[发明专利]一种减小切缝附加光损耗的阵列波导光栅及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光栅及方法，属于光通信技术领域，具体是涉及一种减小切缝附加光损耗的阵列波导光栅及方法。

背景技术

光器件小型化低成本是行业发展的趋势。商用化的平面光波导(PLC)技术工艺平台的材料折射率对比度不断提高，从0.45％提高到0.75％，再提高到目前的1.5-2％，波导对光波的约束能力变强了，单模波导的截面尺寸变小了，并且最小弯曲半径不断减小，因此器件的尺寸也不断减小。

然而，折射率对比度的提高导致光波导中的模场变小，当光从波导进入另一种介质中传输时，光模场的发散角会更大。那么，对PLC芯片进行再加工时，比如切缝时，光从缝隙中穿过时会产生更大的光功率的损耗。

阵列波导光栅(AWG)是常见的波分复用器件，作为光纤扩容最常见的方式之一，被广泛应用于通信网络中。AWG主要由输入波导、输入平板区、阵列波导、输出平板区和输出波导五部分组成。作为滤波器件，AWG的中心波长由光所经过的路径的光程差所决定。光程等于有效折射率与光学路径长度之间的乘积。基于PLC工艺的二氧化硅AWG，其材料的折射率会随着环境温度的改变而改变；另一方面，由于硅衬底的材料具有材料热膨胀特性，光学路径长度会随环境温度的变化而改变。因此，AWG的中心波长会随着环境温度的变化而发生漂移。

为了使AWG的中心波长对温度不敏感，其中的一种方法是将AWG的输入平板区切断，采用机械结构将具有一定热膨胀系数的金属杆与输入端相连，将金属杆的热膨胀转化为AWG输入端的移动，引起AWG中心波长的变化。该变化与AWG本身材料特性导致的中心波长随环境温度的变化正好相反，从而对中心波长进行温度补偿。

由于输入平板区被切断，在波导中受到约束的光将会经过一段没有光学约束的切缝区域，再进入到有光学约束的波导中继续传播。这段没有光学约束的切缝区域会对波导中传输的光功率产生一定的附加光损耗。从光学模拟的角度来看，当PLC工艺的折射率对比度为0.75％时，宽度为37微米的切缝区域会产生0.5dB的传输损耗；当PLC工艺的折射率对比度为1.5％时，为了使切缝区域的传输损耗不超过0.5dB，要求切缝的宽度不超过20微米。然而，在0.675毫米厚的PLC硅片上切出20微米宽的缝，相对切出37微米的缝宽，对切缝刀片的厚度和切缝工艺的稳定度提出了更高的要求。如果切缝的行程长度还比较长，为了能将硅片切透，并且还不能在切割面产生崩边，要求控制好切缝深度，并且切片机的工作环境必须稳定。如果切片环境或者切缝深度控制不好，切缝工艺的附加损耗会增大；如果切缝过程中产生了崩边，将直接影响到整个阵列波导光栅器件的光谱特性，导致器件的失效。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的切缝附加光损耗大，对切缝工艺要求较高的技术问题，提供了一种减小切缝附加光损耗的阵列波导光栅及方法。该光栅及方法在周期分段式波导区域中间进行切缝时，切缝附加光损耗小，降低了对切缝缝宽的要求。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种减小切缝附加光损耗的阵列波导光栅，光栅的平板区域上设置有周期分段式波导区域，并且沿光传播方向上的至少一个光场限制方向上，所述分段式波导区域具有光场发射角小于两边区域的中间部；所述平板区域在所述中间部被切割成两个子部。

优选的，上述的一种减小切缝附加光损耗的阵列波导光栅，所述的周期分段式波导在一个周期单元内包含高折射率材料区域和低折射率材料区域。

优选的，上述的一种减小切缝附加光损耗的阵列波导光栅，周期分段式波导由高折射率波导与低折射率波导交替组成；所述高折射率波导为直线型高折射率波导、曲线型高折射率波导、稀释型高折射率波导中的一种或多种；所述低折射率波导为直线型低折射率波导、曲线型低折射率波导、稀释型低折射率波导中的一种或多种。

优选的，上述的一种减小切缝附加光损耗的阵列波导光栅，所述切缝处涂有对传播光具有高透射率的光学匹配液。

优选的，上述的一种减小切缝附加光损耗的阵列波导光栅，所述光学匹配液具有弹性和/或高折射率。

优选的，上述的一种减小切缝附加光损耗的阵列波导光栅，所述光栅包括依次连接的输入波导、输入平板区、阵列波导区，输出平板区、输出波导，所述周期分段式波导区域位于所述输入平板区和/或输出平板区。

优选的，上述的一种减小切缝附加光损耗的阵列波导光栅，所述平板区域被切割成的两个子部分别位于不同的底板区域，所述底板至少部分由低热膨胀系数的基材构成。