以及低的时延抖动等特性。

到目前为止色散延迟结构的实现方案多基于分立器件构建成系统来完成。一种典型的结构为采用布拉格光纤光栅来实现，如均匀光纤光栅、啁啾光纤光栅、切趾光纤光栅、超结构光纤光栅等；另一种典型的结构为采用分波加色散阵列的结构，如利用星型耦合器和周期分布的离散布拉格光栅或啁啾光栅构成的延迟单元,或利用光开关和不同长度色散单元来实现可编程色散矩阵；为了增大色散时延差，人们采用具有高色散斜率的高色散光纤如光子晶体光纤或色散补偿光纤作为色散传输介质，一些方案中还提出利用高非线性光纤中的SPM非线性效应等实现频谱展宽，以进一步增大传输时延差。

相比分立器件的系统级实现方案，基于片上波导结构实现色散延迟的方案具有结构紧凑、性能稳定、易于集成等优点，但是设计和工艺实现尚不成熟，性能指标不容易达到系统级方案的指标，相关技术有待进一步深入研究。

片上光色散波导结构的最大长度和延迟受限于波导损耗，损耗和最大延迟差之间的相互矛盾，是最大群时延差的一个重要的限制因素；带宽亦受限于波导长度；同时对于具有高精度工艺要求的片上色散延迟结构，其损耗、延迟及延迟抖动等特性还会受到工艺过程精度和随机相位噪声等的明显影响。

关于时延结构的设计，已有环形谐振腔、布拉格光栅、带切换光开关的级联光路等结构，通过增加时延距离实现大时延差。这些方案中布拉格光栅结构需对波导尺寸、界面光滑性和光栅位置与折射率变化等参数进行精细控制，环形谐振腔通常只能实现较小的时延和较低的谱宽，光开关切换光路需要若干光开关引入了串扰。此外，这些结构由于损耗正比于所经过的路径长度，宽谱高色散要求的情况下高的带内平坦度要求意味着要有很低的插损，实现更为困难。要实现宽谱、大色散、低抖动、高平坦度的色散波导，现有的结构方案尚不能满足需求。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题，要达到的目标。

发明目的：为了满足光信号处理、微波光子技术等领域对宽谱、大色散、低抖动型片上色散波导的需求，本发明提供了一种大时延色散波导结构，其具有低时延抖动的特点，同时可以在宽谱高色散的情况下实现高的带内平坦度、较好的稳定性，并且易于制备、对波导工艺的要求相对较低。

技术方案：本发明完整的技术手段和方法。

本发明的一种大时延差色散波导结构，包括波分复用单元，时延阵列以及反射级；波分复用单元将入射的多波长复用信号解复用到分波端，并与时延阵列相连；时延阵列将分波端不同端口的信号进行不同的延迟；反射级在时延阵列波导的末端将各波导分路的光反射回入射端。

进一步的，时延阵列包括多个级联的单入双出单元，单入双出单元的结构是将多条波导并行走线产生时延，并在每个单入双出单元分路出其中边缘的一条时延波导经过时延校正后接入反射级，其余多条波导并行级联至下一级单入双出单元。