[发明专利]一种紧凑硅基阵列波导光栅的32信道密集型波分复用器

说明书

本发明公开了一种紧凑硅基阵列波导光栅的32信道密集型波分复用器，由硅基器件输入波导、第一平板波导、矩形阵列波导、第二平板波导以及输出波导顺次连接组成。输入波导具有5个端口，其中4个为冗余输入；输出波导具有32个端口。阵列波导由147个条形波导组成，每一个条形波导由直波导、90°弯曲波导和锥形波导组成，相邻条形波导之间具有相等长度差ΔL。本发明器件整体尺寸保持在1.0×1.4mm以内，信道间隔为100GHz的32个信道的相邻信道串扰不高于‑40dB，插损不大于4dB；本发明在提供100GHz密集型波分复用条件下显著提升器件的集成度，将在光通信与光信号处理中有重要作用。

技术领域

本发明属于密集型波分复用器技术领域，尤其涉及一种紧凑硅基阵列波导光栅的32信道密集型波分复用器。

背景技术

阵列波导光栅(ArrayedWaveguide Grating，AWG)作为典型波分复用解复用器，具有尺寸小、信道一致性好等优点，因而受到广泛关注。然而，当前硅基阵列波导光栅波分复用器在处理密集型多信道时面临较大挑战：比如单个/单级器件的100GHz信道间隔下32信道输出，其尺寸较大，且邻道串扰较为严重。但是，100GHz间隔、32信道的密集型复用机制与技术在光通信与微波光子领域应用广泛，能够显著提升系统容量和处理速度等。

目前，代表性的硅基阵列波导光栅波分复用器多集中在16个信道、200GHz间隔。相关论文包括：1)Zhiqun,et al.Low-crosstalk silicon photonics arrayed waveguidegrating.Chinese Optics Letters(2017)；2)Sitao,et al.Compact densewavelength-division(de)multiplexer utilizing a bidirectional arrayed-waveguide grating integrated with a Mach–Zehnder interferometer.LightwaveTechnology,Journal of33.11(2015):2279-2279；3)Changjian Xie,et al.A 32-channel 100GHz wavelength division multiplexer by interleaving two siliconarrayed waveguide gratings.中国物理B 30.12(2021):120703-120703。上述论文中单个阵列波导光栅的输出信道数多为16个左右，基于2个或多个阵列波导光栅的级联或者交错结构才能实现32信道输出。论文(1)为实现输出信道数的增加，采用两级级联阵列波导光栅成功将信道数拓展至16，输出信道串扰得以降低，理论上达到-30dB；但这种级联形式的阵列波导光栅，制作难度极大；论文(2)和(3)都采用了交错式设计，利用马赫曾德尔干涉仪与两个阵列波导光栅级联，实现输出信道数倍增；但问题依然集中于两级之间的波长对准问题，同时两级设计增大了器件的整体结构，降低了整体集成度。可见目前单个阵列波导光栅实现32信道100GHz输出的阵列波导光栅设计，依然是一个难题。

根据以上分析可知，多信道(≥32)输出的硅基阵列波导光栅波分复用器的设计，难点主要在于基于紧凑单级阵列波导光栅结构获得100GHz间隔、32信道输出的密集型复用。

发明内容

为了在紧凑的单级硅基阵列波导光栅实现的密集型波分复用解复用功能，本发明提供一种紧凑硅基阵列波导光栅的32信道密集型波分复用器。

本发明的一种紧凑硅基阵列波导光栅的32信道密集型波分复用器，由硅基器件输入波导、第一平板波导、矩形阵列波导、第二平板波导以及输出波导顺次连接组成。输入波导具有5个端口，其中4个为冗余输入；输出波导具有32个端口。阵列波导由147个条形波导组成，每一个条形波导由直波导、90°弯曲波导和锥形波导组成，相邻条形波导之间具有相等长度差ΔL。第一平板波导和第二平板波导基本结构为罗兰圆，即一个半径为R的圆与一个半径为R/2的内切圆组成，且两个平板波导为对称设计。