[发明专利]一种Bragg齿面结构的蚀刻衍射光栅波分复用器及其设计方法

摘要

本发明公开了一种Bragg齿面结构的蚀刻衍射光栅波分复用器及其设计方法，属于光通信波分复用领域，特别涉及一种制作工艺难度相对较低、无需二次镀膜、频谱性能优良的Bragg齿面结构的蚀刻衍射光栅波分复用器。它包括输入波导，输出波导阵列、自由传输区域和Bragg齿面结构的蚀刻凹面光栅，其特征在于所述蚀刻凹面光栅齿面采用Bragg齿面结构，所述Bragg齿面结构是不同折射率介质周期性排列的反射面结构。所述Bragg齿面结构的刻蚀凹面光栅是由修正型的光栅方程设计的，所述修正型的光栅方程是由光子晶体理论与光栅方程结合推导而来的。该波分复用器可浅刻蚀加工，加工工艺难度低，体积小，衍射效率高，能够实现粗波分复用与密集型波分复用。

主权项

一种Bragg齿面结构的蚀刻衍射光栅波分复用器的设计方法，该设计方法基于一种Bragg齿面结构的蚀刻衍射光栅波分复用器，其包括输入波导(101)和输出波导阵列(102)，输入波导(101)的入射端口(105)和输出波导阵列(102)的出射端口(106)均位于罗兰圆上，入射端口到光栅内部为自由传输区域(103)，罗兰圆内切于光栅圆，且罗兰圆的直径等于光栅圆的半径，罗兰圆与光栅圆的相切处设置Bragg齿面结构蚀刻的凹面光栅(104)，凹面光栅(104)采用周期性Bragg反射面结构；凹面光栅采用由单个周期的或者多个周期的Bragg反射器阵列组成的凹面光栅；凹面光栅由两种折射率不同的材料周期性排列堆叠构成；折射率不同的材料为介质层与空气层的排列或两种不同的介质层排列；两种折射率不同的材料的宽度分别为d1和d2，其周期(303)的数值由一维光子晶体理论确定，其中，d＝d1+d2；单个周期的Bragg反射器阵列组成的凹面光栅由周期性介质层堆叠组成，包括第一介质层(304)和第二介质层(305)；第一介质层(304)的表面为Bragg反射齿面(301)，非反射面的厚度等于单个Bragg周期(303)，光栅周期(302)等于d/sinθ，其中，θ为光栅闪耀角(310)；入射光束(306)经过Bragg‑EDG光栅后进行衍射分光，产生衍射光束(307)；多个周期的Bragg反射器阵列组成的凹面光栅由多个Bragg反射器组成，单个Bragg反射器为独立的一个反射齿面结构，包括其非反射面的厚度等于多个Bragg周期(303)，即N×d，光栅周期(302)等于N×d/sinθ，θ为光栅闪耀角(310)；入射光束(306)经过Bragg‑EDG光栅后进行衍射分光，产生衍射光束(307)；输入端口(105)为刻蚀在输入波导(101)端部的过渡耦合波导；出射端口(106)为分别刻蚀在每个输出波导阵列(102)端部的过渡耦合波导；其特征在于，所述的设计方法包括以下步骤：1)根据Bragg反射器周期性结构的材料折射率与Bragg‑EDG入射光角度、Bragg反射器闪耀角计算出归一化频率，以及归一化厚度比例与反射效率之间的关系，并求出一个做反射器的高效率反射带；2)选取反射带后，即求出相应的周期性结构材料厚度比例，以及反射带归一化频率上下限；结合Bragg反射器的反射中心波长，根据公式确定Bragg反射器实际周期厚度与各介质层的实际厚度；3)根据公式mλ＝neff·a·(sinα+sinβ)，推导出适用于Bragg‑EDG的修正型光栅方程通过光栅修正型方程求得光栅其他参数；4)根据公式求得Bragg反射器单个周期厚度，衍射角β根据其他的光栅参数结合求得；其中，及Bragg反射器周期比例通过光子晶体带隙理论确定。